超聲多普勒血流分析儀(包括TCD)的核心原理是物理學中的多普勒效應(Doppler Effect)。

1. 多普勒效應： 簡單來說，當波源和觀察者之間存在相對運動時，觀察者接收到的波的頻率會發生變化。例如，當救護車駛向你時，笛聲變得尖銳(頻率變高);遠離你時，笛聲變得低沉(頻率變低)。

2. 在血流檢測中的應用： TCD儀器的探頭同時是發射器和接收器。它向顱內血管發射一束固定頻率的超聲波。這束超聲波在傳播過程中會遇到流動的紅細胞。

當紅細胞朝向探頭運動時，反射回來的超聲波頻率會升高。

當紅細胞背離探頭運動時，反射回來的超聲波頻率會降低。

這種反射波與發射波之間的頻率差，就稱為多普勒頻移(Doppler Shift)。

3. 信息轉換： 儀器通過電子系統正確計算出這個頻移值。根據多普勒公式，頻移的大小與血流的速度成正比。因此，通過測量頻移，就可以直接計算出血流的速度。同時，根據回聲的強弱和頻譜的形態，還可以判斷血流的方向(朝向或背離探頭)和性質(層流或湍流)。

4. 定位血管： 由于不同顱內動脈相對于探頭(通常放置在顳窗、眼窗、枕窗)有特定的解剖位置和深度，操作者通過調整探測深度和角度，就能特定地檢測到大腦中動脈、前動脈、后動脈及基底動脈的血流信號。

簡言之，TCD就是利用超聲波和多普勒效應，將看不見的顱內血流速度、方向等信息，轉換成可視化的頻譜和可量化的數據，從而無創地評估腦血管狀況。