多普勒原理
多普勒超声 原理
多普勒超声原理
多普勒超声是一种常见的医学诊断工具，主要用于测量血流速度及方向，以便检测心脏、血管及其他器官的异常情况。
其原理基于多普勒效应，即通过测量声波在运动物体上的频率变化来获得对象运动的信息。
当声波（超声波）穿过物体时，若物体具有速度，声波的频率将发生变化。
具体来说，当物体朝向声源运动时，声波的频率会增加，而物体远离声源运动时，声波的频率会降低。
多普勒超声就是利用这种频率变化来分析物体是否存在运动以及运动的速度和方向。
在多普勒超声中，医生将超声波探头放置在人体表面或者内部，超声波将通过组织或者血液流动。
当超声波穿过流动的血液时，会发生频率的变化。
传感器会接收到回波信号，并将其转换为声波频率的数值。
根据回波信号中频率的变化，多普勒超声会计算出血流速度。
具体地说，它会测量超声波入射到血流中的频率和回波信号中的频率之间的差值。
这个差值可以表示为正值或者负值，取决于血流运动的方向。
通过测量这个差值的大小和方向，医生可以获得血流速度的信息，从而判断是否存在异常情况。
多普勒超声可以广泛应用于医学领域，如心脏病学、血管外科学、妇产科等。
它通过无创的方式提供了关于血流动力学的宝贵信息，帮助医生做出准确的诊断和治疗方案。
多普勒效应原理
题目：多普勒效应多普勒效应（Doppler Effect）是指发射或接收声音、电磁波或其它光线的物体向相对于物体的静止接收者移动时，接收者从而观测到的这种特殊效应。
这种效应极大地影响着宇航学以及量子物理学之间的差异。
多普勒效应是一种物理性质，可以用来衡量发送物体的运动情况，最典型的应用是在声学方面，它可以帮助人们确定远处物体的速度。
多普勒效应也被称为动态多普勒效应，该现象是指通过目标物体的运动，传播的波的频率将有所改变；通常，当物体朝接收者运动时，波频率增大，接收者感受到的声音会高亢；当物体远离接收者时，频率减小，接收者感受到的声音会降低。
多普勒效应是由奥地利物理学家埃斯特雷·奥古斯特·多普勒（Christian Doppler）于1842年首先发现并提出来的，他认为由于物体向前运动，而通入接收者耳朵的声音频率实际上会发生变化，这就是多普勒效应。
在1845年，多普勒进一步把多普勒效应的原理应用到光学领域，他提出当运动的物体发射电磁波或光线时，发射的频率会随着物体的运动而发生变化。
例如，当物体的运动方向与发射的电磁波的波向量成一定的夹角时，发射的电磁波的频率会比原始频率高；同理，当物体的运动方向与发射的电磁波的波向量成一定的夹角时，发射的电磁波的频率会比原始频率低。
多普勒效应是一种古老的物理现象，由于它对宇航学以及量子物理学的重要影响，它被称为一物理效应的奇观。
宇航学家利用多普勒效应进行距离测量，例如太阳风速度的测量，也可以利用多普勒效应来跟踪宇宙中运动的星体。
在量子物理学中，多普勒效应也影响着量子粒子的性质。
比如，当物体运动时，它的电荷粒子会发出多普勒散射，在引力场中，可以用多普勒效应来考虑黑洞的运动。
因此，多普勒效应在宇航学和量子物理学以及其他领域都有重要的应用。
多普勒检查原理
多普勒检查原理
多普勒效应原理是基于声波或电磁波在运动物体上的频率变化而产生的现象。
当发射频率固定的波源遇到静止物体时，波源发出的波形会以相同的频率和波长反射回来，形成一条直线。
然而，当波源和物体相对运动时，波源发出的波形与反射回来的波形在频率和波长上会有所差异。
当运动物体靠近波源时，接收到的波形的频率会比原始频率高，波长会变短。
