正子断层造影

放射性核素要么掺入人体通常使用的化合物中，例如葡萄糖（或葡萄糖类似物）、水或氨，要么掺入与受体或其他药物作用位点结合的分子中。 这种标记的化合物被称为放射性示踪剂。 PET 技术可用于追踪任何化合物在活人（以及许多其他物种）体内的生物学途径，前提是它可以用 PET 同位素进行放射性标记。 因此，可以用 PET 探测的特定过程实际上是无限的，并且不断合成用于新目标分子和过程的放射性示踪剂； 截至撰写本文时，已经有数十种用于临床，数百种用于研究。 到 2020 年为止，临床 PET 扫描中最常用的放射性示踪剂是碳水化合物衍生物氟脱氧葡萄糖 (18F) (18F-FDG)。 这种放射性示踪剂基本上用于肿瘤学的所有扫描和神经学的大多数扫描，因此构成了 PET 和 PET-CT 扫描中使用的放射性示踪剂的绝大部分 (＞95％)。

由于大多数正电子发射放射性同位素的半衰期较短，传统上使用靠近 PET 成像设备的回旋加速器生产放射性示踪剂。 氟 18 的半衰期足够长，因此可以在异地商业化生产标有氟 18 的放射性示踪剂并运送到成像中心。 最近，铷 82 发电机已上市销售。 它们含有锶 82，它会通过电子捕获而衰变，从而产生发射正电子的铷 82。

已经审查了在 PET 扫描中使用金属的正电子发射同位素，包括上面未列出的元素，例如镧系元素。

同位素 89Zr 已被应用于使用正电子发射断层扫描 (PET) 相机（一种称为免疫 PET 的方法）跟踪和量化分子抗体。

抗体的生物半衰期通常为数天，例如参见 daclizumab 和 erenumab。 为了可视化和量化此类抗体在体内的分布，PET 同位素 89Zr 非常适合，因为它的物理半衰期与抗体的典型生物半衰期相匹配。

为了进行扫描，将一种短寿命的放射性示踪剂同位素注入活体（通常注入血液循环）。 每个示踪原子都被化学结合到一个生物活性分子中。 当活性分子集中在感兴趣的组织中时，有一个等待期； 然后将对象放置在成像扫描仪中。 最常用于此目的的分子是 F-18 标记的氟脱氧葡萄糖 (FDG)，这是一种糖，等待时间通常为一个小时。 在扫描过程中，当示踪剂衰减时，会记录组织浓度。

当放射性同位素经历正电子发射衰变（也称为正 β 衰变）时，它会发射正电子，即带相反电荷的电子的反粒子。 发射的正电子在组织中移动一小段距离（通常小于 1 毫米，但取决于同位素），在此期间它会失去动能，直到它减速到可以与电子相互作用的程度。 相遇使电子和正电子都湮灭，产生一对沿大致相反方向移动的湮灭（伽马）光子。 当它们到达扫描设备中的闪烁体时，它们会被检测到，产生一束光，由光电倍增管或硅雪崩光电二极管 (Si APD) 检测到。 该技术取决于同时或同时检测沿大致相反方向移动的一对光子（它们在质心坐标系中完全相反，但扫描仪无法知道这一点，因此具有内置的轻微方向 -容错）。 未按时间对到达的光子（即在几纳秒的时间窗口内）将被忽略。

最重要的电子-正电子湮灭导致两个 511 keV 伽马光子以几乎 180 度的角度彼此发射； 因此，可以沿着重合直线（也称为响应线或 LOR）定位它们的来源。 实际上，LOR 具有非零宽度，因为发射的光子并非完全相隔 180 度。 如果探测器的分辨时间小于 500 皮秒而不是大约 10 纳秒，则可以将事件定位到弦的一段，弦的长度由探测器的时间分辨率决定。 随着时间分辨率的提高，图像的信噪比 (SNR) 也会提高，从而需要更少的事件来实现相同的图像质量。