외부에서 에너지를 공급하여 인체 조직의 물리적 특성을 이용하여 인체의 해부구조를 확인하고 질병을 진단하는 분야가 영상의학이다. 핵의학은 방사선검출기를 이용하여 조직 내에 분포된 방사성동위원소의 지도를 참조하여 질병을 진단하는 분야이며 영상의학의 한 부분이다.
조직과 해부구조에 관한 정보를 얻기 위한 외부 에너지로는 엑스선과 고주파, 초음파가 이용된다.
엑스선에 의한 영상은 촬영과 투시검사, CT에 의한 것들이며, 고주파에 의한 영상은 균일한 자기장 속에서 양성자의 고주파 흡수와 방출과 관련된 MRI이며, 초음파에 의한 영상은 소리저항이 다른 조직의 경계에서 반사된 메아리 분포의 영상과 흐르는 피에 포함된 혈구에 의해 반사된 음파의 도플러 영상이다. 핵의학 영상은 질병에 적절한 방사성동위원소의 분포를 검출하여 얻어진 평면영상이나 SPECT, PET 영상이다.
엑스선에 의한 영상은 물질의 선감쇠계수(linear attenuation coefficient)의 차이를 기록한 것이다. 선감쇠계수는 엑스선의 에너지와 물질을 이루는 원자의 원자번호, 물질의 밀도에 좌우된다. 엑스선 영상을 얻기 위해서는 (1) 엑스선 촬영에 가장 크게 기여하는 콤프턴 산란에 의한 산란선 제거와 (2) 인체를 투과한 엑스선 분포를 기록할 수상기가 중요하다.
MRI는 분자에 포함된 양성자(수소 원자핵)의 스핀격자이완시간(T1)과 스핀스핀이완시간(T2), 양성자 밀도를 기록한 영상으로서 인위적인 반복시간(TR)과 에코시간(TE), 반전시간(TI)의 조합에 따라 다양한 특성의 영상이 만들어진다. 신호가 발생하는 위치를 결정하기 위해 비탈자기장을 이용한다.
초음파영상을 얻기 위하여 초음파를 발생하고 반사된 메아리를 수신하기 위해 압전소자 배열로 구성된 변환기가 이용된다. 압전소자는 한 방향으로 정렬된 영구 전기쌍극자 집단인 압전물질(piezoelectric material)로 구성된다. 인접한 조직의 소리저항 차이에 좌우되는 반사율이 초음파 영상으로 기록된다.
핵의학에서는 영상을 얻기에 적절한 방사성동위원소의 선택과, 방사선이 발생된 위치를 결정하기 위한 방법, 동위원소에서 나오는 방사선의 검출효율이 중요하다.