这是因为物体运动的速度导致波源与物体之间的距离变短，导致频率增加。
相反，当运动物体远离波源时，接收到的波形的频率会比原始频率低，波长会变长。
利用多普勒效应原理，可以测量物体的运动速度。
例如，当使用超声波进行多普勒检查时，医生可以通过测量反射回来的声波的频率变化来确定血液流速。
当血液靠近检测器时，声波的频率会增加，反之则会减小。
这些频率变化提供了血液流速的信息，可以帮助医生检测血管疾病或监测胎儿心跳等。
除了医疗领域，多普勒效应也被广泛应用于其他领域。
例如，交通警察可以使用雷达测速仪来测量车辆的速度，原理也是基于多普勒效应。
此外，气象学家通过测量来自运动降水或风的雷达返回信号的频移来判断气象现象的强度和方向。
总的来说，多普勒效应原理是一种通过测量频率变化来获取运动物体速度信息的方法，广泛应用于医疗、交通和气象等领域。
多普勒成像的原理
多普勒成像的原理多普勒成像是一种通过测量目标表面反射回来的声波信号的频率变化来获取目标相对运动状态的成像技术。
它利用了多普勒效应，即当物体相对于观察者运动时，它们所发出的声波的频率将发生变化，这将导致接收到的声波信号的频率也发生变化。
通过观察这种频率变化，可以推断出目标的相对运动状态，从而实现成像。
多普勒成像的原理主要基于声波的传播和多普勒效应。
声波是一种机械波，它可以在介质中传播。
当声波遇到一个运动着的目标表面时，它们将被反射回来，这些反射波的频率会受到目标相对运动状态的影响，这种频率变化可以用来推断出目标的相对运动状态。
在多普勒成像系统中，通常会使用一个发射声波的装置和一个接收声波的装置。
发射装置会向目标表面发射声波，然后接收装置会接收到这些反射回来的声波，并观察它们的频率变化。
通过分析这种频率变化，就可以推断出目标的相对运动状态，从而实现成像。
多普勒成像的原理可以用一个简单的例子来说明。
假设有一个运动的汽车，它发出了一束声波。
这束声波向前传播，然后反射回来。
当汽车静止时，发射的声波和反射的声波的频率是相同的。
但是当汽车在运动时，由于多普勒效应的影响，反射的声波的频率会发生变化。
如果汽车向接收装置移动，那么反射声波的频率将会比发射声波的频率高；如果汽车远离接收装置，那么反射声波的频率将会比发射声波的频率低。
通过观察这种频率变化，就可以推断出汽车的相对运动状态。
在实际的多普勒成像系统中，通常会使用高频声波，并且可以通过控制声波的方向和接收器的位置来获取目标的相对运动状态。
通过连续地发射和接收声波，并观察它们的频率变化，就可以获取目标的运动轨迹和速度信息，从而实现成像。
多普勒成像在医学影像诊断、气象观测、海洋探测等领域具有广泛的应用。
在医学影像诊断中，多普勒成像可以用来观察患者的血流情况，从而帮助医生诊断心脏病和血管疾病。
在气象观测中，多普勒雷达可以用来观测风向和风速，从而帮助预测风暴和台风。
在海洋探测中，多普勒声纳可以用来观测海洋中的船只和海洋生物的运动状态，从而帮助海洋研究和渔业管理。
多普勒效应原理
多普勒效应原理多普勒效应是指当发出声波、光波或其他波的源和接收者相对运动时，由于相对运动引起波源和接收者之间的距离变化，使得接收者接收到的波长和频率发生变化的现象。
这一效应广泛应用于天文学、医学、气象学等领域，具有重要的理论和实际意义。
首先，我们来看多普勒效应的声音应用。
当一个声源以一定的速度向观察者靠近时，声源发出的声波波峰到达观察者的时间间隔缩短，波长变短，频率增大，听到的声音就会变高；反之，当声源远离观察者时，声音就会变低。
