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核医学影像设备利用γ射线作为探测手段。其成像过程是：先让人体接受某种放射性药物，这些药物聚集在人体某个脏器中或参与体内某种代谢过程，再对脏器组织中的放射性核素的浓度分布和代谢进行成像，通过脏器内外或脏器内的正常与病变组织之间的放射性浓度差别揭示人体的代谢和功能信息。核医学影像不仅能得到人体脏器的解剖图像，还可得到生理、生化、病理过程及功能图像。核医学成像设备主要包括γ照相机、单光子发射型计算机断层（single photon emission computed tomography，SPECT）和正电子发射型计算机断层（positron emission computed tomography，PET）等设备。
核医学成像的主要优势在于探测生理参数、癌症的早期诊断。缺点是空间分辨率不够，难以精确地确定病灶的解剖位置；另外由于放射性核素缺乏，药物的种类较少、特异性不够，价格偏高，这也造成了核医学成像设备应用的局限性。为了克服核医学设备分辨率不高的缺点，将SPECT、PET与CT结合，解决了不易确定病灶解剖位置的不足，同时使用X-CT对核医学图像进行全能量衰减校正，提高了成像速度。核医学成像借助核素标记，可以在分子水平的微观研究和宏观的整体研究中建立起一座桥梁，被称为分子影像，在基础研究中起着其他成像设备不可代替的重要作用。