超聲多普勒血流儀工作原理初探

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射超聲波，被血液中的紅細胞接收，然后把紅細胞作為波源，超聲探頭接收紅細胞的反射波，利用超聲波的發射波和反射波的頻率差，根據多普勒效應公式即可計算血液的流速。因其具有靈敏度高、抗干擾能力強等優點，可廣泛應用于頸部、顱腔和肢體外周血管的血液流動檢查。

關鍵詞：超聲波；多普勒效應；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，且保持靜止狀態，如下圖所示，超聲探頭向血液中發射超聲波束，血液中的紅細胞接收超聲波，并在紅細胞的表面產生一定量的反射，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射波的頻率差就可以計算血管內血液的流速。

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

先把探頭和紅細胞分別作為波源和觀測者，接著求解紅細胞接收到的超聲波頻率，再把紅細胞作為反射波的 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

假設探頭發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，而紅細胞運動的速度等于血液的流速v，故紅細胞為運動的觀察者，根據多普勒效應公式得：

2.計算探頭接收到的反射波的頻率V2

此時探頭相當于處于靜止狀態的觀測者，而運動速度為v的紅細胞相當于發射頻率為V1的超聲波的波源，根據多普勒效應公式得：

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射規律可分為連續超聲多普勒血流儀和脈沖超聲多普勒血流儀。連續超聲多普勒血流儀是利用超聲探頭連續發射超聲波，并計算發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確。但其測量結果受超聲波發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的實際距離。如果在延遲電路中設計不同的延遲時間，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。

目前醫院所使用的多普勒血流儀大部分為2MHz（脈沖波）、4MHz（連續波）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行檢查。醫生可以利用先進的數字存儲技術隨意調節增益、超聲強度、血流方向、取樣深度、標尺和掃描速度等。聯機狀態時醫生可以獲得舒張末期流速、收縮期峰流速、平均流速、RI指數、PI指數等多個檢測參數。

參考文獻：

[1]馬孔阜.超聲多普勒血流測定儀的設計原理及其臨床應用[J].浙江醫學，1985（2）.

[2]李光勛，王云創.醫用物理學[M].北京：科學出版社，2013.