这一现象在日常生活中也经常出现，比如当救护车以高速行驶时，听到的声音就会比较尖锐。
而当救护车远离时，声音就会变得低沉。
其次，多普勒效应在天文学中也有着重要的应用。
当星体相对地球运动时，由于星体和地球之间的相对运动，星体发出的光波频率会发生变化，从而导致星体的光谱发生移动。
通过观测这种移动，我们可以推断出星体的运动速度和方向，这对于研究宇宙中的星系运动和结构具有重要意义。
另外，多普勒效应在医学领域也有着广泛的应用。
医学上利用多普勒效应可以检测人体内部的血流速度和方向，通过超声波的多普勒效应可以非常准确地测量出血管内血液的流速，从而帮助医生进行疾病诊断和治疗。
最后，多普勒效应还被应用于气象学领域。
通过多普勒雷达可以测量大气中的降水粒子的速度和方向，从而实现对降水的监测和预警。
这对于减少自然灾害带来的损失具有重要的意义。
总的来说，多普勒效应作为一种波动现象，不仅在理论物理学中具有重要地位，而且在实际应用中也发挥着重要的作用。
通过对多普勒效应的研究和应用，我们可以更深入地了解波动的特性，同时也可以为人类社会的发展和进步提供更多的可能性。
希望未来能够有更多的科研工作者投入到多普勒效应的研究中，为人类社会的进步做出更大的贡献。
声音的多普勒效应原理：声波频率与运动关系
声音的多普勒效应原理：声波频率与运动关系
多普勒效应是指当声源或接收器相对于媒质（通常是空气）运动时，声波的频率会发生变化的现象。
以下是声音的多普勒效应的基本原理：
1. 静止情况：
声源和接收器静止：在静止的情况下，声源和接收器相对于媒质不发生运动。
2. 声源运动：
声源向接收器运动：如果声源向接收器运动，声波的频率会增加，频率变高，称为正多普勒效应。
声源远离接收器运动：如果声源远离接收器运动，声波的频率会减小，频率变低，称为负多普勒效应。
3. 接收器运动：
接收器向声源运动：如果接收器向声源运动，同样会导致正多普勒效应。
接收器远离声源运动：如果接收器远离声源运动，同样会导致负多普勒效应。
4.多普勒频移公式：
5. 影响因素：
速度关系：多普勒效应的强度取决于声源和接收器相对于媒质的
速度。
6. 实际应用：
气象雷达：多普勒雷达利用多普勒效应测量大气中降水的速度，从而提供有关天气系统的信息。
超声波医学成像：在医学中，多普勒效应用于超声波成像，用于测量血流速度和方向。
多普勒效应不仅在声学中有重要应用，还在其他领域如天文学、气象学和医学中有着广泛的应用。
多普勒超声原理
多普勒超声原理
多普勒超声原理是通过声波的多普勒效应来测量物体的运动速度。
当声波遇到运动的物体时，会产生频率变化，即频移。
多普勒效应描述了当波源和观察者之间有相对运动时，观察者会感受到波的频率的变化。
在多普勒超声中，超声波由发射器发出，并经过组织中的反射后返回到接收器。
当被检测物体相对于超声波源运动时，返回超声波的频率会有所变化。
如果物体远离超声波源，则返回波的频率低于发射波的频率；如果物体朝向超声波源运动，则返回波的频率高于发射波的频率。
通过测量这种频率变化，可以计算出物体相对于超声波源的速度。
多普勒超声可用于测量血流速度。
当超声波穿过血液流动的血管时，被红细胞散射的声波会发生频率变化。
通过测量这种频率变化，可以计算出血液流速，进而评估血管的状况。
除了测量血流速度，多普勒超声还可以用于评估心脏功能、检测血管堵塞及异常血流等。
它是一种无创、安全、可重复使用且成本较低的检查方法，因此在临床上应用广泛。
