心血管结构包括主动脉循环和心肌微循环,实现对它们的高分辨率、无创成像是当前临床亟待解决的技术难题。超声具有对活体心血管结构进行无创、可靠、高分辨率成像的潜在应用。对此,本课题前期已搭建了超声成像系统,在此基础上,本文为该成像系统设计了超声超谐波合成孔径聚焦成像算法,使该成像系统具有对心血管结构进行无创、高分辨率成像的可行性,相关的研究内容主要包括以下四个部分:首先,对高分辨率、高对比度超声成像方式进行了深入研究。由于心肌微血管微米级特点,要求成像系统具有超高的分辨率。超谐波成像技术具有低频发射高频接收的特点,能有效的提高分辨率;二次谐波在临床医学成像中已被广泛应用,而高次谐波则具有更好的成像效果。此外,合成孔径聚焦超声成像也能有效地提高成像分辨率和对比度。对此,本文采用多通道线阵超声探头,以超谐波超声成像技术为基础,采用发射低频超声（5MHz）、接收含有高次谐波成分的回波信号进行合成孔径聚焦成像。其次,对高帧频超声成像技术展开了深入研究。由于心脏处于快速运动状态,需要高采样率才能对其成像,而传统的聚焦超声方式采样效率低,帧频只能达到30帧/s左右。本文创新性的将合成孔径聚焦超声与压缩感知技术相结合,减少采样的聚焦点,而后在数据处理阶段利用ADMM算法进行矩阵补全重构,通过稀疏聚焦的方式提高采样帧频。然后,对本文提出的超声超谐波稀疏聚焦成像方法,设计了完整的成像流程及相关成像算法,并结合GPU并行化计算技术,针对算法中滤波、波束合成及矩阵补全等可并行计算的处理步骤,采用CPU+GPU的并行计算架构提高了数据处理的运算效率。最后,设计了仿体及活体实验,通过大量的测试和算法优化,实现了25%稀疏时空序列超声信号的矩阵补全,平均绝对误差小于5,结构相似度达90%;静态仿体成像结果的平均信噪比达20.16、对比度噪声比达1.82,证明了本文设计的成像方法及相关成像算法的可行性,并能获得较高图像分辨率;小动物心动图实验测试了真实动态场景的成像效果,体外无创地对活体小鼠心脏部位进行成像,获得了心脏部位高分辨率的心动图视频数据,对比传统聚焦超声成像帧频提高了4倍,验证了该算法的高帧频性能。