正电子发射断层成像(Positron emission tomography.PET)是核医学成像装置中最为重要的应用之一,已成为活体功能成像的重要手段。PET探测人体内发出的放射性信号,经过符合采集系统处理,形成投影数据存放于计算机中,通过数学方法的计算反演出人体内的药物浓度分布,从而显示组织器官的新陈代谢变化,为疾病的早期诊断和治疗提供依据。随着PET技术的不断发展,其关键研究内容之一的重建技术也不断地得到改进。PET重建方法的不断改进和优化体现了对于成像质量的越来越高的要求,为了能够满足PET实际成像需要,本文对目前PET重建领域的问题进行了深入剖析,进一步研究生理模型约束下的重建框架,并对几个关键问题提出相应的解决方法,主要内容和贡献如下:1、首先针对现有重建方法普遍存在的统计模型不准确和噪声的简化处理问题提出了一种解决方案。建立了包含系统矩阵误差的模型,通过一种改进的自适应Kalman滤波法进行浓度值和噪声统计特性的联合估计。实验证明这种生理模型约束下的改进的重建方法对解决复杂条件下的PET重建具有很强的适应能力。2、本文对于有限采样角度下的PET重建展开了研究。由于传统PET仪器成本过高、数据运算量庞大,而双探测器符合断层成像也遇到硬件和重建算法方面的困难,本文的研究内容为开发低成本PET仪器提供了一种过渡方案。采用的Kalman滤波法以生理模型作为约束,能有效地运用于有限采样角度下的PET重建。通过模拟实验与真实实验的分析,证明了此种方法的可行性。