总的来说，多普勒超声通过测量声波的频率变化来评估物体的运动速度，其原理原理可以用于测量血流速度和评估心血管系统功能。
多普勒效应原理
多普勒效应原理多普勒效应是一种物理现象，描述了当波源与观察者相对运动时，观察者接收到的波的频率和波长会发生变化的现象。
这种变化是由于运动引起的相对速度而产生的，主要用于衡量物体的速度和距离等信息。
多普勒效应广泛应用于天文学、雷达探测、声学测量等领域，对于人类在探索宇宙、研究物体运动等方面起到了重要作用。
多普勒效应的原理可以通过以下几个方面来解释：一、声音多普勒效应原理：当发出声音的物体运动时，其声波传播到观察者所在的位置时，波的频率和波长会发生变化。
当波源靠近观察者时，观察者接收到的波的频率会变高，波长会变短，所谓"升调"。
当波源远离观察者时，观察者接收到的波的频率会变低，波长会变长，所谓"降调"。
这是因为波源与观察者之间的相对运动导致了波的传播速度的变化，从而产生了频率和波长的变化。
二、光学多普勒效应原理：多普勒效应同样适用于光波。
当光源与观察者相对运动时，光的频率和波长也会发生变化。
与声音的多普勒效应类似，当光源靠近观察者时，观察者接收到的光的频率会变高，波长会变短，所谓"蓝移"。
当光源远离观察者时，观察者接收到的光的频率会变低，波长会变长，所谓"红移"。
这种光学多普勒效应在天文学中起到了重要的作用，可以通过光的频率和波长的变化来判断星体的运动状态和速度。
三、雷达多普勒效应原理：多普勒效应在雷达探测中也得到了广泛应用。
雷达通过发射电磁波并接收回波的方式来检测目标物体的位置和运动状态。
当物体静止时，接收到的回波频率和发射频率相同。
但当物体运动时，回波的频率会发生变化。
与声波和光波的多普勒效应类似，当物体靠近雷达时，回波频率会变高；当物体远离雷达时，回波频率会变低。
通过测量回波频率的变化，可以计算出目标物体的速度和运动方向。
总结：多普勒效应是一种描述波相对运动引起的频率和波长变化的现象。
通过声音、光学和雷达等领域的应用，我们可以利用多普勒效应来测量物体的速度、方向和距离等信息。
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Color/Doppler
多普勒处理器
• 当运动的物体运动速 度不相同时，多普勒 处理器为每一物体标 上一个不同的点。
Color/Doppler
多普勒处理器
• 在纵坐标上位置代表 物体的速度。
Color/Doppler
多普勒处理器
• 当不同的物体以相同 的速度运动时，频谱 上相应的点就标志的 更亮一些。
组织频移谐波显像（THI）
（1）THI原理：
Color/Doppler
声波在组织中非线性传播时，产生多倍于发射频率（基波） 的信号——二次谐波，三次谐波-------但声能变弱：THI 采用超宽 频带的探头，接收组织通过非线性传播所产生的高频信号及组织 细胞的谐波信号，对多频段信号进行实时平行处理，减弱浅层胸 壁和肺组织产生的回声，增强较深部心肌组织的回声，改善图像 质量，提高信噪比。
•声学特性同血浆一样 • 成人的浓度是45%容积 • 在低应力的血流中形成缗钱样改变
正常人体的血流
Color/Doppler
High shear arterial flow
Low shear venous flow (simulated)
多普勒处理器
• 根据运动物体的速度 及方向，多普勒处理 器在“频率看表， 才能保证你看到秒针 的正确行走方向?
