核医学诊断的基本原理是以放射性同位素示踪为基础，其过程可以简单地描述为：选择合适的放射性同位素为示踪剂，并将其引入人体内，在体外利用射线探测装置，标记示踪剂在特定脏器一定时间内放射性强度的变化过程，获得特定脏器的放射性核素分布数据或图像来达到诊断的目的。此技术具有方法简便、安全、灵敏度高和特异性强等优点，可获得脏器形态和功能两万面的信息，并可动态观察和定量分析。
为了更好地理解核医学诊断的原理，这里介绍一下什么是放射性同位素。构成物质的基本单位是原子，其中，原子核是由质子和中子组成的。具有相同质子数的原子为同一种元素，而同一种元素的原子核中中子数可以是不同的，我们把具有相同质子数、不同中子数、在元素周期表中处在同一个位置的原子互称同位素。有些同位素的原子核是稳定的，称之为稳定性同位素，而有些同位素的原子核不稳定，能自发衰变而发射出射线，对这些不稳定的同位素我们称之为放射性同位素。例如：含8个质子、8个中子的是16O原子，而含8个质子、10个中子的是18O原子，它们互为同位素，18O要比16O重一些，但它们的化学性质几乎完全一致，16O是稳定性同位素，而18O则是放射性同位素。自然界中的氧原子绝大部分都是16O，而我们利用人工方法可以生产出18O。当我们用18O代替药物分子中所含的16O，就相当于给药物分子打上了标记。在核医学诊断中，为了便于测量，我们常用一些放射性同位素作为示踪剂。
有了示踪的放射性同位素，接下来的问题就是标记什么分子，这也是核医学诊断的关键所在。我们标记的分子取决于诊断的要求，例如我们要诊断患者是否患有肿瘤，首先我们要知道肿瘤的特性，对于绝大部分恶性肿瘤来说，其代谢是十分旺盛的，在代谢过程中要消耗大量葡萄糖来提供能量，因此，如果我们用放射性同位素标记葡萄糖，根据放射性同位素在组织、器官中的浓度不同，我们可以发现哪些组织和器官葡萄糖的代谢异乎寻常的升高，由此推断该部位可能存在恶性肿瘤。这就是大部分PET-CT诊断的原理，其准确率能达到80％~90％，甚至更高。
我们是如何测量摄入到体内的放射性同位素分布浓度的呢？这需要专门的核医学仪器。大多数核医学仪器配备的探头可以将探测到的放射性同位素发出的射线转化为电信号，通过这些电信号，我们就可以测得身体不同部位的放射性同位素浓度分布了。
引自：公众核科学技术知识问答丛书之四《放射诊疗你我他》，科学出版社，2013年
