缺血性脑卒中是由于脑血流中断或显著减少而引发的一系列代谢和分子生物学改变，最终导致脑功能紊乱和形态改变。局部脑血流量(rCBF)和代谢的改变可通过放射性核素显像进行评估，尤其是SPECT和PET显像。SPECT和PET显像对脑血流和代谢阈值的评估加深了对脑功能和形态学改变的理解：PET在临床上脑卒中的缺血半暗带方面有很重要的应用，对制定治疗策略有很大影响。放射性受体显像可作为神经元不可逆损伤的早期标志物，并能预测梗死灶大小，这对大的("恶性")梗死灶是否进行有创治疗非常重要。在阻塞性动脉硬化疾病中，SPECT和PET显像可测定脑血流供应的储备量，这对制定干预治疗策略很重要；其同时还可检测病灶周围和对侧未受影响的脑组织，有助于了解脑功能网络受损而引起的临床症状。激活研究可以证明病变是否存在替代途径，并监测康复治疗的效果。放射性核素研究有助于发现神经炎性反应及其引发的进一步脑组织损伤。尽管放射性核素显像的临床应用存在一定的局限性，但该技术对脑血管疾病的研究仍具重要的意义，在对脑卒中的处理中有多方面的应用。