超声多普勒技术

多普勒技术是一种利用多普勒现象测量物体运动速度的技术。超声多普勒现象是指当频率为f0的超声束入射到运动速度为V的物体上时(图1)，反射（或散射）回波的频率f将发生变化。f0与f之差称为多普勒频偏fD,cosθ，式中C是声波在介质中的传播速度，θ是声束和物体运动速度间的夹角。因此，f_D的大小反映运动速度，f_D的符号(f大于还是小于f₀) 反映运动方向是朝向发射声源，还是远离它。
超声频率的选择决定于临床目的，需要在穿透深度、多普勒频偏的大小以及超声场的形状尺寸之间折中。产科和心脏病学中常取2～3MHz，浅部血流测量常取5MHz左右，眼科应用有时高达10MHz。

图1 超声多普勒现象

工作原理 分为以下四个方面。
(1)连续波多普勒： 此时探头连续地发射超声波。早期的简单仪器(例如胎儿听诊器，图2)多采用这种工作方

图2 超声多普勒胎儿听诊仪

式。超声回波经探头接收转换成电信号后，经过射频放大和解调（常用包络检波），变成音频输出。这种方法线路简单，但不能判断血流方向。
(2)方向性多普勒： 是一种具有方向检测能力的多普勒系统。原理上最简单的方法是采用高质量的低通及高通滤波器，使高于和低于f0的频率成分分两路输出，但对滤波器要求过高，不易工业生产。目前比较普遍的方法是先对接收信号作正交相位检测，然后再经相域或频域处理，取得方向信息。前者正反向流的通道是分开的。后者则把f₀迁移到某一导引频率fP，并使正反向流的频率分居fP的两侧。
连续多普勒系统不能反映探头和运动物体间的距离，测量结果受声束和运动方向夹角θ的影响很大。双声束多普勒法(DBDU)较好地解决了后一问题。
(3) 脉冲多普勒： 此时超声以脉冲间歇方式发射。图3是单接收通道的原理。用门控信号G控制振荡器输出，使它脉冲式发射。同时把同一门控信号经选定的延迟时间τK后控制接收门，使得只有选定深度的回波得以通过，从而取得皮下选定深度的血流信息。如果采用多个距离选通门各调整于不同的延迟时间，就可以同时测得沿声束方向上不同深度的血流速度，从而构成血流剖面图。

图3 脉冲多普勒系统原理

(4) 时间编码超声多普勒： 它是用连续发射的编码超声取得距离信息。由于二值性M序列具有类似于白噪声的相关函数，因此用它来调制超声发射(如图4所示)，再把回波与经延迟的调制信号进行相关处理和带通滤波，就能突出指定深度的回波信息。调整延迟时间就可以改变取样深度。

图4 时间编码超声多普勒系统原理

信号处理 分析和显示多普勒信息的最简单方法是音响监听和纸带记录。不少仪器中采用过零检测法估计频率。此外也可以采用平均频率变换器或最大频率跟随器来取得速度-时间曲线。近代的血流仪则多是采用基于快速富氏变换(FFT)的频谱分析器，并实时显示血流图形，横座标是时间，纵座标是频率，显示的灰阶或亮度则代表各频率成分的相对强度。
临床应用 超声多普勒技术在临床上主要用于血液动力学研究，心血管系统和妇产科的临床检查。通过测量血管内血流的速度-时间曲线以及它的速度剖面图，可以判断血管的狭窄、阻塞或回流。当测量结果以速度-时间曲线形式表示时，通常采用脉动指数(PI)，渡越时间(TT)和阻尼系数(DF)作诊断的定量指标。当采用动态谱图方式显示时，则要根据时相(舒张期、收缩期)，谱的形态（是否增宽或充填），血流方向（基线上下）及频移幅度（谱峰高低）来作判断。依此可诊断血管的粥样硬化、动静脉瘤等，也可以用于静脉血液的研究以及检测血流中的气泡。多普勒技术不仅可以明确诊断心脏内有无分流、返流存在，而且可以估计其严重程度，并对心房、心室间隔缺损，主动脉、肺动脉、二尖瓣关闭不全和狭窄等都可作出可信的判断。在妇产科主要用于测定胎儿心率，以判断宫内胎儿死亡及多胎妊娠。在围产期配合宫缩曲线作临产监护，以判断是否发生胎儿窘迫。此外，多普勒技术还可以用于测量乳汁流速、尿速等。
超声多普勒技术进一步发展的方向是和医学成象技术相结合。目前临床上使用较广的有：
❶把脉冲多普勒和B型成象或M型结合构成多功能的扫查系统；
❷用动目标显示技术和相位检测法，由接收回波分析流速的空间分布，并把它的大小、方向采用彩色编码和B型成象同时显示，即所谓彩色多普勒超声系统。