超声多普勒现象是由奥地利物理学家克约斯琴·约翰·多普勒(Christian JohaunDoppler,1803～1853)在1842年首次发现的一种物理效应。多普勒效应是指观察者对超声波源作相对运动时，观察者接收到的超声回波频率和波源发出的频率并不相同的现象。当两者互相接近时，接收到的频率升高；当相互离开时，接收到的频率降低，并可利用一定的数学公式，计算出物体移动的速度。多普勒现象发现后的很长一段时间内，多普勒效应主要是应用在工业中测定移动物体的速度。近年来，在导航、卫星、天体等领域内得到广泛的应用。

    将超声多普勒技术应用于医学临床较晚，仅在多普勒效应发现一个多世纪之后。当时发现用一超声束通过皮肤、肌肉射向血管，由于血液内红细胞的流动，通过红细胞的散射而接收到的信号频率与发射频率不同，同样适用多普勒效应，可以利用此法来测定血液流动的方向和流速。1959年Satomura首先利用多普勒超声方法来研究周围血管经皮的血流速度。1960年Satomura和Kaneko利用此法描述了周围血管的阻力变化。由于颅骨对超声束的严重衰减，当时使用的5～10 MHz的超声探头难以记录到颅内血管的血流信号。故长期以来，各国学者均以测定颅外血管的方法来间接判断颅内血管的血流动力学变化及各种疾病的病理改变1965年Mijazaki和Kat。利用多普勒超声记录了颅外的血流移动曲线。vonReutern(1977)和Diener (1981)研究了由于颅内动脉瘤引起颈动脉血流速度增加。Matejosko (1975)和Budingen(1978)描述了海绵床窦的颅外血流动力学效应。Nornes(1977).Budingen(1979)和Steiger(1981)报道了头部外伤颅内压增高下颅外颈动脉血流变化。Bradley(1972)研究了不同生理状况下血流速度的特点。在此期间有些学者，例如Kaneko.Muchaidze和Volpe等通过对小孩未闭的囟门以及成年人通过枕骨大孔进行颅内动脉的血流速度测定。Brawley、Handa、Norner、Friedrich等在神经血管手术期间进行颅内多普勒超声检查，以取得血管狭窄和阻塞的资料。但真正能直接检测颅内血管的血流动力学状态及其生理参数，仅在1982年Aaslid创建应用低频脉冲技术建立的经颅多普勒方法后才能得到真正的实现。在此之前应用多普勒超声方法测定心脏血流、了解各瓣膜间的血液状况及病理情况下的血流返流也有较多的报道。

    【经颅多普勒检测方法的建立】

    长期以来，由于超声技术的限制，超声常被颅骨所吸收而致严重衰减，因此利用常规的多普勒超声检查方法不能对颅内血管进行血流动力学的检测。直到1982年Aaslid创建了一个带有发射2 MHz的脉冲多普勒装置后，才有可能直接记录脑底动脉环(Willis环)上各分支血管的血流动力学状况。经颅多普勒检测的建立是在工业上、医学上解决了以下5个问题后才得到实现。

    一、改变超声发射频率

    过去应用的超声发射频率一般为5～ 10 MHz，由于超声特性，其发射的频率越高，穿透力越低，只能反映浅表的血流情况，如四肢的周围血管血流测定，即使目前使用的3. 5 MHz频率，能检测腹部、胸腔内脏器及其血流，但也受骨质的吸收的影响，遇到骨组织即发生重衰减。因此，要达到颅内深层组织，必须使用低频率的超声发射，检测深部血管血流变化减少颅骨对超声的吸收。

