TCD原理中主要包括超声波特性、多普勒效应、快速傅里叶转换和脉冲波多普勒，了解略显枯燥乏味原理的目的是为了能更好地理解我们将要学习的东西。在TCD操作和频谱分析中涉及到诸多参数，作者把这些参数分成两部分介绍，一部分参数是在频谱分析中占据非常重要地位的，即参与频谱分析参数，包括：检测深度、血流方向、血流速度、搏动指数和频谱形态等。另一部分是在检查过程可以并需要调整的，这些参数包括深度、包络线、增益、基线、纵坐标血流速度刻度尺的比例、取样容积、屏幕扫描速度、发射超声的功率等。本篇内容中包含了上述参数的产生原理、临床意义或调节方法。
第一节经颅多普勒超声原理
一、超声波的特性
经颅多普勒超声和B超一样应用物理原理为基础，以发生声波的装置为能源的一种Doppler检查方法。通常我们人耳所能够听到的声波范围为40～15000Hz，超过这一范围以上的声波称超声波。
由于超声波具有良好的穿透能力，超声速在同一种均匀的媒体中传播没有方向性变化，在遇到不同媒体表面时超声束会发生部分反射，其余部分继续传播，在媒体表面不规则，并且障碍物直径小于入射波的波长时，则超声束会发生散射现象，接收探头能在任何角度接收到散射波。血流中主要是大量的红细胞，红细胞直径与超声波波长相比很小，超声波遇到红细胞后将产生散射，因此，红细胞被看作散射体，反射回来的散射波是多普勒频移信号的主要组成部分。
自从1880年发现“压电效应”以来，这一现象已得到广泛应用。压电效应是指当提供一个电压时材料的形状或厚度会发生变化的现象，这种材料称压电材料。石英晶体或某一种特定陶瓷这些特殊压电材料在提供的电压发生变化时，由于材料厚度的变化产生机械振动，这种振动形成的能量波--声波会沿着一定方向传播，这样电能变成了声能。声能的频率与材料的类型及厚度密不可分。当这种材料受到声波能的作用时，其又可将声能转换为电能，根据这种特性，用它做成超声波的发生及接收装置，也就是超声探头部分。
二、多普勒效应
奥地利物理学家ChristianAndreasDoppler在1842年研究和描述了多普勒效应。多普勒效应是一种物理现象，振动源和接收体有相对运动时，所接收到的回声频率不同于振源所发射的频率，其差别与相对运动的速度有关，这就是多普勒效应。声学里应用这一效应可以解释：当一个移动的声源接近受试者时，可以听到一个逐渐升高的声音；当声源逐渐远离听者时，则听到的是一个较低的声音；当声源静止，反射体运动时，这种现象依然存在。这种变化用多普勒频移描述，即发射频率与接受频率之间的差值。在运动物体的速度越快时，其差值也越大。图2-1-1所示为运动物体向着发射波源运动时，接收频率大于发射频率。图2-1-2所示为运动物体背离发射源运动时，接收频率小于发射频率。
图2-1-1当移动物体M向着波源运动时，接收频率（f2）大于发射频率（f0），即f2>f0，频移为正值。
图2-1-2当移动物体M背离波源运动时，接收频率（f2）小于发射频率（f0），即f2
多普勒频移是TCD能检测到流动红细胞血流速度和方向的基本原理，频移的大小取决于相对或相向运动的速度，频移的正负值取决于相对或相向运动。
三、快速傅里叶转换（FFT）
四、脉冲多普勒和连续多普勒
1959年Satomora首先报道利用多普勒超声检测血流[1]。Satomora和Kaneko最初曾对脑血流感兴趣，然而，他们得到的结论认为头颅对于超声传导是一个不可逾越的障碍，因此，他们将观测点聚焦在颅外颈动脉。随着技术和设备的改进，多普勒超声作为颅外颈动脉血流速的检测工具，开始应用于临床。随后，血管外科开始利用多普勒超声检测颅外血管和外周动脉。随着彩色超声的发展及双功能扫描技术的应用，多普勒超声的信号处理能力有了长足改善，从而使其对外周血管病变的诊断能力大大提高。