结合放射性示踪剂动力学建模技术,动态 SPECT成像能够量化组织的功能参数，如摄取速率，清除速率等，有望为医生提供绝对定量诊断指标。但是现阶段动态SPECT成像技术依然存在一些问题，影响其临床推广。本论文主要围绕动态SPECT心脏成像中存在的若干问题进行研究，并提出相应对策。　　首先，由于目前临床SPECT系统探头旋转缓慢，时间分辨率差，而放射性示踪剂在被成像活体内的循环速度很快，因此慢速旋转SPECT系统采集到的投影数据会出现严重的不一致，无法利用常规三维重建算法来获取放射性示踪剂在每个时间点的分布情况。本论文提出了基于时空域降维的四维动态重建算法，估计放射性示踪剂在不同组织中活度随时间变化的曲线。该算法将放射性示踪剂在体内分布达到稳态后的投影数据叠加,进行三维重建得到静态 SPECT图像；并将此静态 SPECT图像作为先验知识引入四维动态重建中进行空间域降维；同时在时间域利用B样条基函数进行降维。经过仿真和大鼠实验的验证，该重建算法能快速准确地估计出组织中放射性示踪剂活度随时间变化的曲线（Time Activity Curve，TAC）。　　利用时空域降维的动态重建算法，本文对原发性高血压大鼠（Spontaneously Hypertensive Rat，SHR）及其正常对照组（Wistar-Kyoto,WKY）进行22个月的跟踪实验，期间进行了四次动态SPECT心脏123I-meta-iodobenzylguanidine(MIBG)和201Thallium(Tl)成像（鼠龄6个月，11-12个月，18个月，21-22个月时），分析原发性高血压大鼠从高血压到左心室心肌肥大最终到心力衰竭这个过程中左心室心肌神经支配功能及灌注情况发生的变化。评价指标包括：静态成像的半定量诊断指标-标准摄取值（Standard Uptake Value，SUV），动态成像指标-流入速率（Influx Rate），清除速率（Washout Rate），分布容积（Distribution Volume，DV）。结果表明利用动态 SPECT123I-MIBG成像所计算的指标-分布容积（DV）在原发性高血压大鼠鼠龄6个月时即可发现其与正常对照组的差别，而利用静态SPECT123I-MIBG成像指标-SUV最早在鼠龄18个月时发现异常。201Tl成像也得到相似的结果，动态201Tl成像指标-DV在鼠龄18个月时发现异常，而静态201Tl成像指标-SUV则在四个时间点的成像实验中均未发现异常。对比同一种示踪剂的动态 SPECT成像结果和静态 SPECT成像结果发现，动态SPECT成像技术能够更早地检测到功能异常，有利于疾病的早发现、早治疗。同时，对比动态 SPECT123I-MIBG与201Tl成像，利用123I-MIBG成像在鼠龄6个月的时候即可发现原发性高血压大鼠的异常，而利用201Tl成像则在鼠龄18个月的时候才能检测到原发性高血压大鼠的异常。此结果表明在原发性高血压大鼠从高血压到左心室心肌肥大，最终到心力衰竭的过程中，神经功能会先出现异常，可以作为左心室心肌肥大，心力衰竭的早期影像学诊断指标。　　其次，动态SPECT成像推广到临床应用的另一个主要问题是采集时间过长。本文以123I-MIBG成像为例设计了一种优化数据采集方案缩短采集时间的流程。该流程利用之前提出的时空域降维的动态重建算法，通过不断调整B样条基函数的控制点，获取不同的TAC，使得调整后的TAC与参考值的相对熵最小，同时估计的代谢参数的协方差最小。最终根据调整后的控制点来确定SPECT探头在每个角度的采集时间。该优化方案通过相对熵（Relative Entropy）来保证调整后所获得 TAC的准确性，通过 D-optimal优化算法来保证所获得的无偏估计代谢参数的协方差最小。将这项技术用于大鼠动态SPECT123I-MIBG成像采集方案的优化，根据优化后的采集方案仿真生成了原发性高血压大鼠（SHR）与其正常对照WKY大鼠三种代谢参数的动态SPECT数据，采用基于时空域降维的动态重建算法和分室模型拟合获得了SHR与WKY大鼠的代谢参数。结果表明优化后的非均匀采集时间间隔的采集方案将传统方案的采集时长从90分钟降至30分钟，并且在低剂量成像（剂量为原剂量的1/4）中依然能够稳定地估计出准确 TAC和精确的代谢参数，同时优化的采集方案将存储空间减少为原来的1/120，计算时间降低为1/20，为动态SPECT技术的临床推广应用奠定了基础。　　心脏跳动是 SPECT心脏成像质量的一大影响因素。针对这一问题,本论文提出了一种新的门控SPECT心脏成像重建算法，该算法将心脏相位图像表示为一个低秩矩阵和一个稀疏矩阵的叠加。其中低秩矩阵对应于心跳周期中灰度不随着心脏跳动发生变化的部分，而稀疏矩阵对应于心跳周期中灰度随着心脏跳动发生变化的部分，用降采样的B样条基函数及其系数的乘积来表示。将提出心脏相位图像重建算法与临床上基于分窗的重建算法进行比较。结果表明本论文提出的算法在重建图像的质量、左心室心肌灰度均匀性以及心脏缺血诊断上均优于基于分窗的重建算法。而且利用本文提出的心脏相位重建算法可以在不增加剂量的情况下重建出一个心跳周期中更多相位的心脏图像，为利用SPECT自身信号进行门控 SPECT成像提供了可能。