围绕我们研究组开展的高分辨率小动物SPECT成像系统研制,本文对针孔SPECT成像涉及的若干关键技术问题进行了较深入地研究,具体研究内容包括:针孔准直器的优化设计、高性价比探测器模块的设计、高分辨针孔 SPECT3D图像重建的实现、成像系统设计与评估等。　　 针孔准直器的设计与优化直接影响小动物SPECT成像系统的性能。我们采用精确的蒙特卡罗方法来模拟针孔成像的物理过程,定量地分析对比针孔材料和孔深等准直器参数对成像系统响应函数的影响,获得了一套针孔准直器的优化设计方案,实现了伽玛光子在针孔边缘的透射和散射效应的最小化,为实现高分辨的小动物SPECT成像系统奠定了基础。实验测试结果与理论计算值相符,达到了高分辨小动物SPECT成像要求。　　 针对针孔成像中普遍存在的视野截断问题,我们分别采用蒙特卡罗方法和成像实验获取了视野有截断和视野无截断两种情况下Jaszczak模具的投影数据,并通过OSEM算法进行图像重建。结果表明,当选用OSEM算法对整个成像物体进行图像重建时,视野截断对采集完备区域的断层图像没有明显影响,其空间分辨率不变。这些结果对多针孔准直器感兴趣区成像可提供有价值的参考。　　 晶体阵列探测器价格昂贵,而且探测效率和能量分辨率都受到晶体切割的影响,限制了其广泛使用。我们提出了采用连续晶体替代晶体阵列后接PSPMT和局域重心法读出电路的设计方案。使用蒙特卡罗方法研究了探测器压缩效应及内在分辨率与晶体参数的关系,通过成像实验测试了不同阈值下的输出图像。实验结果证明该方案有效抑制了压缩效应,探测器模块的响应输出面积显著增加,其内在分辨率能够达到1～2mm,比晶体阵列探测器方案具有更高的性价比。　　 传统高分辨针孔SPECT3D图像重建迭代算法计算量大、内存占用大,难以在普通PC上实现。我们使用查找表法减少了OSEM算法的计算时间和内存占用,采用简化物理模型和偏倚抽样算法等方法提高了蒙特卡罗模拟的计算效率,获取了体素矩阵与像素矩阵之间的投影矩阵。成像实验证明该方法不但能够有效减少计算时间和内存占用,而且能够显著改善重建图像的空间分辨率。　　 采用Anger经验公式估算针孔SPECT成像系统的空间分辨率偏差较大。我们分析了其中的因为,给出了一个准确程度更高的计算公式。利用蒙特卡罗方法模拟了针孔SPECT成像,采用OSEM算法进行图像重建。然后,我们又进行了成像实验研究。理论和实验结果都验证了该理论公式的适用性。　　 传统参数在描述针孔SPECT成像系统性能时相互制约,难以指导系统优化设计。我们尝试采用信息论中的信道模型研究针孔SPECT系统。通过类比分析,将针孔SPECT系统定义为一个有噪、有损信道,采用蒙特卡罗方法获取了投影图像,采用隶属函数描述了各投影图像之间的相关性,构造了信道传输概率矩阵,计算了不同条件下的平均互信息量。成像实验证明,受信噪比影响,存在最优的针孔孔径;在有限的采集时间内,存在最优的投影角度数。因此,针孔SPECT系统可以用信道模型描述,平均互信息量可以作为单一评判标准用于针孔SPECT系统的优化设计和应用。　　 上述研究结果和结论不仅对高分辨率小动物SPECT系统的研制有重要的参考价值,而且对其它针孔SPECT系统的优化使用也有较高的实用参考价值。这些关键技术在转化为临床诊断的伽玛相机和SPECT技术方面具有很大的潜力,对推动我国开发具有自主知识产权的高端医疗设备具有重要意义。