随着生物科技的发展,医学断层成像技术也日臻完善。正电子发射断层扫描(Positron Emission Tomography,PET)作为核医学领域中最重要的技术之一,在临床诊断中发挥着巨大的作用。在PET的断层图像重建中,由于图像的系统响应矩阵反映了从放射源分布到投影数据的数学关系,所以系统响应矩阵的质量对重建图像质量有着决定性的影响。因此系统矩阵的计算是PET图像重建中最关键的一步。本文利用传统射线追踪算法以及平板PET系统的特点,对如何改进射线追踪算法进行了研究。实现了一种简单的基于线段加权的算法,分析了此算法的不足并使用细分的方法进行了优化。在文章的最后提出了一种基于射线追踪算法和蒙特卡罗方法的结合算法。本文工作主要分为以下几部分:(1)阐述了传统的射线追踪算法的原理,并介绍了几种优化算法。实现了一种基于线段加权的射线追踪算法,设计了一种系统响应矩阵的存储方式。分别以长方体仿体和点仿体对计算出的系统响应矩阵进行图像重建。(2)开展基于体素的细分和基于探测器晶体细分的方法进行射线追踪算法优化研究。在分析中发现仅仅体素细分的重建图像会出现“颗粒”问题。为了解决“颗粒”问题并提高分辨率,研究的探测器晶体细分,设计并实现了多种基于晶体细分的系统矩阵生成方法。为了验证不同方案获得的系统矩阵的性能,开展了相应的仿真实验和物理仿体实验。实验结果表明,相比于未做细分以及单纯进行体素细分的方法,基于晶体细分的方法获得的系统矩阵具有更好的重建效果。(3)研究基于点扩散函数的方法提高射线追踪算法的系统响应矩阵的质量。首先采用射线追踪算法定位体素位置,然后提取了基于蒙特卡罗方法的响应线的点扩散函数,最后通过点扩散函数进的卷积运算获得对应的系统响应矩阵。实验结果表明,通过该方案获得的系统响应矩阵与蒙特卡罗方法的系统响应矩阵近似,改善了原来的射线追踪算法的系统响应矩阵的质量。