肛腸腔內超聲診斷儀的工作原理基于脈沖回波超聲成像技術。設備內置的壓電換能器在高頻電信號激勵下產生超聲波（通常頻率范圍為5–12 MHz），該聲波經耦合介質（如水或專用凝膠）傳導至肛管或直腸壁組織。當聲波在不同聲阻抗的組織界面（如黏膜與黏膜下層、肌層與脂肪組織）發生反射時，部分回波被同一換能器接收并轉換為電信號。信號經放大、濾波和數字化處理后，由圖像處理單元依據回波強度（振幅）和傳播時間（深度）構建二維灰階圖像。高頻率超聲（如10 MHz以上）可提供更高分辨率但穿透深度受限（通常<5 cm），適用于淺表括約肌及瘺管評估；較低頻率（如5–7.5 MHz）則用于深部直腸壁及周圍淋巴結成像。

在徑向掃描模式下，探頭末端裝有旋轉式換能器或機械掃描裝置，可實現360°環形切面成像，直觀顯示肛管橫斷面解剖，便于評估括約肌完整性及瘺管走行。線性陣列探頭則提供矢狀面或冠狀面圖像，適用于縱向病變追蹤。部分高端機型集成彩色多普勒功能，通過檢測紅細胞運動引起的多普勒頻移，可視化病灶區域血流灌注，輔助鑒別炎性與腫瘤性病變。此外，三維重建技術通過連續二維切面堆疊生成容積數據，可進行任意角度切割與表面渲染，顯著提升復雜肛瘺分支或直腸癌浸潤范圍的評估精度。整個成像過程依賴于聲學物理特性與數字信號處理算法的協同，確保圖像真實性與診斷可靠性。