(K0.5Na0.5)NbO3(KNN)陶瓷作为一类重要的高性能无铅压电材料体系，有望推动医用超声成像换能器技术的无铅化。对KNN陶瓷进行有效掺杂改性研究，采用固相烧结法制备了具有优异压电性能的KNN基压电陶瓷，其压电常数达400 pC/N，机电耦合系数为55%。基于其高压电、低声阻抗的综合性能设计制备了高分辨力、大带宽及高频率的医用超声换能器，其纵向分辨率达47 μm，-6 dB带宽达93%，中心频率为18.0 MHz。利用此换能器对人体组织模型进行B模式超声成像，获得管状组织的高分辨率结构图像。结果表明，KNN体系陶瓷是一种应用于医用高频超声成像中综合性能优异的材料。

高频医用超声成像技术因其高空间分辨率而被广泛应用于人体组织的精细结构观察, 其中高频超声换能器的核心材料是1-3型压电复合材料。采用软模板法直接烧结了锆钛酸铅(PZT)压电微柱阵列, 进而制备PZT/环氧1-3型压电复合材料, 并对其进行了微观结构观察和电学性能表征。材料微观结构完整, 机电耦合系数达到0.64。采用此复合材料制备了中心频率为20 MHz的高频超声换能器。采用脉冲回波法对换能器进行了性能和声场测试, 并利用其对人体皮肤进行了超声成像, 换能器的插入损耗、带宽分别为13.1 dB和84.2%。结果表明, 软模法制备的1-3型压电复合材料能使高频超声换能器兼具低插入损耗和大带宽, 这为高性能高频医用超声换能器提供了一种低成本、高效率的商业化制备方法。

识别动脉粥样硬化斑块的易损性是防治急性冠状动脉疾病的重要途径。纤维帽厚度、脂质核心大小、管腔狭窄程度和管腔的力学特性是评估斑块易损性的关键参数。然而，单一模态的血管内成像技术难以通过一次成像获取用于评估斑块易损性的全面信息。本团队通过复用光路和声路，将血管内超声成像（IVUS）和血管内光学相干层析成像（IVOCT）与血管内光声成像（IVPA）、光声弹性成像（IVPAE）有机结合到一起，开发了一种血管内光声-超声-光学相干层析-光声弹性四模态一体化成像探头及成像系统。该一体化成像探头的成像直径仅为0.97 mm，光学相干层析、光声、超声模态的横向分辨率分别为20.5、61.3、122.2 μm，纵向分辨率分别为15.8、57.4、72.5 μm。离体模拟样品和兔腹主动脉的在体成像实验验证了血管内四模态成像能够提供血管壁的宏观和微观结构信息，同时能够特异性识别脂质成分和反映脂质斑块的弹性力学信息。该一体化探头可一次性获取血管内斑块的多物理影像特性，有望为动脉粥样硬化斑块的深入理解和诊治提供新型的介入成像方法和工具。

高频超声成像具有几十微米级的纵向分辨率，适用于皮肤等人体组织的微结构成像。该文针对皮肤囊肿等凸形的人体组织内部微结构，提出了一种适用于凸形组织的非接触式弧形超声扫描成像方法，设计并制备了一款41.5 MHz的高频超声换能器。首先采用脉冲回波法对其性能进行系统表征，然后设计了凸形旋转扫描成像装置，并对凸形皮肤囊肿模型进行扫描、滤波、补偿等信号采集和处理，最终实现了高频超声成像。结果表明，此方法所用换能器纵向分辨率为50 μm，能够对皮肤囊肿模型内部精细结构进行成像，这将促进相关临床医学和超声成像技术的发展。

超声成像检测（UID）技术具有检测结果直观等优势，是无损检测领域未来的主要发展方向之一。相比传统超声检测方式，激光超声因具有非接触式的特点成为重要检测手段。时间反转成像法可实现时间和空间的自适应聚焦，在非均匀介质中对目标的定位和检测具有广阔前景。介绍了以时间反转法为主的几种典型超声成像方法，对比分析不同成像算法的结果，介绍了超声成像领域常用的仿真软件。以激光超声为切入点对比常规超声，给出了现代超声检测技术概况和国内外先进的工业超声成像检测仪器设备概况，并对未来的成像检测技术进行了简要分析和展望。

针对合成孔径连续声束合成(SASB)算法渡越时间存在误差,会带来严重伪影的问题,提出线性约束最小方差(MV)准则和SASB算法相结合的内镜超声成像(SASB-MV)算法。该算法首先对各个虚拟源点进行固定聚焦,获取成像点的超声回波信号矢量,根据成像点的超声回波信号矢量构建样本协方差矩阵;然后由线性约束最小方差准则构建权值矢量;最后,通过权值矢量和超声回波信号矢量得到成像点的高分辨率回波信号值。在Filed Ⅱ中进行散射点仿真实验和圆形暗斑仿真实验。实验结果表明本文算法的横向分辨率相比动态接收聚焦算法(DRF)和SASB算法分别提高了59.1%和31.2%,同时图像对比度分别提高了44.7%和16.2%。

针对医用超声内镜系统中合成孔径算法旁瓣噪声严重、时间复杂度高等问题,基于图形处理器(GPU)的高速并行处理能力,提出了一种基于相干系数的实时合成孔径算法。通过引入相干系数,对超声回波图像中的旁瓣噪声进行有效抑制。通过GPU对算法进行并行处理,提高算法的运行速度。使用仿真数据和实际暗斑回波数据进行实验验证,结果表明,该算法可以有效改善超声回波图像质量,在回波图像数据量为153 Mbit时,相较于合成孔径算法,运算速度提升了16.29倍,达6 frame·s ^-1,满足医用超声内镜实时处理的要求。

合成孔径算法可以实现超声波发射和接收的双向动态聚焦,从而提高成像分辨率,但仍存在图像信噪比低,旁瓣明显等问题。为进一步提高超声成像质量,提出一种基于编码激励和相干系数的合成孔径超声成像(CFCS)算法。首先采用Golay互补序列对作为激励信号,通过增加发射脉冲的编码长度提高图像的信噪比,同时利用序列对良好的自相关特性消除距离旁瓣,提高图像的轴向分辨率。在此基础上引入相干系数,对图像中的横向旁瓣加以抑制。仿真结果表明,相较于基于Barker编码激励的合成孔径算法,CFCS算法可以有效消除距离旁瓣,轴向分辨率提升了47.4%;相较于相干系数合成孔径算法,CFCS算法在轴向分辨率上提升了31%,信噪比提升约18 dB。

本文提出一种热声、光声双模态乳腺肿瘤检测成像系统。本装置中, 脉冲微波和脉冲激光分别为热声、光声激发源, 产生的热声、光声信号被同一个超声探测器、同一套数据采集装置接收, 用同一种成像算法重建出图像。该系统可同时获取多种互补的诊断参数, 提高检测早期乳腺肿瘤的准确率。