Ez a munka alapvetően a PET, mint hatékony orvos-biológiai képalkotó módszer optimalizálásával és alkalmazásával, valamint a PET képalkotás néhány specifikus fizikai jellemzőjének vizsgálatával és új mérési módszerével foglalkozik. A legtöbb kísérletet a Debrecenben kifejlesztett MiniPET-2 kisállat kamera segítségével végeztük, de számos esetben más egyetemek (UCLA, UCSD) vagy cégek (Mediso Kft) kameráit is alkalmazni tudtuk. A MiniPET-2 egy teljes-gyűrűs kialakítású kisállat PET kamera, amelyet alapvetően az ATOMKI és a Debreceni Egyetem Nukleáris Medicina Intézete fejlesztett ki. Munkánk során meghatároztuk a kamera képalkotó tulajdonságait a NEMA NU-4 kísérleti protokoll segítségével, és vizsgáltuk azt, hogy e paraméterek milyen módon függenek az alapvető koincidencia időablak (τ) és energiadiszkriminációs (Elt) beállításoktól. Változtatva a τ és az Elt beállításokat, jelentős függést tapasztaltunk a NEC görbe és az érzékenység adatok esetében, míg a kvantitatív képminőségre nézve ez a hatás kisebb volt. A térbeli felbontásról kiderült, hogy ez elhanyagolgatóan kis mértékben függ a két vizsgált beállítástól. Végső eredményként azt kaptuk, hogy a koincidencia időablak és az energiadiszkrimináció optimális beállításai a 3 ns illetve a 350-650 keV-es értékek. A MiniPET-2 kamera effektív sugarának meghatározására új módszert fejlesztettünk ki, amely alapján a legjobb képminőséget a 109 mm-es érték mellett kaptuk. A képminőség fantom az aktuális NEMA méréssel nem alkalmas a különböző lézió méretekre vonatkozó kontraszt visszaállítás (CRC) meghatározására. E hiányosság motivált minket arra, hogy egy új módszert dolgozzunk ki a CRC mérésére. Speciális eljárásunkat sikerült úgy kifejleszteni, hogy a szokásos képminőség fantomot adaptáltuk, így a kísérleti módszer könnyen elvégezhető bármely más kameránál is. Módszerünk használhatóságát öt különböző kisállat PET kamerán ellenőriztük (GE Explore Vista, Genisys4, MiniPET-2, nanoScan PC és a Siemens Inveon), és a meghatározott CRC adatok jól korreláltak a rekonstruált PET képek vizuális megítélésével. A MiniPET-2 a szükséges optimálási eljárások elvégzése után hatékonyan felhasználható biológiai kutatásokban. Demonstráltuk, hogy a kamera jól alkalmazható a Pgp t expresszáló és nem expresszáló tumorok vizsgálatában valamint a tumor terápia in vivo nyomon követésére. The PET is an advanced and sophisticated imaging method at the field of biomedical imaging. Within this work we investigated the optimization and application of the MiniPET-2 system and we developed new methods to measure specific physical characteristics of the small animal PET imaging system. The majority of the experiments were carried out with the MiniPET-2 scanner; however in several cases we could apply PET cameras from other universities (UCLA, UCSD) and a company (Mediso Ltd). The MiniPET-2 is a full ring small animal PET system which was installed at the University of Debrecen, Department of Nuclear Medicine in 2009. In this study we determined the NEMA-NU4 performance parameters of the scanner and also investigated how the calculated parameters depend on the coincidence time window and the low threshold settings of the energy window. Altering the τ and Elt resulted in substantial changes in the NEC peak and the sensitivity while the effect on the image quality was smaller. The spatial resolution proved to be, as expected, independent of the τ and Elt. We found that the optimal coincidence time window and low threshold energy window are 3 ns and 350 keV, respectively. Furthermore, independent measurements supported optimization of the effective system radius and the calculated optimal value (resulting in the best image quality) was found to be 109 mm. The NEMA NU-4 performance protocol with the suggested image quality phantom does not allow the determination of the contrast recovery coefficients (CRC). Thus we developed and elaborated a new method to determine the recovery coefficients (CRC) for the small animal PET cameras. In this procedure we used the conventional image quality phantom which available at all small animal PET lab. Our method proved to be suitable for comparing different small animal PET scanners. Thus the CRC parameters were evaluated for five different small animal PET scanners (GE Explore Vista, Genisys4, MiniPET-2, nanoScan PC and Siemens Inveon). After performing the optimizations, the MiniPET-2 camera can be applied effectively in biomedical studies. In a specific case we demonstrated that this scanner is useful tool for in-vivo follow up of the chemotherapy of Pgp positive and negative human gynecologic tumor xenografts cells.