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1、简介：多普勒效应Doppler effect水波的多普勒效应多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴约翰多普勒（Christian Johann Doppler而命名的，他于1842年首先提出了这一理论， 主要内容为：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动 的波源前面，波被压缩，波长变得较短,频率变得较高（蓝移blue shift）； 在运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红 移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程 度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的
2、速度,除非波源的速度非常接近 光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象都存在多普勒效应。发现：1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家。一天，他正路过铁路交叉 处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖， 而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣,并 进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的 声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为，声源相对于观测者在 运动时，观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时，声波的波长 增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调
3、就变高。音 调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大，改变 就越显著，后人把它称为“多普勒效应”。原理：多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时 接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备， 多普勒当时没有用实验验证,几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训 练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。假设原有波源的波长 为入，波速为c，观察者移动速度为V：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v） /入，如果观察者远离波源，则 观察到的波源频率为（C-V）/入。一个常被使用的例子是火车的汽笛声,当
4、火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常 更刺耳你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报 声和赛车的发动机声。如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象若你每走一步，便发射了一个 脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面 的声源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高,而 在你之后的脉冲频率比平常变低了。产生原因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间 内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个 数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到 的完全波的个
5、数决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会 改变在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增 大.同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完全波的个 数减少，即接收到的频率减小.适用：多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波，包括电磁波。科学家 爱德文哈勃（Edwin Hubble）使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发 现远离银河系的天体发射的光线频率变低,即移向光谱的红端,称为红移,天体 离开银河系的速度越快红移越大，这说明这些天体在远离银河系。反之，如果天 体正移向银河系，则光线会发生蓝移。在移动通信中，当移动台移向基站时，
6、频率变高，远离基站时，多普勒效应（来自EVE-online）频率变低，所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。当然，由于日常生活 中，我们移动速度的局限，不可能会带来十分大的频率偏移，但是这不可否认地 会给移动通信带来影响，为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不得不 在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。在单色的情况下，我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率，或者解释 为，在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数。在可见区域，这种频率越低，就越 趋向于红色，频率越高的，就趋向于蓝色紫色。比如,由氦氖激光所产 生的鲜红色对应的频率为4.74X1014赫兹，而汞灯的紫色对应的频率
7、则在 7X1014赫兹以上。这个原则同样适用于声波：声音的高低的感觉对应于声音 对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率（高频声音尖厉，低频声音低沉）。如果波源是固定不动的，不动的接收者所接收的波的振动与波源发射的波的节奏 相同：发射频率等于接收频率。如果波源相对于接收者来说是移动的，比如相互 远离，那么情况就不一样了。相对于接收者来说，波源产生的两个波峰之间的距 离拉长了，因此两上波峰到达接收者所用的时间也变长了。那么到达接收者时频 率降低，所感知的颜色向红色移动（如果波源向接收者靠近，情况则相反）。为 了让读者对这个效应的影响大小有个概念，在显示了多普勒频移,近似给出了一 个正在远离的光源在相对速度
