正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography,PET）是一种现代核医学成像技术,可以非侵入式地对活体进行实时、定量的功能性成像。PET可以将体内的生化反应和新陈代谢情况可视化,在心血管疾病、神经系统疾病和肿瘤等疾病的早期诊断和疗效评估等方面发挥着关键性的作用。PET数据获得系统通过从闪烁脉冲数据中提取信息来筛选符合事件,对PET系统的成像质量有着重要影响。由于模数混合架构的PET数据获得系统渐渐无法满足日益复杂和庞大的PET系统对系统稳定性和性能提升的需要,全数字PET已经成为了PET领域的研究热点和重点。本文主要工作内容是Sine MVT数字化方法的性能研究和基于Sine MVT方法的全数字PET探测器的架构设计。Sine MVT方法是在常数阈值MVT方法的基础上,将固定的多个常数阈值发展为变化的Sine信号阈值,从而可以在减少比较器通道的前提下增加闪烁脉冲数字化的动态范围。首先,通过仿真完成了Sine MVT方法的原理验证,提出了Sine MVT方法的两种能量提取方式,以探究Sine MVT方法理论上的能量性能。然后使用电压比较器对LYSO/Si PM探测单元输出的闪烁脉冲实施了Sine MVT数字化采样,以初步评估Sine MVT数字化方法在电路上的性能。最后,设计了Sine MVT全数字PET探测器的基本架构,该架构主要由探测单元,Sine MVT数字化单元和数字信号处理单元三大子单元构成,并描述了各个子单元的具体实现。仿真实验表明,以高速示波器6.25GSps采样率下的采样点积分作为基准,Sine MVT方法的能量性能,包括能量分辨率和全能谱范围内的能量精度,在Sine阈值信号频率达到50 MHz以及幅值高于采集脉冲幅值时,可以达到与示波器积分相当的水平。电路实验使用示波器采集Sine MVT采样后的数据,能量测试结果在Sine信号频率接近100MHz时接近示波器积分结果。时间性能测试中得到的符合时间分辨率为223ps,而直接使用示波器采样脉冲得到的时间分辨率为204ps。