放射性药物引入体内后，将根据药物与脏器或组织的相互作用，参与机体的代谢过程，被脏器或组织吸收、分布、浓聚和排泄。由于放射性核素在自发地衰变中能发射出射线，如γ射线，因此，利用显像仪器能够准确获得核素及其核素标记物在脏器、组织的分布和量变规律，从而达到诊断疾病的目的。

脏器和组织的正常合成功能需要某种元素或一定的化合物，若用该元素的放射性核素或利用放射性核素标记特定的化合物引入体内，可被特定的脏器和组织摄取，从而进行体外显像。例如甲状腺对碘元素具有选择性吸收功能用以合成甲状腺激素，利用放射性碘作为示踪剂，根据甲状腺内放射性碘分布的影像可判断甲状腺的位置、形态、大小，以及甲状腺及其结节的功能状态。有些示踪剂则是作为组织细胞的能源物质被某些组织摄取，如 ¹¹C标记的脂肪酸-软脂酸（palmitic acid， ¹¹C-PA）可被心肌摄取利用而进行心肌脂肪酸代谢显像； ¹⁸F标记的脱氧葡萄糖（ ¹⁸F-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose， ¹⁸F-FDG）与一般葡萄糖一样可作为能源物质被心肌细胞和脑细胞摄取利用，用PET获得图像，观察和分析心肌及脑灰质的能量代谢状况。

单核-吞噬细胞具有吞噬异物的功能。将放射性胶体颗粒或小聚合人血清白蛋白等由静脉或皮下注入体内，放射性胶体作为机体的异物被单核-吞噬细胞系统的吞噬细胞所吞噬，对含单核-吞噬细胞丰富的组织如肝、脾、骨髓和淋巴的显像原理均基于此。静脉注射的放射性胶体在脏器内分布的多少主要随胶体颗粒的大小而异，通常小于20nm的颗粒在骨髓中的浓集较多；中等颗粒主要被肝的库普弗细胞吞噬；大颗粒（500～1000nm）主要浓集于脾。常用的放射性胶体是 ^99mTc-植酸钠。 ^99mTc-植酸钠本身并不是颗粒物质，而是呈水溶性无色透明状，当静脉注入后与血液中的Ca ²⁺螯合才形成不溶性的 ^99mTc-植酸钙胶体被单核-吞噬细胞吞噬。白细胞亦具有吞噬胶体颗粒的功能，将放射性标记的白细胞注入血流后，可聚集于炎症或血栓部位，进行炎症和血栓的定位显像诊断。衰老的、经加热或化学处理后的红细胞（如 ^99mTc标记的热变性红细胞）可以被脾脏拦截浓集从而获得脾脏影像。

利用放射性核素进入循环通路的过程，可显示该通路及有关器官的影像。

经腰椎穿刺将放射性药物如 ^99mTc-二乙三胺五醋酸（ ^99mTc-DTPA）注入蛛网膜下腔，不仅可以测得脑脊液流动的速度和通畅情况，还可使蛛网膜下腔间隙（包括各脑池）相继显影，用于了解脑脊液循环异常。又如吸入密闭系统中的放射性气体（如 ¹³³Xe， ^81mKr等）或放射性气溶胶（如 ^99mTc-DTPA， ^99mTcS气溶胶雾粒）可使呼吸道、肺泡显像，通过肺显像以判断呼吸道的通气功能。

静脉“弹丸”式快速注入放射性药物后，它依序通过腔静脉、右心房、右心室、肺血管床、左心房、左心室、升主动脉、主动脉弓而达到降主动脉，用以判断心及大血管的畸形等先天性心血管疾病和某些获得性心脏疾病，称为放射性核素心血管显像。当显像剂随血流从动脉向相应脏器血管床灌注时，还可获得该脏器的动脉灌注影像，用以观察某些脏器或组织的血流灌注情况，借以判断某些血管性疾病和对占位性病变定性。

颗粒直径大于红细胞（10μm）的放射性药物如 ^99mTc-大颗粒聚合人血清白蛋白（ ^99mTc-MAA）注入静脉后随血流经肺毛细血管时，由于这些颗粒直径大于肺毛细血管的直径而被阻断不能通过，暂时性的阻塞于部分肺微血管内从而使肺显像，可以观察肺内血流灌注的情况并诊断肺栓塞。

