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核医学成像过程中使用的放射性核素均为人工制造，也被称为放射性药物。放射性药物不仅与成像质量有关，同时也关乎患者的健康。理想的放射性药物应该具有低辐射剂量、安全、方便、价格合理的特点，在人体内病灶的位置上吸附比例大于正常组织。加速器、核反应堆及核素产生器是生产放射性核素的三种常用方法。
回旋加速器是最常用的医用加速器。通常用激发电离气体的方式形成离子源，离子偏压电压吸引进入加速器内部的真空腔，运动中的带电离子受到磁场的磁力作用开始旋转；同时在加速腔上外加交变电场，其频率与带电离子在磁场中回转频率相同，带电离子受电场加速而获取能量；导出带电离子形成高能离子束，经导引撞击靶内物质，产生放射性核素。PET成像所使用的 18 F、 11 C、 13 N和 15 O等放射性核素，都可以利用回旋加速器制备。由于利用了多次加速的原理，加速系统中的电位差远小于一次加速时得到相同能量所需要的电位差。
核反应堆可以用于生产医用放射性核素，其主要原理是将稳定核素的材料放置在核反应堆的堆芯附近，根据半衰期大小设定照射时间，到时取出照射后的材料，用化学分离的方法分出相关核素。这一方法主要用于生产半衰期比较长的放射性核素。
放射性核素产生器是一种从半衰期较长的母体核素中，分离出半衰期较短的、适合临床应用的子体核素的装置。母体核素由核反应堆或加速器生产出，随后注入一个装有吸附剂的层析柱，并被牢固地吸附在层析柱的吸附剂上。母体核素不断衰变为子体核素，选用适当的洗脱剂淋洗层析柱，可将子体核素洗脱下来供核医学应用。子体核素洗脱后，未衰变的母体核素仍然在层析柱中继续衰变，不断产生子体核素，隔一定时间又能重新淋洗获得所需的子体核素。