正电子发射断层成像(positron emission tomography,PET)利用放射性核素标记的分子探针对活体生物体内的生化过程进行显像。其重建图像得到的信息,在疾病诊断上发挥着重要的作用。近些年来,随着功能成像(相对于结构成像)的重要性逐渐被认识,PET技术发展迅速,但由于大型的全身扫描PET设备造价和扫描成本都比较高,限制了PET技术的应用和普及。因此,进行基于PET技术的小型成像仪器方面的研究具有重要意义。本文主要进行了以下工作:一、使用大面积平面面板位置灵敏型光电倍增管构建了新型γ射线探测器,并进一步构建双探测器正电子发射断层成像(dualPET)系统,对探测器和dualPET系统进行了性能测试和评价,探测器位置和能量分辨本领优良,系统具有良好的空间分辨率和灵敏度。二、利用dualPET系统进行了一系列平面成像实验,其中的小动物成像实验结果与小动物PET系统的成像结果进行了对比,在实验中dualPET系统显现出良好的性能。三、利用dualPET系统进行了一系列三维成像实验,通过数据格式转换和整合获得完整的正弦图,利用期望最大化(expectation maximization,EM)算法进行重建。并尝试通过改进图像重建算法,对dualPET系统获得的稀疏数据进行重建。