超聲多普勒血流儀工作原理初探

郝國防

摘 要：超聲多普勒血流儀是測量血液流速和流量的儀器，位置固定的超聲探頭發(fā)射超聲波，被血液中的紅細(xì)胞接收，然后把紅細(xì)胞作為波源，超聲探頭接收紅細(xì)胞的反射波，利用超聲波的發(fā)射波和反射波的頻率差，根據(jù)多普勒效應(yīng)公式即可計算血液的流速。因其具有靈敏度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于頸部、顱腔和肢體外周血管的血液流動檢查。

關(guān)鍵詞：超聲波；多普勒效應(yīng)；血流儀；血液流速

一、工作原理

利用超聲多普勒血流儀測量血液流速時，使血流儀的探頭處于固定位置，且保持靜止?fàn)顟B(tài)，如下圖所示，超聲探頭向血液中發(fā)射超聲波束，血液中的紅細(xì)胞接收超聲波，并在紅細(xì)胞的表面產(chǎn)生一定量的反射，超聲探頭接收被血流反射回來的超聲波，通過測量反射波和發(fā)射波的頻率差就可以計算血管內(nèi)血液的流速。

利用超聲波多普勒血流儀測量血液速度的技術(shù)可以分解為超聲波的發(fā)射和反射波的接收兩個過程。

先把探頭和紅細(xì)胞分別作為波源和觀測者，接著求解紅細(xì)胞接收到的超聲波頻率，再把紅細(xì)胞作為反射波的 波源，把探頭作為觀測者，計算探頭 接收到的反射波的頻率，最后就可以 求出發(fā)射波和探頭接收到的反射波的頻率差。

二、血液流速的計算

假設(shè)探頭發(fā)射的超聲波的頻率為V，血液的流速為v，超聲波在血液中傳播的速度為u，血液流動的方向與超聲波入射方向之間的夾角為θ。

1.計算紅細(xì)胞接收到的超聲波頻率V1

因探頭固定不動，可以看作為靜止的波源，而紅細(xì)胞運動的速度等于血液的流速v，故紅細(xì)胞為運動的觀察者，根據(jù)多普勒效應(yīng)公式得：

2.計算探頭接收到的反射波的頻率V2

此時探頭相當(dāng)于處于靜止?fàn)顟B(tài)的觀測者，而運動速度為v的紅細(xì)胞相當(dāng)于發(fā)射頻率為V1的超聲波的波源，根據(jù)多普勒效應(yīng)公式得：

只要測出超聲波的頻率V和在血液中傳播的波速u、頻差△V以及血流方向和超聲波傳播方向的夾角θ，就可利用上式計算出血管內(nèi)血液的流速。

三、超聲多普勒血流儀的分類

超聲多普勒血流儀按照超聲波的發(fā)射規(guī)律可分為連續(xù)超聲多普勒血流儀和脈沖超聲多普勒血流儀。連續(xù)超聲多普勒血流儀是利用超聲探頭連續(xù)發(fā)射超聲波，并計算發(fā)射波和反射波的差頻，從而獲得血液流動的信息。這種類型的儀器可以測量血液的流動速度大小和流動方向，尤其是對高速流動的血液測量更為準(zhǔn)確。但其測量結(jié)果受超聲波發(fā)射方向與超聲探頭運動方向之間夾角的影響較大，無法測量超聲探頭和運動物體之間的距離，因此，其使用范圍存在較大的局限性。脈沖超聲波多普勒血流儀的超聲探頭發(fā)射的是間斷的脈沖超聲波，并在反射波的接收器中添加了延遲電路，這樣就可以測量出運動目標(biāo)的實際距離。如果在延遲電路中設(shè)計不同的延遲時間，就可以測得沿超聲波束方向不同深度處的血液流動速度，從而在顯示器上形成血液流動剖面圖像。

目前醫(yī)院所使用的多普勒血流儀大部分為2MHz（脈沖波）、4MHz（連續(xù)波）的超聲探頭，其靈敏度高、抗干擾能力強，可以對頸、顱腔和肢體外周血管的血液流動情況進(jìn)行檢查。醫(yī)生可以利用先進(jìn)的數(shù)字存儲技術(shù)隨意調(diào)節(jié)增益、超聲強度、血流方向、取樣深度、標(biāo)尺和掃描速度等。聯(lián)機狀態(tài)時醫(yī)生可以獲得舒張末期流速、收縮期峰流速、平均流速、RI指數(shù)、PI指數(shù)等多個檢測參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬孔阜.超聲多普勒血流測定儀的設(shè)計原理及其臨床應(yīng)用[J].浙江醫(yī)學(xué)，1985（2）.

[2]李光勛，王云創(chuàng).醫(yī)用物理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2013.