В организм человека вводится радиофармпрепарат (РФП) – химическое вещество, соединенное с небольшим количеством радиоактивного изотопа излучающего позитроны (β+). В тканях организма РФП накапливаются в определенных клетках (например опухолевых) или связываются с определенными ферментами, белками, рецепторами. В процессе бета-распада радионуклида входящего в состав РФП образующиеся позитроны, проходят очень короткий путь в тканях (0,2-2мм), теряют свою кинетическую энергию и аннигилируют, взаимодействуя с электронами. В результате данного процесса образуются два гамма-кванта с одинаковой энергией (511кэВ), разлетающиеся по одной прямой в противоположном направлении.
Детекторы ПЭТ- сканера, расположенные на одной линии с противоположных сторон кольца гентри регистрируют гамма-кванты очень близкие по энергии и времени возникновения события. Именно это одномоментное противоположно направленное излучение гамма-пары обеспечивает особые томографические свойства позитронной визуализации и возможности количественной оценки накопления РФП (SUV).
После обработки сигналов с детекторов и программной реконструкции данных получают трёхмерную картину распределения РФП в организме.
Физическое отсутствие коллиматоров в аппаратах ПЭТ по сравнению с ОФЭКТ системами, позволяет получать изображения более высокого разрешения.