近年来,平板PET(Positron Emission Tomography,PET)系统因其结构简单,成本低廉,方便工程实现,且兼具开放性与可调节性得到了研究者的广泛关注。平板PET系统不仅可以根据被测目标的大小进行探测板距离的实时调节,而且将有助于推动PET在新应用方面的发展。不过,平板PET系统的投影数据具有不完备性,目前,解决方案可以分为两个方面:1)通过系统的旋转操作,获取完备的投影数据;2)采用对数据完备性不高的迭代重建算法进行重建,但是迭代重建算法只能在一定程度上改善重建图像的质量,且与系统响应矩阵(System Response Matrix,SRM)的模型构建精度密切相关。围绕以上两个问题,一方面,本文通过系统旋转操作从根本上解决了平板PET数据不完备性问题;另一方面,构建基于不同模型的SRM,实现对平板PET系统的快速精确重建。具体来讲,本文的主要工作包括以下几个方面:首先,利用蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)仿真研究了不同旋转增量对旋转平板PET系统成像性能的影响,旨在寻找最优的旋转增量,为搭建PET原型系统提供理论依据。本文提出了基于迭代重建算法的数据融合重建框架,在此框架中,由于应用了基于MC仿真的SRM(简称MC-SRM),固定了图像空间与探测系统之间的映射关系。当系统旋转后,两者之间的映射关系则遭到破坏。为了解决这一问题,本文引入了图像插值方法,实现了多角度数据的融合,并通过五个图像质量评价参数对重建图像的质量进行了定性和定量的评估。通过分析可知,当旋转增量设定为90°和60°时,可以得到令人满意的结果,两者都可以应用在实际工程中。但是,为了保证系统操作的简便性,旋转增量设置为90°更符合实际需求。其次,基于前期的仿真工作,实验室搭建了90°旋转平板PET的原型系统。针对此系统,本文提出了基于仿体的系统几何校正方案,减弱了由机械误差引入的图像伪影。针对校正后的系统,本文从系统的空间分辨率、灵敏度和图像质量三个方面对系统性能进行评估。首先,通过点源仿体和Derenzo仿体对系统的空间分辨率进行定量和定性的评估;其次,利用自制点源仿体对系统的轴向灵敏度进行评估,并进一步分析能量窗和时间窗对系统灵敏度的影响;再次,通过图像质量仿体实验量化了系统重建图像的质量。结果显示,系统的空间分辨率在1.2 mm左右,灵敏度可达5%。最后,本文进行了小鼠NAF骨扫描实验,验证了系统在小动物成像方面的潜能。最后,本文针对MC-SRM的构建耗时巨大的问题,提出了基于几何传播模型的SRM构建方案,旨在实现SRM快速计算的同时,尽可能地保证重建图像的质量。本文提出了一种基于简化的距离驱动(Distance-Driven,DD)与立体角(Solid-angle)模型的SRM构建方案,简称为基于DDSolidA模型的SRM构建方案。在此方案中,DD驱动模型实现了响应线(Line of Response,LOR)对其穿过体素的定位,并可以进行初步的权值计算;随后,通过加入立体角模型提高SRM的构建精度。为了进一步地提高计算精度,本文应用了两种体素细分方案,并提出了基于多-距离驱动(Multi-DD)的细分方案,即将一个体素虚拟为多个长方体子体素。为了验证所提SRM构建模型的精确性,将其与基于多射线模型和MC仿真模型构建的SRM进行了对比,并通过仿真和仿体实验,在重建图像的空间分辨率和噪声水平两个方面进行了定量和定性的分析。结果显示,当迭代次数为100时,通过将体素虚拟为2×2×2和4×4×4,可以区分Derenzo仿体的1.0 mm的圆柱,这与利用MC-SRM的结果基本相似。