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1．脑葡萄糖代谢显像
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反映大脑皮质各叶、丘脑、小脑以及基底神经节等脑组织和神经核团的葡萄糖代谢状况，是最多用的方法，主要定量指标为全脑和局部葡萄糖代谢率（CMRglc和rCMRglc)。
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2．脑蛋白质代谢显像
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主要用于脑肿瘤氨基酸代谢及增殖率测定。
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3．脑血流和血容量显像
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虽然显像技术复杂，但它不仅能得到影像，更重要的是获得精确定量参数，包括整体和局部脑血流量（CBF和rCBF）以及脑血容量（CBV和rCBV)。50半衰期仅2min, 允许短时间内多次测定，尤其适合脑功能研究。
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4．脑氧代谢显像
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多采用15O2稳定状态持续吸入法，反映脑组织氧利用情况。主要定量指标有整体和局部脑氧代谢率（CMRO2）以及氧提取分数（OEF)。
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5．神经递质显像
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利用18F等核素标记神经递质（如多巴胺的前体多巴），参与递质合成并显示其功能和代谢。
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6．神经受体显像
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反映脑内神经受体分布、数量（密度）、亲和力（功能）以及对药物的反应，是近年PET显像的研究重点。
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7．突触前膜转运蛋白显像
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主要利用11C、18F制备的标记化合物对中枢多巴胺转运蛋白（DAT）进行显像和定量测定，提供DAT功能活动。此外，5-羟色胺转运蛋白（5-HTT）显像及去甲肾上腺素转运蛋白（NET）显像也都在研究中。
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二、PET与脑科学研究
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1．脑发育、成熟和老化
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早在20世纪80年代，PET显像就被用于脑发育研究。新生儿期，脑葡萄糖代谢占优势的部位是初级感觉运动皮质、丘脑、脑干和小脑蚓部，提示此阶段脑功能主要用于支配完成初级固有的反射活动。至出生后12周，尽管额叶仍处于低代谢，但基底节和颞、顶叶皮质代谢明显增高。至1岁，包括额叶在内的脑葡萄糖代谢已接近成人，而额叶认知功能在9个月左右已经具备。11C-MET显像表明，为满足4～5岁儿童脑发育过程中蛋白质合成的需求，中性氨基酸由血液入脑的转运能力明显增加，超过成人5倍多，以后随年龄增长而下降。成熟期，局部脑血流、氧代谢和葡萄糖代谢在静息状态下相对恒定，但视觉皮质的血流量、血容量和氧代谢明显高于其他皮质，感觉运动皮质的氧提取率相对较低。脑代谢与血流灌注相互匹配，当代谢增加时，局部血管阻力降低，使得血流增加直至建立新的平衡。PET显像对脑老化研究发现，正常人脑皮质尤其是额叶以及尾状核、豆状核的葡萄糖代谢随年龄增长呈下降趋势，78岁老人较18岁年轻人的CMRglc平均减少26％。脑血流、氧代谢及纹状体多巴胺D1、D2受体密度也随脑老化降低。老年人多巴胺转运蛋白减少约25％～37％。PET取得的这些成果为认识正常脑发育、脑成熟和脑老化过程以及相关疾病的诊治提供了很有价值的资料。
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2．脑功能活动及其定位