将放射性药物引入体内某一空间可以显示该空间的大小和形态。如 ^99mTc-红细胞（ ^99mTc-RBC）或 ^99mTc-人血清白蛋白（ ^99mTc-HSA）静脉注入体内达到平衡后均匀地分布于血池内，可做心、肝等血池显像，常用于判断心室功能状态。

病变组织对某些放射性药物有选择性摄取作用，静脉注入该药物后在一定时相内能浓集于病变组织使其显像。例如 ^99mTc-焦磷酸盐（ ^99mTc-PYP）可被急性梗死的心肌组织所摄取，据此可进行急性心肌梗死的诊断。又如亲肿瘤的放射性药物与恶性肿瘤细胞有较高的亲和力，如 ^99mTc-葡庚糖酸盐（ ^99mTc-GH）、 ^99mTc-葡萄糖酸盐（ ^99mTc-Glu）和 ⁶⁷Ga-柠檬酸盐等可用于肺、脑、鼻咽部等恶性肿瘤显像诊断。此外分化较好的肝细胞癌亦具有摄取和分泌 ^99mTc-吡哆醛-5-甲基色氨酸（ ^99mTc-PMT）的功能，但癌组织无完整的胆道系统，无法将药物排泄到正常胆道系统而呈持续显影，据此可作延迟显影对肝细胞癌进行阳性显像。

某些脏器对一些引入体内的放射性药物具有选择性摄取并排泄的功能，这样不仅可显示脏器的形态，还可观察其分泌、排泄功能和排泄通道情况。如静脉注入经肾小管上皮细胞分泌［ ¹³¹I-邻碘马尿酸钠（OIH）］或肾小球滤过（ ^99mTc-DTPA）的放射性药物，动态显像可以显示肾的形态、功能以及尿路通畅情况。使用经肝多角细胞分泌至毛细胆管并随胆汁排泄到肠道的放射性药物如 ^99mTc-乙酰苯胺亚氨基二乙酸（ ^99mTc-HIDA）及 ^99mTc-吡哆醛-5-甲基色氨酸（ ^99mTc-PMT）等，则可显示肝、胆囊及其通道的影像，用以判断肝、胆疾病，胆道是否通畅、有无扩张及有无胆汁反流等。

进入体内的某些放射性药物借助简单的通透弥散作用可使脏器和组织显像。例如，静脉注入 ¹³³Xe生理盐水后，放射性惰性气体（ ¹³³Xe）流经肺组织时从血液中弥散至肺泡内可同时进行肺灌注和肺通气显影。某些放射性药物如 ¹²³I-安非他明（ ¹²³I-IMP）、 ^99mTc-六甲基丙二胺肟（ ^99mTc-HMPAO）、 ^99mTc-双半胱乙酯（ ^99mTc-ECD）等不带电荷、脂溶性小分子化合物，则能透过正常的血脑屏障并较长期地滞留于脑组织，通过显像有助于了解脑局部的血流量。而 ^99mTcO ^-、 ^99mTc-葡庚糖酸盐（ ^99mTc-GH）等药物则只能通过遭破坏的血脑屏障弥散至颅内的病变区，形成局部放射性浓聚的“热区”，可用于颅内占位性病变的定位诊断。

静脉注入 ^99mTc标记的各种磷酸盐如 ^99mTc-PYP、 ^99mTc-亚甲基二磷酸盐（ ^99mTc-MDP）后可使骨骼清晰显像，其影像分布可以反映骨质代谢的活跃情况，用于早期诊断骨骼转移性与原发性肿瘤等。骨骼类似于一个很大的离子交换柱，其中的羟基磷灰石晶体除含有丰富的PO ₄ ^3-、Ca ^2-、OH ^-外，还有一些性质类似的阳离子（如Na ⁺、K ⁺、Mg ⁺、Sr ²⁺）和阴离子（如F ^-、Cl ^-），晶体表面除与相接触的血液和组织中相同离子进行交换外，与性质类似者也可进行交换，如Ba ²⁺、Sr ²⁺可与Ca ²⁺交换， ¹⁸F可与OH ^-进行交换等，为骨骼显像奠定了基础。

