超声成像以其安全、便携、实时和价格低廉等优点,已成为临床中最广泛使用的医学成像技术之一。但是,超声成像受到衍射极限的限制,空间分辨率大约在0.4-2 mm的范围内。为了克服衍射极限的限制,受超高分辨光学显微成像的启发,超高分辨超声(Super-Resolution Ultrasound,SR-US)成像的概念已被提出并且得以应用。目前,SR-US成像主要分为两类,分别是基于单分子定位的SR-US成像和基于时间波动性的SR-US成像。虽然基于单分子定位的SR-US成像和基于时间波动性的SR-US成像在克服超声成像衍射极限上具有重大突破,但是,这两种技术都存在问题,主要表现在:在基于单分子定位的SR-US成像中,最常用的定位方法是质心法。但是,相比于其他单分子定位方法,质心法具有定位精度低的缺点。并且,要求每帧超声图像中微泡需要分布地足够稀疏,以便其可以准确地定位出每个微泡的位置。因此,该方法需要采集数万帧超声数据来累积足够数量的微泡,导致SR-US时间分辨率低。此外,该方法需要一帧一帧地处理超声图像,致使其计算效率低。对比基于单分子定位的SR-US成像,基于时间波动性的SR-US成像能够对高密度重叠微泡进行重建,进而能够减少SR-US成像所用的图像帧数,从而提高时间分辨率;同时,该方法是对整个图像序列进行处理,而非一帧一帧地处理,具有更高的计算效率。但是,现有的基于时间波动性的SR-US成像针对的是实数域超声数据,无法分析复数域超声数据。并且,该方法的空间分辨率受到累积量阶数的限制,低于单分子定位方法。针对上述问题,本文开展了如下研究工作如下:第一:建立了基于高斯拟合的SR-US成像方法,用以提高单个微泡定位的准确性;同时,使用平面波(Plane Wave,PW)成像加快超声数据采集速度。数值仿真实验结果表明,该方法能够准确地定位出PW超声图像中微泡的位置,而且成像速度也得到了提升。第二:建立了基于压缩感知(Compressed Sensing,CS)的SR-US成像方法,用以解析高密度重叠微泡位置;同时,评估了不同超声成像模态(合成发射孔径成像和PW成像)对CS重建结果的影响。数值仿真实验和在体大鼠实验结果表明,CS重建方法能够有效地解析出高密度重叠微泡的位置,进而能够区分出相邻细小血管结构。因此,该方法能够在保持高空间分辨率的同时,提高成像的时间分辨率。此外,数值仿真实验结果还表明,CS重建结果不易受到超声成像模态的影响。因此,将PW成像技术与CS重建方法相结合,能够实现快速的SR-US成像。第三:建立了基于高阶累积量的SR-US成像方法,并将该方法扩展到复数域上,用以提高SR-US成像性能。数值仿真实验和离体物理仿管实验结果表明,对比传统的基于时间波动性的SR-US成像方法,该方法能够有效地区分相邻的细微血管结构。因此,该方法能够在确保空间分辨率的基础上,大幅地提高成像速度。