三维位置灵敏碲锌镉(CdZnTe)探测器在室温工作条件下就能够提供良好的能量分辨率并同时给出多次作用点的三维位置信息,因此被广泛应用于辐射探测和伽马射线成像相关的诸多领域。康普顿成像利用康普顿散射物理机制,将放射源限定在以散射光子方向反向延长线为轴,康普顿散射角为半顶角的圆锥面上,多个康普顿事例得到的圆锥相互交叠从而对放射源进行成像。论文工作搭建了国内首台一体式设计的康普顿相机原型机,相机采用2.0cm×2.0cm×1.5cm的CdZnTe探测器,拥有121个正方形像素型阳极和一个平板阴极,阳极像素尺寸为1.72mm。经过深度矫正后探测器对单点事例的整体能量分辨率为1.2%(FWHM@662keV,下同),最优像素可以达到0.9%,探测器位置分辨率在水平方向为1.72mm,深度方向位置分辨率约为1mm。相比于传统康普顿相机分离式设计,该相机拥有全空间的成像视野,更高的探测效率,以及易于扩展适用于便携式应用场景的特点。对相机角度分辨率的解析分析显示,对于该康普顿相机原型机,其能量测量误差造成的最终角度误差小于10°,位置测量误差造成的最终角度误差约25°,多普勒展宽造成最终角度误差约10°,顶点误差在远场近似条件下不足1°。成像采用了广泛使用的直接反投影(BP)和列表型数据最大化期望最大似然(list-mode MLEM)算法,对点源的重建结果的角度分辨率分别为36°和10°。由于list-mode MLEM要求随着探测的进行逐步计算系统矩阵,无法实现实时成像,因此我们发展了重排探测器响应空间的最大似然法(rebin-MLEM),使得对系统矩阵能够通过模拟的方式预先进行计算,在采集过程中可以直接进行迭代,从而实现了图像的实时迭代重建。三维康普顿成像弥补了远场近似下二维康普顿成像在某些复杂应用场景下对放射源定位的不足,其核心在于利用探测器的移动提供顶点位于不同位置的重建圆锥。鉴于迁移二维成像图像重建方法存在图像空间像素数目过多,迭代内存和运算时间消耗过大的问题,论文提出了一种基于有序子集最大似然(OSEM)的可变图像空间重建方法,首先将图像空间划分为粗糙的像素进行初步迭代以获得放射源的大致位置信息,然后选取放射源存在可能性较大的局部空间进行精细划分以获取目标精度,通过使用子集迭代和非均匀的图像像素空间来减小迭代开销,并基于康普顿相机系统开展了相关模拟和实验验证。