血流动力学是指血液在心血管系统中流动的力学,主要研究血流量、血流阻力、血压以及他们之间的相互关系。
一、正常血管血流动力学
大多数正常血管中，血流的运动是同心分层的，被称为层流。紧靠血管壁的最外层血流速度为零，是由血流与血管内壁之间的粘附力造成的。从内向外，速度依次减低，中心最快。血流的平均速度是最高速度的一半。
正常的笔直走行的血管遵循泊肃叶定律：Q=π×r＾４×Δp／（8ηL)。
其中，Q代表血流量，指在单位时间内流经血管某一截面的血量，也称为容积速度，通常表示为毫升/分或升/分。Δp是两点之间的压力差，η是液体的黏度，L是管道的长度，r是管道半径。循环系统中，血管长度和血液粘度几乎不变，所以血流量改变主要由血管半径和压力能量水平变化决定。
在循环系统中，任何两点之间血流存在的前提是两点之间能量的差异。通常，压力差异反映能量差异。心室快速射血期，动脉端血流量增加，压力升高达到最高峰，收缩后期心脏射血量减少，流出外周血管的血流量超过心脏射血量，压力开始下降，并持续于整个舒张期。心脏所做功的一部分推动血液前行，而大部分引起动脉扩张以贮存血量和能量，在舒张期维持对血液的持续性灌注。
血流的主要能量形式是心脏搏动所产生的使血管扩张的压力（势能）。然而，一部分血液能量形式是动能，即由血流速度而产生的做功的能力。通常，与压力能量相比，动能所占比例很小。正常休息状态下，它只等于几毫米汞柱或更小。血液的动能与其密度（在正常情况下是恒定的）成正比，与速度的平方根成正比。当血流通过相对笔直的动脉时，动脉（血流）和势能（血压）之间的平衡关系保持稳定。当动脉管径增大时，血流速度降低，动能转化为势能（压力）。相反，当动脉管径变细时，势能转化为动能。血管轻度狭窄处管径变细，血流速度增加。
阻力取决于血液粘度和管径。阻力可被认为是推动一个单位血流所需的压力差，也可被认为是推动血流通过血管的难度指数。血管的不同连接方式的综合效应影响阻力。血管串联，总阻力等于各个血管阻力之和；血管并联，总阻力的倒数等于各个血管阻力的倒数之和。
二、动脉阻塞的效应
动脉阻塞会导致阻塞近心端的压力和流速的下降。血管狭窄处管径变细，血流速度增加，摩擦力可导致柱状体血管内血流能量的逐渐损失，严重狭窄时尤为明显。另外，由于湍流所致的血流不稳定，可造成狭窄远处能量的额外丢失。动脉粥样硬化斑块可导致动脉管腔狭窄及狭窄远端压力和血流速度的下降，但管腔狭窄必须达到一定的程度才会引起血流动力学改变。有研究表明，主动脉横截面积狭窄超过90%（大概相当于直径狭窄率70%）才会引起远心端压力和流速的改变，而在稍小的血管，如髂动脉、颈动脉、肾动脉和股动脉则在70-90%（直径狭窄率45%-69%）。
狭窄影响血流动力学的因素：a、狭窄部分的长度和残余管径。b、内膜的粗糙程度。c、狭窄的不规则度及其形状（亦即，是突然狭窄，还是逐渐狭窄）d、狭窄部分残余面积与正常管腔面积的比率。e、流速比；f、动静脉压力梯度。g、狭窄远端的外周阻力。
在正常的动脉血管，血流速度在收缩早期迅速达到峰值，在舒张期下降，收缩期正常动脉中心的流速较高而相对一致，频谱表现为峰值流速波形较窄。在狭窄的远端，速度波形变钝，狭窄可导致显著血流紊乱，出现异常高速血流（湍流）、射流，血细胞向不同方向以不同速度不规则运动及涡流，多普勒频移改变，收缩期流速波形增宽或分散（频窗增宽）或者频窗充填。
三、多普勒频谱分析
多普勒频谱是运动的血液产生的多普勒频率图像，其显示的是各个时相血管内一个特定取样框内的多普勒频率的叠加。多普勒频谱的关键成分包括时间、频率、速度和多普勒信号强度。
彩色血流图像：位于屏幕上方,显示了血管、取样容积及多普勒取样线
彩色血流信息：图像右侧的彩阶显示了血流方向和颜色之间的关系，习惯上规定，彩阶的上半部分显示朝向探头的血流颜色，彩阶的下半部分显示远离探头的血流颜色。
多普勒角度：多普勒夹角显示在右上方，这里是60度。
时间：屏幕下方的水平轴表示时间。
流速：血流速度显示在频谱图的纵轴上。
取样容积内的流速分布是用频谱的亮度来显示的。
血流方向：血流方向与频谱的基线有关。本图中，朝向探头的血流显示在基线的上方，远离探头的血流显示在基线下方。
峰值流速包络：整个心动周期中的峰值流速在频谱图中用蓝线勾画出来，有关输出结果显示在图像左下角，包括PSV、DSV、超声仪会自动计算RI和PI,显示在速度下方。
四、波形和搏动性
低搏动性：多普勒收缩期较宽，整个舒张期均为正向血流。正常情况下颈内动脉、椎动脉、肾动脉以及腹腔动脉都是这样的波形。
中搏动性：介于低阻力和高阻力之间，收缩期高尖，整个舒张期均为正向血流（有时可能会有舒张早期的反向血流）。如颈外动脉和禁食时的肠系膜上动脉
高搏动性：收缩期窄而高尖，舒张期逆转或缺失。如人体静息状态时下肢动脉的三相波。高尖的收缩峰（第一相）之后是一个短暂的反向波（第二相），然后又是短暂的正向波（第三相）。高搏动性波形表明血流阻力（外周阻力）很高。如锁骨下动脉。
五、动脉狭窄频谱特征：
右侧锁骨下动脉重度狭窄
局部效应：狭窄处血流增高；狭窄即后端血流紊乱
颅内段颈内动脉重度狭窄，颅外段颈内动脉远段频谱
近心段（上游）搏动性改变：搏动性增高；因血流量减少，流速下降
右侧锁骨下动脉起始段重度狭窄
远心段（下游）搏动性改变：收缩期加速度降低；收缩期增宽；舒张期流速升高（外周阻力降低），总体流速降低
左侧颈总动脉次全闭塞，颈外动脉血流反向，供应颈内动脉
继发（侧枝）效应：侧枝血管管腔增宽，流速和流量增加；侧枝血管出现反向血流，侧枝血管搏动性（血流阻力）降低
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