本论文基于多模态小动物分子医学影像系统项目完成,该项目主要将CT、PET、SPECT和FMT(荧光成像)四个模态进行同机融合。本论文的内容主要涉及Micro-PET,设计Micro-PET的探头结构组态和研究Micro-PET探头性能提升的方法。Micro-PET(微型正电子发射断层显像)也称为小动物PET,它在活体生物分子水平上,用三维图象的方式反映生物体特定部位机体功能的变化,在基础医学、新药研发等领域应用前景广阔。Micro-PET探头模块包括晶体和探测器,将接收的γ光子转化为电信号。探头晶体像素的大小决定整机的分辨率,因此探头的性能直接影响整机的性能,是Micro-PET中最重要的环节之一。论文首先对Micro-PET在生物医学领域的重要作用进行了详细的阐述;对Micro-PET的发展历史和Micro-PET探头的国内外研究现状作了详细的分析和说明。第二,论文对Micro-PET的探测原理进行了介绍;对探头常用的多种晶体和探测器进行了全面的对比。探头后续的电子学线路用来对探头的信号进行处理,包括一级放大、成形、二级放大、恒比定时和符合等环节。本论文都进行了介绍,尤其对放大电路结合实际应用进行了详细的研究。第三,PET中一个很重要的概念是DOI(深度效应),针对Micro-PET的三种组态方案:环形PET、平板PET和弧形结构,论文着重对弧形结构深度效应的大小进行分析,综合另外两种结构的深度效应最终选用环形PET方案。第四,Micro-PET中晶体和探测器都是关键部件,因此需要对晶体和探测器进行大量的实验。论文中对两种晶体的性能用实验进行了对比,确保晶体的性能良好;在试验中对探头响应信号的特点进行了观察。论文创新性的提出晶体跨接技术提高分辨率,并设计大量的实验,验证了这种方法的可行性。第五,针对探头响应信号前沿时间快的特点,本论文设计了一种峰保持电路,将信号展宽到微秒,方便仪器的观察;对提出的晶体跨接技术提高分辨率的方法,论文设计了相应的晶体跨接模拟电路加入到电子学前端电路中。