Color/Doppler
12
6
Every 29.99999 seconds
混叠问题
• 脉冲多普勒能测量的最 大速度取决于“取样速 率”。 • “取样速率” 被称为 PRF，脉冲重复频率。 • 如果速度过高，血流的 显示将到置，就象前面 所看到的钟表一样。
角度问题
• 如果血流不与声束平行 ，超声仪器只能看到与 声束平行的部分。
Color/Doppler
显示速度
角度问题
Color/Doppler
• 探头只能看到整个速度的一部份。
角度问题
Color/Doppler
•
另一方面，尽管血流方向一致，显示方向确是相反的。
角度问题
•
Color/Doppler
2、谐波成像
谐波成像全称为二次谐波显像
Color/Doppler
利用直径小于10μm的气泡通过肺循环，明显增强散射信号。 当超声照射到含造影剂的组织，造影剂中气泡在谐振频率附近作 大幅度的振动，此时会呈现较强的超声非线性效应。
二次谐波的幅度接近基波，通过减法，获得血管内血流的 二次谐波显像（接收回声频率比基波高一倍）。入射超声频率为 f0，则散射信号中不仅含有 f0 的基波，而且含有 nf0 的谐波，测量 谐波成分（一般 n=2，倍频成分）就可以有效地抑制不含造影剂 的组织（视为背景噪声）的回声。
Color/Doppler
彩色多普勒
彩色多普勒提取平均速度并标示成彩色。
Color/Doppler
…并且不断对彩色血流的区域进行重复处 理，实现实时显示。
彩色成像与解剖
• 图像上的彩色代表的是平均 速度。
Color/Doppler
声束的总体方向
兰色表明血流背离声束 ，是从右到左的。
红色表明血流冲向 声束，是从左到右 的。
Color/Doppler
1
2
3
4
?
混叠问题
• 如果每40秒钟看一次 表，秒针怎样走？
Color/Doppler
1
2
3
4
混叠问题
• 同样的表，如果每55 秒钟看一次表，秒针 又怎样走？
Color/Doppler
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10
9
8
大家猜
• 以多快的频率看表， 才能保证你看到秒针 的正确行走方向?
Color/Doppler
彩色多普勒
Color/Doppler
四、敏感度 敏感度系指对低速血流检测的能力及瞬时高速血流准确捕 捉的能力。现已可检测到直径为0.2mm血管内的血流信号， 可测到0.5mm/s的低速血流，并有良好的信噪比。 五、图像均匀性 均匀性是指全程声场均匀一致，它与有效声束直径、发射 脉冲能量的脉宽有关。在全图像区域图像的细微分辨都均 匀一致（近场、中场、远场）以及图像中部及两侧边缘在 彩色显示方式有穿透力高质量的二维灰阶图像。 穿透力是指彩色血流显像可达到的最大深度。
Color/Doppler
（3）作用：造影剂的散射截面比同样大小的固体粒子大几个 数量级，可使背向散射的信号大大增强，可以突出感兴趣区域 的图像，改善图像的噪声比，提高显像效果。 血液中有造影剂，可显示小血管中极低速的血流； 正常组织与病变组织对造影剂反差存在差异，可提高肿瘤检查 率： （4）应用：心血管，胃肠、胆囊、输尿管和宫腔等方面；从 创伤性向非创伤性飞跃。 （5）局限性：造影剂价格十分昂贵，不利广泛应用；增强效 果受注射剂量和推注时间的影响；增强持续时间有限，不利全 面充分观察分析病变情况。
Color/Doppler
能量多普勒
• 能量多普勒显示的是强度信息
Color/Doppler
小结
• 多普勒提供 3 类信息 – 速度 – 强度 – 紊乱 速度信息与角度及混叠有关。
Color/Doppler
• • • •
彩色多普勒将平均速度标示为彩色，因此它也有角度及混叠有关。 能量多普勒将强度标示为彩色，因此它与角度与混叠无关。 帧频问题是 CFM & PDI 共有的，除非有一个智能的彩色处理器。
Color/Doppler
多普勒问题
• 为什么血流是多彩的，而不是或红或兰?
Color/Doppler
是两个因素共同作用的结果：角度变化和混叠
多普勒问题
• 记住?
Color/Doppler
速度
紊乱
强度
• 如果用强度而不是用速度来表示血流信息会怎样?
