本论文主要研究Micro-SPECT,即应用于小动物成像的SPECT中的准直器设计和重建算法问题。本文的讨论从单针孔准直器出发,首先证明了一定条件下圆轨道锥形束的投影数据进行三维严格精确重建的完备性,同时给出了相应的离散化重建算法。并在此基础上说明了圆轨道采样适用于Micro-SPECT系统。然后又从线性系统模型出发,提出了优于传统解码方法的二维图像重建的频域反相关算法以及与其相结合的校正算法。针对Micro-SPECT系统的三维重建图像要求,分别从三维解析算法、三维迭代算法、三维直接求逆算法三个方面进行了讨论。并使用三维统计迭代算法对蒙卡模拟结果和实验数据进行了重建,验证了算法的同时检验了使用NTHT URA类型准直器的系统的性质。最后,在前面工作的基础上,依据信噪比最大化的原则,推导出了优化设计准直器的准则,并对该准则的使用性和具体计算复杂度进行了讨论。