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小动物正电子发射断层(positron emission tomography, PET)成像实现了在活体上的分子水平显像,是研究分子影像的尖端设备,正成为动物模型研究的强有力工具。PET设备在肿瘤及心脑血管疾病诊断、研究和新型药物研发中具有重要作用及广泛应用前景。PET探测器和电路设计是系统设计的重要组成部分,本文着重描述了探测器模块、地址编码及前端电路的设计和实现。1.硅光电倍增管(SiPM,也称为盖革模式的雪崩二极管)可以很好地兼容核磁共振成像(MRI),并且具有和光电倍增管媲美的增益和时间特性,是一种非常有前景的可以作为PET和PET/MRI的探测器的半导体光电传感器。在本文综述了硅基光电倍增管相比传统的光电倍增管的优势,同时对基于硅基光电倍增管的小动物PET的发展趋势进行了讨论。2.正电子发射断层成像设备探测器采集到的数据需要进行数据处理,把原始数据转换成正弦图形式的数据才能被用于图像重建。平行束断层重建和扇形束图像重建是图像重建的两种方法,分别对应平行束和扇形束形式的数据处理方法。对原始数据的操作不可避免的破坏了原始数据的完整性。现今,正电子发射断层设备在重建过程中普遍采用平行束重建的方法。平行束的数据分离会对PET数据进行插值操作,扇形束的数据分离不会对PET数据进行插值操作。本文通过对比平行束图像重建和扇形束图像重建结果,研究了数据插值对PET图像重建结果的影响。3.我们在实现过程中使用了LYSO闪烁晶体耦合SiPM (Silicon Photomultiplier)光电探测器的探测器模块结构设计,探测器系统由27个探测器模块排列成圆环状,有8个断层。为了满足小动物PET对分辨率的高要求,我们在探测器结构上采用了新的提高分辨率的技术。