Imagem: Sheldon fantasiado de Efeito doppler. Fonte: universogenial.wordpress.com
Os fãs de The Big Bang Theory devem se lembrar da ocasião em que Sheldon se vestiu de efeito doppler para ir a uma festa a fantasia.
O nerd tentou explicar durante toda a festa o que a roupa significava, dizendo que se tratava de “uma aparente mudança na frequência de uma onda, causada pelo movimento relativo entre a fonte da onda e o observador”. Mas, e você, entendeu a explicação?
O efeito doppler
O efeito Doppler refere-se a mudança na frequência das ondas sonoras, que ocorre devido ao movimento da fonte sonora, do refletor de som ou do receptor de som. O nome dessa propriedade física é em homenagem ao pesquisador Johann Doppler, austríaco, que descreveu este fenômeno em 1842.
Imagine uma ambulância com sua sirene ligada que desloca-se em uma rua afastando-se de um observador e aproximando-se de um outro observador.
Como a velocidade de propagação das ondas sonoras depende apenas do meio (nesse caso, o ar), a velocidade relativa entre as ondas sonoras e ambos observadores será igual, tanto em relação ao observador que se afasta, quanto em relação ao observador que se aproxima da fonte das ondas.
Dessa forma, para que a velocidade permaneça constante para ambos observadores, ocorrem mudanças no comprimento de onda (espaço necessário para a onda completar uma oscilação) e na sua frequência.
Imagem: Ilustração do efeito doppler. Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-efeito-doppler.htm
O observador que vê a ambulância afastando-se ouvirá um som com maior comprimento de onda e menor frequência, portanto, mais grave. Em contrapartida, o observador que vê a ambulância aproximando-se ouvirá um som de maior frequência e menor comprimento de onda, portanto, mais agudo.
Para o diagnóstico médico, o efeito Doppler é empregado na ultrassonografia (USG) com Doppler espectral e na aquisição de imagens vasculares com fluxo colorido, que suplementam a USG em escala de cinza na identificação de vasos sanguíneos, confirmação de fluxo sanguíneo e do seu sentido, detecção de estenoses e oclusões vasculares, avaliação da perfusão de órgãos e tumores e caracterização dinâmica do fluxo sanguíneo para descobrir anomalias fisiológicas.
Isso é possível por meio da detecção de mudança na frequência das ondas de ultrassom, que ocorre quando o som é refletido a partir da movimentação de aglomerados de eritrócitos.
Desvio Doppler
O desvio doppler representa a mudança na frequência entre as ondas ultrassonográficas emitidas pelo transdutor e as ondas que retornam ao transdutor depois de refletir nos eritrócitos em movimento. Este desvio na frequência sonora resulta do efeito Doppler. A frequência do som refletido aumenta quando o fluxo sanguíneo é no sentido do sinal de Doppler e diminui quando se afasta deste.
Um aumento da frequência é denominado desvio positivo de Doppler. Nesse caso, as ondas sonoras são compactadas quando encontram os eritrócitos se movendo em direção a fonte de som. Do mesmo modo, uma diminuição da frequência é denominada desvio negativo de Doppler, pois as ondas de som refletidas são esticadas pelos eritrócitos se afastando da fonte de som. Um desvio de Doppler em um vaso sanguíneo confirma se há fluxo sanguíneo.
Imagem: Desvio na frequência do Doppler. O feixe de USG Doppler transmitido (Ft) encontra os eritrócitos do sangue que se deslocam em um vaso sanguíneo visualizado. O movimento dos eritrócitos provoca aumento na frequência do eco de retorno (Fr) devido ao efeito de Doppler.
O instrumento de USG detecta e mede a frequência do sinal de retorno de Doppler, confirmando a existência de fluxo sanguíneo e o seu sentido, através da existência e direção do desvio na frequência do Doppler. Fonte: BRANT & HELMS, 2015.
A direção do desvio de Doppler voltada para frequência maior ou menor indica o sentido do fluxo sanguíneo. As frequências de desvio de Doppler estão dentro do espectro de alcance do ouvido humano e produzem padrões sonoros audíveis distintos para caracterizar fluxo sanguíneo arterial e venoso normal e anormal.
Equação de Doppler
A equação de Doppler descreve, de forma matemática, a relação entre a frequência de desvio de Doppler (ΔF) e a velocidade (V) dos eritrócitos em movimento que produzem o deslocamento.
Em que:
ΔF = (Fr – Ft) = frequência de deslocamento (Doppler shift)
Ft = frequência do feixe de US Doppler transmitida (frequência do transdutor)
Fr = frequência do feixe de US recebida (deslocada pelo movimento dos eritrócitos)
V = velocidade dos eritrócitos (velocidade do fluxo sanguíneo)
θ = ângulo de Doppler = ângulo entre o sentido do fluxo sanguíneo e o sentido do feixe de US Doppler
C = velocidade do som no tecido (presumida como constante em 1.540 m/s)
O fato de que o desvio de frequência de Doppler é diretamente proporcional ao cosseno do ângulo de Doppler tem implicações importantes.
Em primeiro lugar, a maior frequência de desvio, isto é, o maior sinal de Doppler, será obtido quando o feixe de USG Doppler for dirigido diretamente para baixo do cilindro do vaso (θ = 0°; cosseno 0° = 1).
Segundo, não ocorre desvio de Doppler quando o feixe de USG Doppler é diretamente direcionado na perpendicular do fluxo sanguíneo (θ = 90°; cosseno 90° = 0).
Pequenos erros na estimativa do ângulo de Doppler não causam apenas pequenos erros no cálculo de velocidade em pequenos ângulos de Doppler, mas pequenos erros na estimativa do ângulo de Doppler causam grandes erros no cálculo de velocidade em ângulos próximos a 90°.
Imagem: Ângulo de Doppler. O volume amostral de Doppler é indicado por duas linhas paralelas. O indicador do ângulo de Doppler é apresentado como uma linha tracejada dentro do volume amostral. A unidade de US tem um botão de controle que é utilizado para alinhar o indicador de ângulo de Doppler com as paredes dos vasos sanguíneos. Fonte: BRANT & HELMS, 2015.
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