医学超声成像技术具有实时、无创、无电离辐射以低成本的优点，作为一种重要的医学影像检查方式广泛应用于临床诊断。在超声成像系统中，波束形成对最终生成的超声图像质量起着关键作用。传统超声成像使用低复杂度的延时叠加方法重建超声图像，但其仅对回波信号进行简单地相加，不能区分期望信号和杂波，导致生成宽主瓣和高旁瓣的低质量图像。近年来，基于回波信号特征信息的自适应波束形成技术被证明能够产生窄主瓣以及低旁瓣的高质量波束，在超声成像领域成为了研究热点。
　　本文在现有自适应波束形成算法的基础上，进一步研究了其改进方法以及提出新的波束形成算法用于合成发射孔径(synthetic transmit aperture，STA)超声成像以提高图像质量。完成的主要研究工作和成果总结如下：
　　首先，特征空间最小方差(eigenspace-based minimum variance，ESBMV)能够有效地抑制旁瓣，但会在强回声点目标两边产生暗区域伪影。为了解决暗区域伪影问题，本文提出了利用空间相干对ESBMV中的特征值阈值进行自适应地选择。此外，提出将调整的ESBMV与短间隔空间相干结合以进一步抑制旁瓣。
　　其次，针对广义相干系数(generalized coherence factor，GCF)存在的旁瓣抑制和散斑保护之间的折中问题，本文提出了一个动态GCF。一方面，使用孔径数据的幅度标准差对GCF中的截止频率进行自适应地选取，以保持高分辨率和对比度性能；另一方面，利用孔径数据卷积输出的空间频谱替换原来孔径数据的空间频谱，以提升散斑保护的性能。实验结果表明该方法显著提高了图像对比度，并在同时保护了散斑信号。
　　然后，本文提出了基于孔径数据幅度均值标准差比值的信号均值标准差系数(signal mean-to-standard-deviation，SMSF)。为了增强SMSF的鲁棒性，将该方法拓展到空间频域以及使用方形邻域平滑技术，使其较好地保持散斑特性。实验结果表明SMSF具有优秀的分辨率性能并能显著提高对比度。此外，频域SMSF部分地解决了时域SMSF存在的散斑损坏问题。
　　最后，为进一步解决SMSF存在的分辨率和散斑特性之间的折中问题，本文提出了协方差均值标准差系数(covariance mean-to-standard-deviation factor， CMSF)。在CMSF中，利用协方差矩阵的中的行向量计算均值标准差比值，并对所有行向量的均值标准差比值取平均。该方法将自适应子阵列长度和对角减载相结合，有效抑制非相干离轴散射。实验证明了CMSF能保持散斑特性，并保持了SMSF的高分辨率优势。
　　综上，本文分别通过对ESBMV和GCF进行改进，解决了它们在超声成像中存在的缺点，进一步提高了STA超声成像的图像质量。此外，所提出的基于SMSF的波束形成方法有效地提高了分辨率和对比度。特别地，CMSF显著增强了病变检测能力，对于以后在超声中的临床诊断具有一定的应用价值。