多普勒问题
• 结果是彩色血流不再与角度 依赖，与不与混叠相关。 • 称之为能量多普勒(PDI). • 看起来也更敏感(没有90度角 的担忧）
Color/Doppler
多普勒原理及彩色多普勒原理
Johann Christian Doppler
Color/Doppler
• • • •
于 1803 生于 萨尔斯堡. 于 1853 死于威尼斯. 数学家. 现代天体物理学就是基于他1842年发现的著名 的多普勒原理.
多普勒原理
Color/Doppler
Color/Doppler
多普勒处理器
Color/Doppler
多普勒信号
多普勒信号中有三个主要的信息。
Color/Doppler
速度
紊乱
强度 通常将冲向探头的血流标在基线以上，背向探头的血流标在基线以下。
大家猜
1. 描述以下两个频谱的三个主要不同。 2. 说出频谱与取样位置的对应关系。 1 2 A B
彩色多普勒
Color/Doppler
一、空间分辨力 空间分辨力系指对血管特定点瞬时速度的检测，与采样容积有关。 采样容积越小，越能反映特定点细微血流的瞬时真实血流速度。 二、速度分辨力 速度分辨力系指对血流速度快速变化的对比分辨能力。在检测高 速血流时还有低速血流信号，或在高速血流后立即出现低速血流， 均可适应其变化得于清晰显像。这与壁滤器的自适应能力有关。 三、动态分辨力 动态分辨力系指彩色成像的速率 —— 帧速率。当彩色显示角度变 大，深度增加时，帧频会降低，时间分辨能力变差，便无法观察 细小的异常血流。要处理好角度、深度与帧速率的关系。
THI应用
Color/Doppler
（a）增强心肌和心内膜显示 （b）增强细微病变的显现力 （c）增强心腔内声学造影剂回声； （d）增强彩色多普勒信号，肝内血流信号增强效果十 分明显； （e）帮助鉴别肝内血管，了解肝内细小血管病变。
二次谐波造影成像
Color/Doppler
一、声学造影与谐波成像技术 1、声学造影剂的研究 （1）物理分型：从物理形态上分型： （a）含有自由气泡的液体； （b）含有包膜气泡的液体； （c）含有悬浮颗粒的胶状体； （d）乳剂; （e）水溶液; （2）、要求： 气泡更稳定，半衰期长； 微泡大小可控制，易排出； 对人体无害，不影响人体血流动力学； 具有良好的造影作用，经外围静脉注射，通过肺循环使心肌造影；
彩色血流受多普勒限制
Color/Doppler
• 在彩色多普勒上，你可以得到以下 血流信息。
– 速度 – 方向 – 血流紊乱
• 同样受限： – 混叠: 最大速度受PRF限制 – 依赖多普勒角度。
帧频也是一个重要因素
• 因为彩色血流需要很多多普勒信号 ，帧频会变得很慢。 • 你的选择是：
– 少做点彩色血流（将彩色取样框缩 小） – L500: 并行处理 – L400: 自动控制技术。
Color/Doppler
多普勒小结
• 多普勒信号包含三个主要信息
– 速度 – 强度 – 血流性质-紊乱性
Color/Doppler
• 通常，冲向探头的血流在基线 以上，背离探头的血流在基线 以下。 • 最大血流的探测能力取决于探 头的频率和取样速率，即PRF 。 • 第二个限制因素是血流与声鼓 束的角度。
在中央部位，不显示任何血流。多普勒处理器不能看到垂直于声束的 的血流。
问题: 角度依赖
Color/Doppler
血流在此部位是背离探头。
血流在此部位是冲向探头。
显示速度取决于观察的角度
彩色多普勒
• 彩色多普勒使用与脉冲 波相同的原理。 • 仪器需要图象上许多点 的多普勒信息。 • 在每一点上，仪器要决 定其平均速度。 • 平均速度转换成彩色。 红色表示正向，兰色表 示负向。
• 使用从Utrecht 到阿姆斯特丹的荷兰铁路
实验设计
Color/Doppler
• 火车速度 = 40 MPH