放射性标记的受体配体只与该受体结合，放射性标记的抗体只与相应的抗原结合，从而可使受体和含有特殊抗原的组织显影，这种影像具有高度的特异性。例如用放射性核素标记能和体内受体特异性结合的配体作显像剂，用以了解受体的分布部位、数量（密度）和功能等，称为受体显像，如放射性碘标记的间位碘代苄胍能与肾上腺素能受体结合，使富含肾上腺素能受体的嗜铬细胞瘤及其转移灶等特异性显影。应用放射性核素标记的抗体显示相应抗原的显像称为放射免疫显像（radioimmunoimaging，RII）。由于某些病变组织如肿瘤组织常含有特异的抗原，因此这种显像是特异性诊断肿瘤的理想方法。

放射性核素显像反映了脏器和组织的生理和病理生理变化，属于功能影像，其中受体显像、放射免疫显像等技术也属于分子功能影像。

要求标记方便、血清除快、进入靶器官的时间早、靶器官与非靶器官的放射性比值高以及稳定性好。

能量太高会使空间分辨率降低，能量太低则灵敏度下降，也不易保证稳定的分辨率，且容易被组织或骨骼所吸收，对深部病变显像困难。显像最适宜的γ射线能量为100～250keV，如 ^99mTc发射的γ射线能量为140keV，最适合显像使用。而对于PET则必须使用能量为511keV的一对γ光子。

不但放射性活度和浓度要合适，而且放射化学纯度要高。放射性活度大可增加成像采集的信息量，减少测量误差，但会加大患者不必要的辐射量，同时轻则小病灶被掩盖，重则可能引起计数饱和或溢出，造成采集失败。然而，在受检脏器功能不良时，显像剂的浓聚下降，需适当加大显像剂的用量以提高图像的清晰度和对比度。放射性浓度和比活度越高，则进入体内显像剂的化学量和体积就越小，可减少机体的不良反应，在动态采集时则可提高弹丸注射的成功率。显像剂的放射化学纯度越高，本底和散射计数越低，图像的质量就越好。

准直器主要有低能通用型、低能高分辨型、中能通用型、高能通用型、针孔型等。

选择主要考虑以下四个方面：①显像剂的主要γ射线能量（如 ^99mTc和 ¹²³I常选用低能型准直器， ¹³¹I则选用高能型准直器）；②显像目的和类型；③对灵敏度及分辨率的要求；④显像器官大小及厚度。

根据显像剂在组织内吸收、清除、代谢和循环的特点选择最佳显像时间，特别是动态功能显像时更为重要，否则会失去许多重要的信息而影响临床分析判断。一般显像剂在体内运转速度较快者，采集的时间间隔应短，速度也相应快；而运转较慢时，则采集的速度要求慢，间隔延长。临床上，肾动态显像常每30～60秒采集1帧图像；肝胆动态显像应根据情况每5～15分钟采集1帧；脑脊液间隙显像可在注射后5、15、30、60分钟及3、6、24小时显像。各器官的血流显像应在注射显像剂后，以每1～2秒采集1帧；心脏首次通过显像要求每50毫秒左右采集1帧图像。

选择正确的体位以保证受检的脏器和组织尽可能地暴露在探头的有效视野内，并使患者在检查期间保持不动。尤其在心、脑的检查时，正确的体位有助于提高阳性率及病灶的定位。

仪器是否处于最佳工作状态对于获得高清晰、高分辨、失真小的图像非常重要。显像前必须确定采集的矩阵，每帧采集的时间或计数等。一般情况下，在放射性活度足够时，静态采集宜选用较大矩阵（如128 × 128或256 × 256）。在动态采集时，由于采集时间有限，无法获得足够大的信息量，为提高检测的信噪比，通常选用较小的矩阵（如64 × 64）。

显像剂在脏器组织和病变内达到分布平衡时所进行的显像称为静态显像。

显像剂引入人体后以一定速度连续或间断地多幅成像，用以显示显像剂随血流流经或灌注脏器，或被器官不断摄取与排泄，或在器官内反复充盈和射出等过程所造成的脏器内放射性在数量上或位置上随时间而发生的变化，这种显像就称为动态显像。

