激光多普勒血流仪 [背景] 激光多普勒是一种无创组织血流检测手段，基于激光遇到血细胞会产生相移的原理。激光多普勒可以给出血流量、血流速度、血细胞浓度，这些参数是从反射光照射光传感器产生的光电流的功率谱里提取出来的。从 20 世纪 80 年代早期开始，激光多普勒市场销量稳步上升（如图 1）。相比于超声多普勒，激光多普勒除了无创还可以检测组织的微循环和人情绪激动时血液灌注的快速变化。当然激光多普勒也存在亟待解决的缺陷，如血液灌注信号受到组织光学特性的影响，存在运动伪影，灌注测量缺少定量的单位，不知道检测深度和生物零信号（在不流动条件下进行灌注测量）。[1] 图 1 从 1980 到2006 年使用到激光多普勒血流仪的文章[1] [检测原理] 图 2 MOOR 激光多普勒血流仪 当一束激光照射到一小块组织上，光子会被静态或者动态的微粒散射。根据散射角度、波长、被散射物的速度的不同，移动的红细胞会对激光产生不同的相移。 如图3，速度ki，频率ω的光子被速度为V 的红细胞散射，多普勒相移为 Δω=|V||k1-ks|cosβ，k1 是入射波向量，ks 是散射波向量，β是速度向量和散射向量（即 k1-ks）的夹角，β是散射角，λ是散射光的平均波长，则多普勒相移为Δω=2(2π/λ)|v|sin(α/2)cosβ。在血液中激光会经过多次反射、微血管走向有任意性，所以光会有一定范围内的相移。 图3 速度ki，频率ω的光子被速度为V 的红细胞散射[1] 经过相移后的激光与没经过相移的激光在探头处相干产生斑点干涉纹，从而产生交流电(AC)，用直流电的平方(DC^2)做标准化得到 <ᵅᵃᵃ2><ᵅᵃᵃ2>=1ᵄfD(2-fD) (1) 其中 N 是干涉斑的数目，fD 是所有探测到的光子的相移频率。 图4 探头的接收发送 为了提取出血流量和血细胞浓度，需要检测探头电流波动的功率谱。如图4 是从人体右脸颊采集，扫出 500 个数据再求平均得到的。功率谱序数 i的时刻是 Mi=∫ᵱᵅᵄ(ᵱ)ᵅᵱ∞0 (2) I=1 时是灌注信号，和血细胞运动速度的均方根和血细胞浓度成线性相关，i=0 是的信号等于光电流的调制深度并且和血细胞浓度成正比，所以ᵄ 1ᵄ 0表示平均多普勒相移（和平均运动速度成正比）。因为激光多普勒血流仪给不出血流量的绝对值，灌注用不固定的单位表示。 激光多普勒血流仪检测有一些基本假设：(1)光在任意组织中照射方向是随机的；(2)多普勒相移主要是由血细胞引起的；(3)检测到的红细胞的平均数和微循环中的红细胞数目和浓度呈正相...