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人脑具有十分复杂的功能活动，诸如感觉、运动、记忆、思维、语言、认知等。对高级脑功能的研究和开发是近代脑研究的重要方向和内容。脑葡萄糖代谢、脑血流及氧利用均被用于脑功能研究，基本方法是将刺激状态与静息状态比较以观察其变化。刺激方式有多种，包括视觉刺激、听觉刺激、肢体运动及联合刺激。PET显像可以对多种脑功能活动进行定位，评价不同作业时脑代谢改变程度，观察不同刺激作用下各脑区的相互协同，判断神经功能缺失与脑皮质损伤的关系。研究表明，视觉刺激使得枕叶代谢增加，简单图像只激活枕叶内侧初级视觉皮质（PVC)，复杂图像则激活包括辅助视觉皮质（AVC）在内的整个枕叶。单耳听觉刺激使得对侧上颞叶代谢增高20％～25％，语言和音乐同时刺激则双侧颞叶和额叶代谢增高，记忆作业时海马活性增加。单侧手指运动使对侧中央前回和辅助运动皮质代谢增高约19％。近年采用H2O2脑血流显像发现，执行高指令语言认知作业（如同义词合成和词语复述）时左侧下额叶被激活，右小脑活性也增力。
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3．神经递质、受体和转运蛋白
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从分子水平看，神经元之间的突触联系是通过神经递质和神经受体相互作用实现的，此外，单胺类递质还有相应的选择性重摄取转运蛋白（transporter）将大部分失活的神经递质运回突触前膜进行再利用或进一步分解。近20年来，随着显像剂开发研制，已经能够利用PET技术分别进行神经递质、转运蛋白特别是神经受体的活体显像。多巴胺系统是PET研究较为深入的部分，涉及数十种放射性示踪剂。根据18F-FDOPA转换成18F-fluorodopamine的速率，可以反映多巴胺合成情况以及氨基酸脱羧酶（AADC）的活性，已发现AADC在尾状核和壳核活性最高。PET显像发现，D1、D2受体均以纹状体分布浓度最高，脑皮质D1受体多于D2受体。利用二室或三室模型及几项动力学参数，可以描述PET配体与多巴胺受体结合的数量、结合能力、解离能力及其他内源性神经递质竞争情况，故是一种定量显像，并已用于脑老化、情感变化、Parkinson病（PD)、Huntington病、精神病、成瘾性疾病、受体拮抗剂和激动剂以及神经精神药物等研究。11C-nomifensine最早用于DAT显像，以后又有11C-cocaine、11C-methylphenidate、18F-FPCIT等。由于DAT定位于突触前膜，所以PETDAT显像可作为表达多巴胺能神经元功能的指标，其灵敏度高于FDOPA, 已成功地用于脑老化和PD研究。脑内单胺氧化酶（MAO）的作用是将DA氧化为相应的醛。PET显像也被用于MAO研究，包括其局部分布、合成率及抑制作用。11C-deprenyl是最多用的显像剂，给药后分布与MAOB分布相平行，此方法可以评价MAO被抑制的药理学效应。其他如多巴胺能神经元的反应性、局部葡萄糖代谢和局部血流与多巴胺系统的关系等也可采用PET研究。除多巴胺系统外，PET显像对于脑内5-羟色胺（5-HT）受体、乙酰胆碱受体、阿片受体、γ-氨基丁酸受体、β-肾上腺素受体以及腺苷受体等均有应用，特别是新型显像剂的合成展示了良好的前景。
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三、PET与脑部疾病
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1．脑肿瘤
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放射治疗和动脉内化疗是治疗原发性恶性脑肿瘤的基本方法。治疗后会造成局部组织坏死，但也可能仍有肿瘤细胞残存并成为日后复发的隐患。CT、MR对此判断比较困难，FDG在肿瘤部位则呈现异常放射性浓聚，经测量有增高的葡萄糖代谢。因此，PET是鉴别组织坏死与肿瘤残存或复发的有效方法。PET还可以评价脑肿瘤的恶性程度，将肿瘤灶放射性与脑白质（T/WM）和脑皮质（T/C）比较，当T/WM＞1.5和T/C＞0.6，提示高等级（high grade）肿瘤，否则为低等级（low grade）肿瘤。脑肿瘤对FDG的摄取与患者预后密切相关，代谢明显增高者平均存活期仅7个月，低代谢者为33个月。当18F-FDG与11CMET联合显像时，可使肿瘤分级和预后估价更为准确。
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2．癫痫
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