    二、改变超声发射方式

    一般超声检查大多采用连续波的超声发射，即连续波多普勒，超声发射为连续不间断信号；同时接收不间断的回波信号。当超声束作用部位同时存在着2根或2根以上血管时，超声回波可同时被接收而无法区别超声束回波的来源，因此也就缺乏距离选通能力，无法进行精确的定位。由于颅内血管丰富，各个血管相互交叉，因此，使用连续波多普勒无法对所测量的血管进行精确定位。经颅多普勒的检测改变了超声发射方式，采用了脉冲多普勒方式，即是间断性的发射超声，间断性接受超声回波。探头在发出一组超声波之后，即作为接收器接受超声回波。其特点是改变延迟时间，可得到不同深度的超声回波信号，因此具有定位检测能力，即有距离选通功能，这样就能增加定位检测的准确性，这对正确判断颅内血管具有十分重要的意义。

    三、寻找和确定一个合适的超声进入颅内的途径

    颅内各血管均被颅骨所包围，颅骨又能吸收超声，因此超声波较难进人颅内。为此必须寻找一个合适的超声进入颅内的途径，这就是要建立一个特定的经颅窗，超声束由经颅窗进入颅内，才能直接描记出脑底动脉的血流多普勒信号。目前已有3个公认的经颅多普勒的经颅窗，即颞窗、枕窗、眼窗。颞窗是在颞部，颞骨的鳞状部分，这部分骨质较薄，年轻人有颞缝，超声束较易进人，经颞窗可以检测到大脑中动脉、大脑前动脉、大脑后动脉、前交通动脉、后交通动脉及颈内动脉的终末段等。枕窗是枕骨下经枕骨大孔超声束进人颅内，枕骨大孔是头颅的自然通道，无骨质阻碍，故超声束较易进人颅内。通过枕窗主要检测椎基底动脉系统的各血管如椎动脉、基底动脉、小脑后下动脉等。眼窗是由眼眶，通过视神经孔的通道使超声束进人颅内。视神经孔是视神经进人颅内的一个自然通道，超声束较易进人。经眼窗主要检测眼动脉、视网膜动脉、颈内动脉的虹吸段等血管。通过这3个经颅窗，基本上可全面的检测脑底动脉环上各血管的血流信号。

    四、有一个正确识别颅内血管的方法

    经颅多普勒的检测是将探头放置于颅外颅骨表面，因颅内血管丰富，超声束进人颅内后，遇到血管血流均可得到超声回波，得到多普勒血流信号，因此识别所得信号来源于何处血管，对临床诊断是一个十分重要的问题，也就是需要有识别颅内血管的方法，否则就会引起临床诊断的失误。经过长期的临床研究，Aaslid等建立了一套识别颅内血管的方法及原则。主要有3个方面:①所得信号与探头之间的距离，由于颅内各血管行径与分布不同，在颅内分布位置不同，各血管与探头之间有一定的距离范围，即有一定的深度。根据不同的深度可确定不同的血管。②血流方向。由于颅内各血管行走的方向不同，有的与探头位置相对而行，所得信号为正向血流，有的血管行走与探测头相背而行，故得到信号为负向血流，每个血管都有自己的特定的血流方向，也成为判别血管的一个主要依据。③采取一些特殊的功能试验，如压迫颈动脉试验、光刺激试验等，加以辅助判别。只有了解和遵循血管的识别原则，才能正确的了解所得信号来源于何处，才能正确地诊断疾病。

    五、计算机处理的频谱分析

    最初的超声检测主要根据超声回波进行分析，虽较简单，但信息较少，诊断的正确性较差。对血管血流多普勒超声检测时，由于血液内有大量的红细胞，其流动速度各不相同，因此对大量红细胞的超声反射信号进行综合分析，必须借助于现代高科技手段，特别是计算机的分析处理。现代经颅多普勒采用了计算机的快速富里叶((Fourier)转换的频谱分析，有可能对大量红细胞反射信号的频率与振幅进行综合性分析，改变了过去仅观察多普勒波形的简单分析，显示并计算了一系列的血流力学指标。如收缩峰速度、舒张末期血流速度、平均血流速度、搏动指数、阻力指数，等等。帮助临床获取更多的有用指标，有利于对各种脑血管疾病作出正确的诊断。

    由于解决了以上5个问题，经颅多普勒的检测才真正得到实现。