正电子发射断层成像(PET)是一种重要的核医学影像技术，它作为现代高性能无创检测手段，在临床诊断、疗效评价、基础医学研究以及新药研发中发挥着重要作用。近年来，基于飞行时间技术(TOF)的PET成为技术发展的一个重要方向，受到了人们的广泛关注。和传统PET相比，TOF-PET能够显著提高图像信噪比，减少采集时间以及降低药物剂量，在临床上具有重大优势。　　本论文对TOF-PET系统的成像算法进行了深入细致的研究，主要包括归一化校正、衰减校正、散射校正以及TOF重建算法。归一化校正采用变量分离法，衰减校正采用了改进的Siddon算法进行线积分的计算，这两种算法均得到了正确的验证。散射校正采用SSS(singlescattersimulation)算法，根据成像的物理过程及场景，对算法进行了优化设计，在保证精度的基础上提高了算法的执行效率，并通过蒙卡模拟数据对SSS算法效果进行了系统的检验和评估。　　TOF重建是本论文的重点研究内容之一。本论文对TOF重建中正反投影模型及TOF核函数参数选择进行了深入研究，提出了三种敏感度图像计算方法，并对整体算法流程进行优化设计，建立了融数据校正与图像重建于一体的数据处理架构。通过模拟数据及真实数据的检验与测试，表明TOF技术能够显著提高图像对比度，在低计数条件下TOF技术带来的优势尤其明显，为降低药物剂量、缩短扫描时间提供技术支撑。　　为了进一步提高图像质量，本论文对基于压缩感知(CS)理论的图像重建算法进行了深入研究。设计并实现了融入核医学图像噪声特点的EM-TV算法，用模拟数据以及实验数据对算法成像效果进行研究，结果表明EM-TV算法在低剂量条件下表现出了良好的性能，在信噪比和图像均匀性等方面有明显的改进。在此基础上，基于CS理论框架对TOF重建算法进行了重新设计，提出了TOF-CS算法。经过验证，该算法得到了非常好的图像质量，既提高了图像对比度，又改善了图像的对比噪声比，提高了病灶（尤其是小病灶）的可识别度，对临床的早期诊断及诊断精度的提升具有重要价值。