肛肠腔内超声诊断仪的工作原理基于脉冲回波超声成像技术。设备内置的压电换能器在高频电信号激励下产生超声波（通常频率范围为5–12 MHz），该声波经耦合介质（如水或专用凝胶）传导至肛管或直肠壁组织。当声波在不同声阻抗的组织界面（如黏膜与黏膜下层、肌层与脂肪组织）发生反射时，部分回波被同一换能器接收并转换为电信号。信号经放大、滤波和数字化处理后，由图像处理单元依据回波强度（振幅）和传播时间（深度）构建二维灰阶图像。高频率超声（如10 MHz以上）可提供更高分辨率但穿透深度受限（通常<5 cm），适用于浅表括约肌及瘘管评估；较低频率（如5–7.5 MHz）则用于深部直肠壁及周围淋巴结成像。

在径向扫描模式下，探头末端装有旋转式换能器或机械扫描装置，可实现360°环形切面成像，直观显示肛管横断面解剖，便于评估括约肌完整性及瘘管走行。线性阵列探头则提供矢状面或冠状面图像，适用于纵向病变追踪。部分高端机型集成彩色多普勒功能，通过检测红细胞运动引起的多普勒频移，可视化病灶区域血流灌注，辅助鉴别炎性与肿瘤性病变。此外，三维重建技术通过连续二维切面堆叠生成容积数据，可进行任意角度切割与表面渲染，显著提升复杂肛瘘分支或直肠癌浸润范围的评估精度。整个成像过程依赖于声学物理特性与数字信号处理算法的协同，确保图像真实性与诊断可靠性。