양전자단층촬영(PET)은 양전자 방출을 이용하는 핵의학 검사 방법 가운데 하나다. 뇌 질환과 뇌 기능 평가를 위한 수용체 영상이나 대사 영상을 얻을 수 있다.

PET는 붕괴 시 양전자를 방출하는 방사성 동위원소를 이용해 체내 물질대사를 추적한다. 양전자는 음전하를 가지고 있는 전자와 물리적 특성이 유사하지만 정반대인 양전하를 가진 방사선이다. C-11, N-13, O-15, F-18 등 방사성 동위원소에서 방출된다. 생체를 구성하는 주요한 물질이기 때문에 이를 이용해 의약품을 만들 수 있다. 가장 흔히 이용하는 방사성 의약품 F-18-불화디옥시포도당(F-18-FDG)은 포도당 유사 물질이다. 주사하면 몸 안에서 암과 같이 포도당 대사가 항진된 부위에 많이 모인다.

대체로 반감기가 짧기 때문에 투여 직전에 사이클로트론 등을 이용해 제조한다. 일반적으로 방사성 동위원소를 만들려면 원자로 등을 이용해 중성자를 쬐는 방법을 활용하지만 양전자 방출 핵종은 원자핵 양성자 수가 더 많아야 하기 때문에 사이클로트론에서 양성자와 중입자를 쬐어서 생성한다.

인체에 투여된 동위원소는 체내에서 양전자 1개를 방출하며 붕괴한다. 방출된 양전자는 근처에 있는 전자와 쌍소멸하고 전자 정지질량에 해당하는 에너지(511KeV) 광자(감마선) 2개를 생성한다. 이때 2개의 감마선은 운동량 보존법칙에 의해 서로 정반대 방향으로 진행한다.

PET 장비는 인체 주위를 둘러싸도록 배열된 다수의 감마선 검출기와 2개 광자신호 동시성을 판별하는 회로로 구성된다. 검출기 가운데 2개가 동시에 감마선을 감지하면 그 2개의 검출기를 잇는 직선 위에서 쌍소멸이 일어났음을 알 수 있다. 이에 따라서 이 정보를 모아 컴퓨터로 입체 영상을 재구성한다.

최근에는 PET 스캐너와 컴퓨터단층촬영(CT) 스캐너를 하나로 결합한 PET/CT 스캐너가 보급돼 있다. 해부학적 정보 제공과 함께 좀 더 정확한 영상 보정이 가능하다.