指显影范围仅限于身体某一部位或某一脏器的显像。

显像装置沿体表从头至脚或从脚至头作匀速移动，将采集全身各部位的放射性显示成为一帧影像称为全身显像。

放射性探测器置于体表的一定位置显示某脏器的影像为平面显像。

显像装置围绕体表作180°或360°自动旋转，连续或间断采集多体位的平面信息，或利用环状排列的探测器获取脏器各个方位的信息，再由计算机特殊软件和快速阵列处理机重建各种断层影像，获得横断、冠状和矢状位或三维立体影像。心脏断层显像则采用短轴、水平长轴和垂直长轴三个断面。

一般认为显像剂引入体内2小时内所进行的显像称为早期显像。

显像剂注入体内2小时以后所进行的显像称为延迟显像。

正常脏器和组织细胞可选择性摄取某种放射性药物，能显示出该脏器和组织的形态和大小。而病灶区失去正常组织细胞的功能故常常不能摄取显像剂，呈现放射性分布稀释或缺损（即“冷区”），此种显像又称为冷区显像。

病灶部位的放射性活度高于正常脏器组织的显像称为阳性显像，又称“热区”显像。

在常规显像的条件下，通过药物或生理刺激等方法，增加对某个脏器的功能刺激或负荷，观察脏器或组织对刺激的反应能力，以判断病变组织的血流灌注、储备功能情况，并增加正常组织与病变组织之间的放射性分布差别，提高显像诊断灵敏度的一类显像称为介入显像。

注意被检器官与解剖标志和邻近器官之间的关系，确定器官有无移位和反位。

受检器官的外形和大小是否正常，轮廓是否清晰完整，边界是否清楚。

一般以受检器官的正常组织放射性分布为基准，比较判断病变组织的放射性分布是否增高或降低（稀疏）、正常或缺如。

在静态显像的分析基础上，确定显像的顺序和时相的变化。

是否符合正常的血运和功能状态，如心血管的动态显像应按正常的血液流向，即上腔静脉、右心房、右心室、肺、左心房、左心室及主动脉等途径依次显示影像。

时相变化主要用于判断受检器官的功能状态，影像的出现或消失时间超出正常规律时，则提示被检器官或系统的功能异常。如肾脏动态显像、肝胆动态显像、脑脊液间歇显像等均根据时相变化判断脏器功能。

正确掌握不同脏器和组织的断层方位以及各层面的正常所见，对各断层面的影像分别进行形态、大小和放射性分布及浓聚程度的分析。对于一般器官，横断面是自下而上获取横断层面；矢状面是自右向左依次获取矢状断层影像；冠状面是自前向后依次获取冠状断层影像。对于心脏断层，由于心脏的长、短轴与躯干的长、短轴不一致，故心脏断层显像时常分别采用短轴、水平长轴和垂直长轴来表示，以示区别。

总之，在进行核医学影像分析时，不仅要密切联系生理、解剖学知识，还要结合临床所见才能正确的分析和评价图像。

无论多先进的仪器检查也包括各种影像学检查，如果离开了患者的临床资料，很难得出正确的图像判断和合适的影像诊断结果。核医学影像也同其他影像学方法一样，图像本身一般并不能提供直接的疾病诊断和病因诊断的信息，因此应密切联系生理、病理和解剖学知识，结合患者的临床相关资料，特别是CT、MRI等影像资料进行综合分析才能得出较为符合客观实际的结论，否则会造成错误诊断。

一幅好的图像应具备：影像轮廓完整、对比度适当、病灶显示清楚、解剖标志准确、图像失真度小等。

X线之所以能使人体组织在屏幕上或胶片上形成影像，一是基于X线的穿透性、荧光效应和感光效应；二是基于人体组织之间有密度和厚度的差别；三是X线透过人体不同组织结构时，被吸收的程度不同，因此到达屏幕或胶片上的剩余X线量亦有差异，从而在屏幕或胶片上形成明暗或黑白对比不同的影像。

