多普勒原理

多普勒原理由奥地利物理学家Christian Doppler于1842年首先描述：当声源与接收体之间的位置恒定不变时，发射频率与接收频率相等；当两者之间的位置变化发生相对运动时，发射频率与接收频率将不再相等。两者之间相向运动，接收频率增加；两者之间相离运动，接收频率减少。这种声源与接收体之间相对运动产生的频率变化称为多普勒频移（Doppler shift）。在心血管系统，运动目标为红细胞。超声探头以发射频率（fo）发射至心脏和大血管时，运动中的红细胞反射声束，如红细胞运动朝向声源，接收声束频率（fr）增加；反之，如红细胞运动远离声源，接收声束频率减少；接收频率和发射频率的差别即为多普勒频移（Δf＝fr－fo）。多普勒频移（图3-1）依赖于发射频率，血流速度（×v）以及声束方向和血流方向的角度（θ），多普勒频移公式：

其中，C为声波在人体组织中的速度（1 540m/s，约为1.5mm/μs）。当多普勒入射角（θ）恒定时，从多普勒频移公式可推知，Δf取决于fo；对某一定的Δf，fo越小则可测定的血流速度×v就越大。因此如果想测定高速血流，就应选择较低频率的探头。当血流速度保持恒定时，影响Δf的参数只有cosθ；当θ＝0°时，cosθ＝1，即血流方向与声束平行；当θ＝90°时，cosθ＝0，即血流方向与声束垂直，Δf＝0，而检测不出多普勒频移。多普勒频移通常位于可听区域（100～15 000Hz），因此测定血流速度时，多普勒信号既可听到又可显示。例如：应用2.5MHz探头，3.3kHz的多普勒频移相对应于血流速度为1.0m/s，6.6kHz的多普勒频移相对应于血流速度为2.0m/s，以此类推。

图3-1　多普勒频移公式

探头以固定发射频率发射声束，运动的红细胞接受后反射回探头接收，接收频率和发射频率的差即为多普勒频移。