随着现代医学的飞速发展，对医疗诊断仪器的准确性要求也越来越高。超声诊断技术因其对人无损伤且价格低廉而得到广泛的应用，它们是基于线性声学的原理，利用声速、声阻抗、声衰减等线性参量进行成像。然而在生物医学使用的频率和强度范围中，超声波在生物组织的传播过程中存在不容忽视的非线性效应，如波形畸变、谐波滋生和非线性附加衰减等，这些非线性效应的存在将影响超声诊断的准确性和超声治疗的有效性。研究表明利用声传播中的非线性效应(非线性声参量B/A、谐波)进行医学成像能够提高图像的分辨率和对比度，但由于较低声压和信噪比降低了图像的清晰度，如何提高非线性信号的质量成为非线性声成像研究的热点课题。 本文理论和实验研究了非线性谐波成像的新技术和新方法。从非线性声传播方程出发，理论计算并且实验测量了不同声压的激励下声波在水中传播产生谐波的声压分布，证明高次谐波具有良好的空间分辨率和指向性。为了提高谐波成份的能量和信噪比，首先利用非线性声学理论证明相位编码谐波增强技术来有选择地增强N次谐波201og10NdB，例如反相位脉冲技术可以提高二次谐波6 dB，利用该技术对生物组织进行成像证明了该技术的可行性和优越性；其次提出了超谐波成像技术来充分利用高次谐波所携带的有用信息，并且从理论上优化了谐波信号的组合方法，证明三次、四次和五次谐波声压线性叠加形成的超谐波信号具有良好的声压信噪比和指向性，在对比度、亮度以及分辨率等方面均优于基波和二次谐波；第三结合相位编码技术和超谐波技术，又提出相位编码超谐波成像技术，在一定的条件下其分辨率可以超过四次谐波，而声压可以达到基波的强度；最后从气泡的振动方程出发，研究了双频激励下超声造影剂的差频振动特性，优化了差频信号产生的条件，为差频成像新技术的应用提供了理论基础。 本研究在实验室条件下利用反相脉冲技术、相位编码谐波增强技术、超谐波成像技术以及相位编码超谐波成像技术等多种方法对几种不同组合的生物组织模型以及多种病变组织进行了透射模式下的二维扫描成像实验研究，并和基波以及二次谐波的重建图像进行了对比，结果证明这些新技术在图像的亮度、对比度、细节的分辨能力以及组织边界的区分度等方面均得到了大幅的提高，尤其对于病变组织，其清晰度远优于基波图像。 本论文所研究的多种谐波成像新方法为超声成像技术的革新提供了理论和实验基础，同时也展示了其在医学超声诊断上的美好前景。