动脉粥样硬化（Atherosclerosis,AS）是临床最常见的血管疾病之一,其所导致的脑梗塞、冠心病、动脉瘤等疾病严重危害着人类健康。尤其是冠心病,已经成为威胁人类生命的第一大杀手。动脉粥样硬化主要发生于腹主动脉、冠状动脉、颈动脉等血管中。在动脉内膜积聚的粥样斑块会导致动脉壁增厚、血管腔狭窄,造成血管堵塞,甚至破裂。动脉粥样硬化斑块的力学性质与斑块的脆弱性有关,如何有效监测斑块的力学性质,是临床识别斑块组织和诊断疾病阶段的重要手段之一。近年来,弹性成像技术已广泛用于评价软组织力学特性。弹性成像将外力传递给人体组织,导致特定区域的组织发生形变,再通过特定的手段检测该区域组织的形变程度,可以区分出不同组织的机械特性,用于绘制生物组织的生物力学特性图。因此,弹性成像可以用于血管内斑块,尤其是易损斑块的识别。斑块的检测是临床医生诊断和确认动脉粥样硬化疾病阶段的主要手段之一。传统的无创超声弹性成像采用低频超声作为激励和检测的手段,以确保足够的能量作用于组织和足够的成像深度。但是,频率过低会导致超声成像空间分辨率的不足,难以识别微小斑块,限制了其在动脉粥样硬化疾病临床检测中的应用。针对动脉粥样硬化疾病的特点,本论文对血管内超声弹性成像方法进行了研究。本论文设计了一种用于血管内超声（IVUS）中声辐射力弹性成像（ARFI）的双频IVUS换能器。双频换能器由10 MHz和40 MHz两个阵元组成。其中,10 MHz的聚焦阵元用于产生声辐射力,40 MHz的成像阵元用于检测声辐射力引起的生物组织位移,在保证足够的能量作用于组织的同时,又能获得斑块组织的高分辨图像。通过并列式紧凑排布的设计,该双频换能器组成的IVUS导管直径仅1.55 mm。本论文基于设计的双频IVUS换能器搭建了双频IVUS弹性成像系统,系统整体结构简洁,仅通过一个信号发生器实现了两个换能器信号的同步发射与接收。并针对该系统,本论文设计了相应的硬件系统协同框架、IVUS导管与电机之间的旋转结构,基于Lab View编写了上位机数据采集及处理程序。然后基于归一化互相关算法和Loupas算法编写了超声弹性成像算法,通过对比两种算法之间优缺点,实现了组织位移的精确计算。最后,基于超声回波的特点对算法进行了改进,同时基于CUDA使用GPU实现算法处理的并行加速,处理速度大幅提升。在完成系统搭建之后,本论文使用软硬不同的仿体对双频IVUS弹性成像方法的可行性进行验证,同时研究不同参数对组织位移的影响。该方法给出了不同仿体模型的弹性成像结果,实现了高分辨率IVUS弹性成像,分辨率达369μm;并且与测量的杨氏模量对比,该方法能提供用于参考的杨氏模量。仿体实验结果初步验证了该方法的可行性。进而,本论文进行了离体猪冠脉以及活体兔腹主动脉实验,获得了不同硬度血管壁组织差异的超声弹性成像图。结果表明这种采用双频血管内超声换能器的超声弹性成像方法能有效的用于动脉粥样硬化斑块的检测,本论文在双频IVUS弹性成像的活体应用上取得了突破,为临床动脉粥样硬化疾病的检测提供了充足的诊断依据。