超声弹性成像是一种新型的超声成像方法,其通过获取组织的弹性信息进行成像,弥补了X射线、超声成像(US)、磁共振成像(MRI)和计算机断层成像(CT)等传统医学成像模态不能直接提供组织硬软信息的不足,具有无创、简单、便宜等优点。超声弹性成像技术以其特有的优势在临床上得到了广泛的应用,也成为目前医学超声成像领域的一个研究热点。目前三维超声弹性成像技术按照使用的超声探头类型大概可以分为两类,即采用三维探头的成像技术和采用线阵探头的成像技术,线阵探头需要移动扫描采集二维帧序列来形成三维数据。采用线阵探头采集数据可以借助空间位置传感器进行自由臂扫描采集,也可以借助电机进行机械控制扫描,机械控制扫描因其精准可控,不存在自由臂扫描中的探头移动速度不均匀、对组织施加压力不均匀的问题,采集数据比较规整,因此得到的弹性图像信噪比很高。对于组织位移的估计,目前有多种算法可以实现,比如只计算轴向位移分量的简单算法以及计算三个方向全分量的复杂位移估计算法。三维弹性图像计算时间复杂度比较高,通常是在离线情况下成像和显示。近年来随着GPU硬件计算技术的快速发展,越来越多的大计算量任务被放在GPU中执行。GPU因其远优于CPU的高性能并行计算性能受到了科研工作者的亲睐,利用GPU并行计算方法来实现实时的三维弹性成像技术是一个值得研究的课题。本文详细分析了超声弹性成像原理,介绍了三维超声弹性图像的各种数据采集方法,三维图像的重建方法,三维图像绘制方法,几种常见的位移估计方法及其在GPU上的并行化设计。随后本文设计并实现了一种基于机械扫描的近似实时三维超声弹性成像系统,该系统由三维运动控制台,超声诊断仪和高性能服务器组成。三维运动控制台控制探头移动扫描,超声诊断仪采集超声射频(Radio Frequency,RF)信号并无线传输到高性能服务器,服务器接收到RF信号后将其拷贝至GPU中进行计算。本文针对该系统进行了超声体模实验、在体组织实验以及GPU加速性能实验。体模实验结果表明该成像系统可以获取清晰准确的弹性图像,人体前手臂实验验证了该系统在临床上的适用性,而GPU加速性能实验进一步验证了该系统可以达到近似实时的三维弹性成像效果。