8、变化时所接收到的频率。例如，在上面提到的氦 氖激光的红色谱线，当波源的速度相当于光速的一半时，接收到的频率由 4.74X1014赫兹下降到2.37X1014赫兹，这个数值大幅度地降移到红外线的 频段。应用分类：医学应用声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断，也就是我们平常说的彩超。彩超简单 的说就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法,即 D超，此法应用多普勒效应原理，当声源与接收体（即探头和反射体）之间有相 对运动时，回声的频率有所改变，此种频率的变化称之为频移，D超包括脉冲多 普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超声一般是用自相关技术 进行多普勒信号处理，把
9、自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在 二维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图像。由此可见，彩色多普勒超声（即 彩超）既具有二维超声结构图像的优点，又同时提供了血流动力学的丰富信息， 实际应用受到了广泛的重视和欢迎，在临床上被誉为“非创伤性血管造影”。 为了检查心脏、血管的运动状态,了解血液流动速度，可以通过发射超声来实现。 由于血管内的血液是流动的物体，所以超声波振源与相对运动的血液间就产生多 普勒效应。血管向着超声源运动时，反射波的波长被压缩,因而频率增加。血管 离开声源运动时，反射波的波长变长,因而在单位时向里频率减少。反射波频率 增加或减少的量，是与血液流运速度成正比，从而就
10、可根据超声波的频移量，测 定血液的流速。我们知道血管内血流速度和血液流量，它对心血管的疾病诊断具有一定的价值， 特别是对循环过程中供氧情况,闭锁能力，有无紊流,血管粥样硬化等均能提供 有价值的诊断信息。超声多普勒法诊断心脏过程是这样的：超声振荡器产生一种高频的等幅超声信 号，激励发射换能器探头，产生连续不断的超声波，向人体心血管器官发射，当 超声波束遇到运动的脏器和血管时，便产生多普勒效应，反射号就为换能器所接 受，就可以根据反射波与发射的频率差异求出血流速度，根据反射波以频率是增 大还是减小判定血流方向。为了使探头容易对准被测血管，通常采用一种板形双 叠片探头。彩色多普勒超声补充：多普勒效应
11、也可以用波在介质中传播的衰减理论解释.波在介质中传播， 会出现频散现象，随距离增加，高频向低频移动.医疗领域内B超的发展方向就是彩超，下面我们来谈谈彩超的特点：多普勒效应5其主要优点是：能快速直观显示血流的二维平面分布状态。可显示血流的运 行方向。有利于辨别动脉和静脉。有利于识别血管病变和非血管病变。有 利于了解血流的性质。能方便了解血流的时相和速度。能可靠地发现分流和 返流。能对血流束的起源、宽度、长度、面积进行定量分析。但彩超采用的相关技术是脉冲波，对检测物速度过高时，彩流颜色会发生差错， 在定量分析方面明显逊色于频谱多普勤，现今彩色多普勒超声仪均具有频谱多普 勒的功能，即为彩色双功能超声
12、。彩色多普勒超声血流图（CDF）又称彩色多普勒超声显像（CDI），它获得的回声 信息来源和频谱多普勒一致，血流的分布和方向呈二维显示，不同的速度以不同 的颜色加以别。双功多普勒超声系统，即是B型超声图像显示血管的位置。多普 勒测量血流，这种B型和多普勒系统的结合能更精确地定位任一特定的血管。1. 血流方向在频谱多普勒显示中,以零基线区分血流方向。在零基线上方者示 血流流向探头，零基线以下者示血流离开探头。在CDI中，以彩色编码表示血流 方问，红色或黄色色谱表示血流流向探头（热色）；而以蓝色或蓝绿色色谱表示 血流流离探头（冷色）。2. 血管分布CDI显示血管管腔内的血流，因而属于流道型显示，它不
13、能显示血 管壁及外膜。3. 鉴别癌结节的血管种类用CDI可对肝癌结节的血管进行分类。区分其为结节 周围绕血管、给节内缘弧形血管。结节的流人血管、结节内部血管及结节流出血 管等。彩超的临床应用（一）血管疾病运用10MHz高频探头可发现血管内小于1mm的钙化点，对于颈动脉硬化性闭塞病 有较好的诊断价值，还可利用血流探查局部放大判断管腔狭窄程度，栓子是否有 脱落可能，是否产生了溃疡，预防脑栓塞的发生。彩超对于各类动静脉痿可谓最佳诊断方法，当探查到五彩镶嵌的环状彩谱即可确 诊。对于颈动脉体瘤、腹主要脉瘤、血管闭塞性脉管炎、慢性下肢静脉疾病（包括下 肢静曲张、原发生下肢深静脉瓣功能不全、下肢深静脉回流障
14、碍、血栓性静脉炎 和静脉血栓形成）运用彩超的高清晰度、局部放大及血流频谱探查均可作出较正 确的诊断。（二）腹腔脏器主要运用于肝脏与肾脏，但对于腹腔内良恶性病变鉴别，胆囊癌与大的息肉、慢 性较重的炎症鉴别，胆总管、肝动脉的区别等疾病有一定的辅助诊断价值。对于肝硬化彩超可从肝内各种血管管腔大小、内流速快慢、方向及侧支循环的建 立作出较佳的判断。对于黑白超难区分的结节性硬化、弥漫性肝癌，可利于高频 探查、血流频谱探查作出鉴别诊断。对于肝内良恶性占位病变的鉴别，囊肿及各种动静脉瘤的鉴别诊断有较佳诊断价 值，原发性肝癌与继发性肝癌也可通过内部血供情况对探查作出区分。彩超运用于肾脏主要用于肾血管病变，如前
15、所述肾动静脉痿，当临床表现为间隔 性、无痛性血尿查不出病因者有较强适应征。对于继发性高血压的常用病因之一 肾动脉狭窄，彩超基本可明确诊断，当探及狭窄处血流速大于150cm/s时， 诊断准确性达98.6%,而敏感性则为100%。另一方面也是对肾癌、肾盂移行癌及 良性肿瘤的鉴别诊断。（二）小器官在小器官当中，彩超较黑白超有明显诊断准确性的主要是甲状腺、乳腺、眼球， 从某方面来说10MHz探头不打彩流多普勒已较普通黑白超5MHz,探头清晰很多, 对甲状腺病变主要根据甲状腺内部血供情况作出诊断及鉴别诊断，其中甲亢图像 最为典型，具有特异性，为一 “火海征”。而单纯性甲状腺肿则与正常甲状腺血 运相比无明
16、显变化。亚急性甲状腺炎，桥本氏甲状腺炎介于两者之间,可借此区 别，而通过结节及周围血流情况又可很好地区分结节性甲状腺肿、甲状腺腺瘤及 甲状腺癌，所以建议甲状腺诊断不太明确，病人有一定经济承受能力者可做彩超 进一步明确诊断。乳腺彩超主要用于乳腺纤维瘤及乳腺癌鉴别诊断，而眼球主要对眼球血管病变有 较佳诊断价值。（四）前列腺及精囊正因为直肠探查为目前诊断前列腺最佳方法，所以在此特地提出。此种方法探查 时把前列腺分为移行区、中央区、周围区，另一部分前列腺纤维肌肉基质区。移 行区包括尿道周围括约肌的两侧及腹部，为100%的良性前列腺增生发源地，而 正常人移行区只占前列腺大小的5%。中央区为射精管周围、尖墙指向精阜，周 围区则包括前列腺后部、两侧尖部，为70-80%的癌发源地，而尖部包膜簿甚至 消失，形成解剖薄弱区，为癌症的