是用X线束对人体检查部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字，输入计算机进行断层重建处理，获得CT图像。CT图像是由一定数目从黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成，不同的灰度反映器官和组织对X线的吸收程度，与X线图像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼等。这些像素反映的是相应体素的X线吸收系数，像素越小，数目越多，构成的图像越细致，即分辨力越高。CT分为普通CT、单层螺旋扫描CT、多层螺旋扫描CT和电子束CT。CT检查包括普通CT检查、特殊CT检查（薄层扫描、重叠扫描、靶扫描、高分辨力扫描、图像堆积扫描和定量CT）、增强CT检查、造影CT检查和螺旋CT检查。

MRI是通过对主磁体内静磁场（即外磁场）中的人体施加某种特定频率的射频脉冲，使人体组织的氢核（即质子）受到激励而发生磁共振现象；当终止射频脉冲后，质子在弛豫过程中感应出MR信号；经过对该信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程，产生MR图像。人体内氢核丰富，用它进行MR成像效果好。MRI的成像参数主要包括T ₁、T ₂和质子密度等。

超声是指频率超过人耳听觉范围，即大于20 000Hz的声波，属于机械波。超声波有三个基本物理量，即频率、波长和声速，它们的关系是：声速=频率×波长，或波长=声速/频率。能传播声波的物质叫介质。频率不同的声波在同一介质的传播速度是基本相同，声波在人体软组织中的声速差别很小，通常为1540m/s。临床上常用的超声频率在2～10MHz之间。人体软组织的声阻抗差异很小，但只要有1/1000的声阻抗差，就会产生反射回波，故利用这一特性来显示不同组织界面、轮廓，分辨其相对密度。

核素显像诊断与其他影像学诊断具有本质的区别。它是利用引入体内的放射性核素能发射射线，并通过体外的探测仪器检测的射线的分布与量，达到成像的目的。而放射性核素（即显像剂）在体内吸收、分布、排泄等过程又取决于脏器或组织的血流、细胞功能、细胞数量、代谢活性和排泄引流情况等因素，故核医学的影像是一种功能影像，而不是组织的解剖学密度变化的图像。虽然核医学影像也可显示其解剖形态学变化，但图像的解剖学分辨率差，其影像的清晰度主要由脏器或组织的功能状态决定，通常小于1cm的病灶难以被常规的SPECT显像发现，但PET的空间分辨率优于SPECT，可以达到4～5mm，新型用于小动物研究的PET甚至可达1mm。而CT、MRI及超声显像主要是显示脏器或组织的解剖学形态变化，有时也显示其功能变化，但仍然是建立在形态学基础之上。核素显像与其他显像技术另一不同之处是不同脏器显像需应用不同的放射性药物，同一器官不同目的的显像需不同的显像剂，而CT和MRI只有平扫和增强之分，CT增强主要是了解病灶区的血供，帮助鉴别病变性质。故核素显像从技术条件等方面比其他显像技术更为复杂。

将核医学的代谢或血流影像与CT、MRI的解剖学形态影像进行融合，借以判断病变组织的代谢或血流变化，有助于鉴别病灶的性质，称为“图像融合”，以弥补核医学影像分辨率及解剖定位能力差和解剖学影像不能显示其功能代谢变化的缺点。目前的图像融合技术分为同机图像融合和软件图像融合两种，前者主要包括PET/CT和SPECT/CT等，一次显像同时可以获得CT解剖影像和ECT功能、代谢或血流影像，CT主要发挥解剖定位功能，因此大大改善核医学影像的质量，尤其是PET/CT的应用是医学影像技术新的里程碑。而软件图像融合技术则是将CT或MR图像通过网络或光盘等储存介质传输到ECT的图像处理工作站，将解剖影像与功能影像融合在一起进行分析，其精确性不如同机融合。

随着核医学显像技术的进一步发展，受体显像、代谢显像、放射免疫显像、反义核苷酸与基因显像等技术的应用，在核医学领域中又形成了分子核医学的概念。目前的分子核医学的内容主要包括放射性核素受体显像、代谢显像、多肽类放射性药物显像、重组单克隆抗体放射免疫显像以及基因显像等。这些显像技术的发展，使得核医学显像将可能逐步向“分子影像”领域转变，所谓“分子影像”就是反映脏器或组织生理与生化水平变化的影像，为疾病的诊断提供分子水平的功能信息。