正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography,PET）是当前生化敏感度最高的临床医学影像技术。得益于PET技术特有的在体、动态、定量的观测能力,通过脑PET成像定量分析可以对活体中特定的生化生理过程进行定量测量,在理解脑功能或病理生理过程、疾病诊断、疗效评估、预后预测等方面极具潜力。然而,脑PET成像定量分析在临床应用中难以形成鲁棒性结果,无法完全满足在脑疾病临床诊疗中的应用需求,掣肘了脑PET成像应用的发展。面对此挑战,本文分别从分析方法与平台研发两个方面寻求突破:一是研究脑PET图像定量分析方法;二是研发脑部专用全数字PET定量分析平台。首先,针对传统的标准摄取值等参数无法完全满足临床定量分析需求的问题,提出脑区PET图像定量分析方法,深入挖掘PET图像隐含信息。采用高通量特征提取方法从PET图像中提取定量参数,并与相关疾病的预后、生存期等临床参数建立定量关系,以应用于临床诊断、辅助治疗、疗效评估、预后预测等。建立图像预处理、脑区提取、特征提取、分析建模等步骤,并根据PET图像信噪比及分辨率等特点特化图像预处理方法、根据不同示踪剂特化脑区提取方法。在特征提取这一核心步骤中,研究PET图像的适应性特征提取方法,提出对脑PET图像灵敏度较高的邻域灰度方差矩阵以期提升后续建模分析的准确性。然后,设计构建了脑部专用全数字PET定量分析平台,特别地,实例化了前述脑区定量分析新方法子系统。完成了脑部专用全数字PET定量分析平台中核心功能模块的开发,包括即插即成像软件系统的云端化扩展,以及医学影像处理、脑区PET图像定量分析等功能模块的开发。得益于团队研制的脑部专用全数字PET成像系统能够提供优质的原始数据,本文将原始数据传入脑部专用全数字PET定量分析平台中进行后续处理,可根据定量分析需求选取最优的信号及数据处理方法,生成高质量的PET影像。此外,平台为脑疾病研究建立了完整标注的临床数据库;提供了便捷直观的云端化分析工具;并支持脑疾病定量分析新算法的快速扩展。脑部专用全数字PET定量分析平台为脑疾病研究贯通了完整的脑部专用全数字PET定量分析流程。最后,基于上述新平台采集了十余种、数百例脑疾病临床影像数据,并基于上述新方法在神经退行性疾病中发现了全新的影像学标志物。例如,在以阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease,AD）研究中,首次发现了基于FBB PET图像提取的图像特征与AD发病年龄存在相关性,确定了早发型AD（EOAD）与晚发型AD（LOAD）患者之间的Aβ沉积分布存在差异的脑区,这一发现对于揭示EOAD与LOAD患者的临床表征差异背后的病理机制研究提供了重要参考依据,为EOAD与LOAD患者的鉴别诊断提供了新思路;在帕金森病（Parkinson Disease,PD）研究中,提取对PD敏感的PET图像特征,发现PD组与对照组在[18F]DOPA图像壳核区域呈现差异性,在2-[18F]FDG PET图像尾状核、额叶、顶叶区域呈现差异性,有助于揭示PD患者脑部多巴胺能神经元末梢密度及糖代谢的异常情况,为PD早期诊断提供重要依据。综上所述,本文针对脑疾病临床应用中PET定量分析存在的问题,在方法层面提出了脑区PET图像定量分析新方法,深入挖掘PET影像中隐含的信息;在平台层面设计并构建了脑部专用全数字PET定量分析平台,贯通了完整的脑部专用全数字PET定量分析流程;在神经退行性疾病的临床应用中发现了全新的影像学标志物,为揭示疾病背后的病理机制提供了重要依据。本文以应用驱动发展新方法、新平台,通过发展的新方法、新平台获得的结果回归指导临床应用,有望引发脑PET定量分析临床应用的革新,推动定量医学影像诊断的发展。