微型正电子发射断层显像(microPET)是基于PET临床诊断技术发展起来的专门用于小动物活体实验研究的断层显像装置,具有空间分辨率高、体积小、造价低的特点,在基础医学、药物研究以及基因工程等领域有广泛的应用前景。论文研究microPET及其成像数学模型,着重研究了其图像重建算法。首先,介绍了microPET/PET技术的发展历史,比较了其他几种发射成像技术的特点,介绍了microPET技术在生物学研究,特别是在制药方面中的重要地位和作用。其次,根据microPET/PET探测对象的特性,建立适合成像的数学模型,分析了microPET/PET数据采集中存在的噪声及其产生的原因,并针对图像重建的关键点——投影矩阵P的确定,分析了矩阵元素的构成及计算。然后,研究了microPET/PET的图像重建算法。从基本的解析法——滤波反投影法(FBP)分析其算法原理及通过滤波改善图像模糊;介绍迭代法的基本思路及步骤,具体分析了乘法代数迭代法、最大似然期望法(MLEM)、有序子集期望法(OSEM)。重点研究了有序子集期望法的算法实现、子集划分、子集平衡和子集的排序对图像的影响。对几种算法的优缺点进行了比较。最后,介绍了microPET/PET三维成像。包括三维采集直接三维成像技术,基于二维采集的三维成像技术,及三维采集转为二维重建再实现三维图像重建。