PET是一种的功能分子影像技术，它是癌症、冠心病和脑部疾病等人类生命重大威胁疾病的早期诊断和治疗方案指导的最佳工具。小动物PET作为动物实验研究和临床研究之间的纽带，对人类重大疾病的研究有重要意义。但是与临床PET不同，它有更高的性能要求用于观察较小的生物体组织。前端闪烁晶体探测器是决定小动物PET系统性能的关键部件，也是目前研发高性能PET系统的重点突破方向。　　本文在详细了解国内外小动物 PET研发现状的前提下，分析 PET系统成像的基本原理，针对研发高性能小动物PET探测器为突破点。研究和设计高性能小动物PET探测器实验平台和测试装置，采用光电倍增管（PMT）、新型硅光电倍增（SiPM）与硅酸钇镥（LYSO）晶体相结合，设计具有三维深度测量探测器。本论文主要研究内容有：　　（1）首先对小动物 PET系统成像原理及应用做了详细介绍，分析小动物 PET系统和探测器模块的研究现状，并结合系统对探测器性能要求选择合适的闪烁晶体材料。　　（2）通过分析PET探测器结构，设计LYSO晶体单元表面处理方案,选择ESR和 BaSO4作为晶体阵列反射层材料和几种厚度的 PMMA作为外置光导，设计几种封装形式，分析硅油作为晶体和光探测器耦合剂对光输出的影响。　　（3）研究设计小动物PET探测器实验平台，SiPM电阻网读出方案设计和PMT选型。设计选择各个数据处理模块。设计基于可编程逻辑控制（PLC）的三维 PET探测器刻度和深度测量实验装置，并测量其定位精度满足实验要求。　　（4）然后阐述了影响 PET系统性能的主要参数，并对空间分辨率、灵敏度、能量分辨率和作用深度分辨率几项关键参数做了深入分析。数据处理方面，用 VC软件分割晶体单元生成查找表，设计晶体分辨图计算、峰谷比曲线绘制、能谱图绘制、DOI分辨率计算方法，并通过Matlab软件编程实现。　　（5）在25±0.5oC温度条件下对晶体阵列不符合测试和5个深度位置符合测量，实验结果分析表明，晶体单元之间为漫反射的LYSO晶体阵列比镜面反射的晶体阵列会有较好的作用深度分辨能力，可以达到2.3mm，但是能量分辨率刚好相反，晶体单元之间为镜面反射时能量分辨率可以达到15％左右。闪烁体阵列加入外置光导后对其晶体分辨图质量提高，光导厚度为1mm时最为明显，尤其对于阵列边缘晶体单元，并且晶体阵列能量分辨率和DOI分辨率都能保持稳定。　　最后，总结课题所做的工作，对课题研究的不足之处和未来工作展望做分析和阐述。