正电子发射断层成像（positron emission tomography，简称PET）是当前生化灵敏度最高的临床尖端分子影像手段，能够动态、定量、无创地评估人体内各器官内的生化反应、代谢水平、功能活动和灌注。由于任何疾病的先兆在本质上主要是生化的，许多疾病在解剖学上发生改变和医学症状变得明显之前就能够被PET探测出来。PET提供着精确定量的功能信息，在恶性肿瘤、神经系统和心血管等重大疾病的病理学研究、临床诊断、药物开发等过程中发挥着不可替代的作用。　　随着PET系统探测效率与精度的不断提升，以及电子电路的集成化、小型化和数字化，PET成像的应用领域得到进一步拓展。新型应用包括放疗导航、质子治疗监控、引导穿刺活检以及床旁成像等。不断增长的新型应用对PET系统几何结构的设计思想和成像策略创新提出了新的挑战。为了摆脱传统PET系统面对具体应用时性能单一、结构固定等困境，研究人员研制出了OpenPET、In-beam PET、变结构PET、平板PET等应用适应或部位专用的新型PET系统。其中平板PET是一种结构开放、外形紧凑、视野可调的探测系统，对于放疗导航等应用具有独特的价值。　　本文在平板PET的研究基础上，进一步发挥其开放、紧凑、灵活的结构优势，通过分析重建数据完备性原理，提出了带窗平板PET成像方法。该方法突破传统PET系统的构架局限，实现探测系统结构创新，有助于进一步拓宽PET成像的应用范围，降低使用成本，在引导放疗、术中导航等方面具有良好的应用前景。我们基于一种具体的带窗平板PET系统，全面评估了其各项性能指标的分布与极限，并与全尺寸平板PET进行了对比。结果表明该窗口与平板面积比为1/4的带窗平板PET，相对于全尺寸平板PET其对比度恢复系数几乎不变；其灵敏度、信噪比、对比噪声比明显降低，下降幅度分别为46.2%、29.5%和29.2%；同时，其成像视野内空间分辨率存在轻微恶化，最大恶化率为15.0%。带窗平板PET的可行性得到初步验证。　　基于带窗平板PET系统性能评估方法，本文进一步对PET成像性能与系统几何的相关性进行了研究。我们分别评估了窗口比例、平板间距、结构外形以及系统尺寸对带窗平板PET成像性能的影响。结果表明当系统几何参数变化时，其成像视野的尺寸随之变化，并直接造成系统灵敏度及其分布的改变。同时，单个探测平板中心区域响应线的缺失对对比度恢复系数影响十分微弱。此外对于带窗平板PET系统来说，平板间距的增大降低了反应深度的影响，总体上有利于提高成像精度。系统性研究不同几何结构下的PET成像性能，对面向应用需求实现性能指标、开放性、灵活性等平衡与优化具有重要意义　　在上述研究基础上，本文利用全数字PET技术平台研制出一台带窗平板PET成像系统，该系统具有带窗平板PET和全尺寸平板PET两种成像模式。针对该系统我们提出了时钟校正和归一化校正方法，并评估了其系统性能。该系统的时间分辨率为2.1ns（半高全宽），能量分辨率为17.2%（半高全宽）；全尺寸平板PET模式下中心空间分辨率（平行于平板方向）和灵敏度分别为2.0mm和4.07%；带窗平板PET模式下中心空间分辨率和灵敏度分别为2.2mm和2.34%。最后分析了将带窗平板PET推向实际应用的的可行性。