超声多普勒血流仪工作原理初探

郝国防

摘 要：超声多普勒血流仪是测量血液流速和流量的仪器，位置固定的超声探头发射超声波，被血液中的红细胞接收，然后把红细胞作为波源，超声探头接收红细胞的反射波，利用超声波的发射波和反射波的频率差，根据多普勒效应公式即可计算血液的流速。因其具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点，可广泛应用于颈部、颅腔和肢体外周血管的血液流动检查。

关键词：超声波；多普勒效应；血流仪；血液流速

一、工作原理

利用超声多普勒血流仪测量血液流速时，使血流仪的探头处于固定位置，且保持静止状态，如下图所示，超声探头向血液中发射超声波束，血液中的红细胞接收超声波，并在红细胞的表面产生一定量的反射，超声探头接收被血流反射回来的超声波，通过测量反射波和发射波的频率差就可以计算血管内血液的流速。

利用超声波多普勒血流仪测量血液速度的技术可以分解为超声波的发射和反射波的接收两个过程。

先把探头和红细胞分别作为波源和观测者，接着求解红细胞接收到的超声波频率，再把红细胞作为反射波的 波源，把探头作为观测者，计算探头 接收到的反射波的频率，最后就可以 求出发射波和探头接收到的反射波的频率差。

二、血液流速的计算

假设探头发射的超声波的频率为V，血液的流速为v，超声波在血液中传播的速度为u，血液流动的方向与超声波入射方向之间的夹角为θ。

1.计算红细胞接收到的超声波频率V1

因探头固定不动，可以看作为静止的波源，而红细胞运动的速度等于血液的流速v，故红细胞为运动的观察者，根据多普勒效应公式得：

2.计算探头接收到的反射波的频率V2

此时探头相当于处于静止状态的观测者，而运动速度为v的红细胞相当于发射频率为V1的超声波的波源，根据多普勒效应公式得：

只要测出超声波的频率V和在血液中传播的波速u、频差△V以及血流方向和超声波传播方向的夹角θ，就可利用上式计算出血管内血液的流速。

三、超声多普勒血流仪的分类

超声多普勒血流仪按照超声波的发射规律可分为连续超声多普勒血流仪和脉冲超声多普勒血流仪。连续超声多普勒血流仪是利用超声探头连续发射超声波，并计算发射波和反射波的差频，从而获得血液流动的信息。这种类型的仪器可以测量血液的流动速度大小和流动方向，尤其是对高速流动的血液测量更为准确。但其测量结果受超声波发射方向与超声探头运动方向之间夹角的影响较大，无法测量超声探头和运动物体之间的距离，因此，其使用范围存在较大的局限性。脉冲超声波多普勒血流仪的超声探头发射的是间断的脉冲超声波，并在反射波的接收器中添加了延迟电路，这样就可以测量出运动目标的实际距离。如果在延迟电路中设计不同的延迟时间，就可以测得沿超声波束方向不同深度处的血液流动速度，从而在显示器上形成血液流动剖面图像。

目前医院所使用的多普勒血流仪大部分为2MHz（脉冲波）、4MHz（连续波）的超声探头，其灵敏度高、抗干扰能力强，可以对颈、颅腔和肢体外周血管的血液流动情况进行检查。医生可以利用先进的数字存储技术随意调节增益、超声强度、血流方向、取样深度、标尺和扫描速度等。联机状态时医生可以获得舒张末期流速、收缩期峰流速、平均流速、RI指数、PI指数等多个检测参数。

参考文献：

[1]马孔阜.超声多普勒血流测定仪的设计原理及其临床应用[J].浙江医学，1985（2）.

[2]李光勋，王云创.医用物理学[M].北京：科学出版社，2013.