实体瘤内存在大量对射线和某些化疗药物有抗性的乏氧细胞，通常为肿瘤复发、再生长的根源。已有研究表明，直径>1cm的肿瘤会出现乏氧。乏氧细胞的特性是处于低氧状态，氧浓度低是为了维持乏氧细胞的克隆源性，因其氧张力低而放疗时受到保护，从而为肿瘤提供继续生长的可能。电离辐射过程中氧的存在与自由基(R)作用，产生有机过氧化物自由基RO。没有氧存在，则有机氧化物自由基就不能产生。因此放疗依赖一定的氧浓度。
如用足够剂量单次照射肿瘤，肿瘤内大多数对放疗敏感的氧合细胞将被杀死，剩余的活细胞是乏氧的。因此，照射后即刻的乏氧分数接近100％，然后逐渐下降并接近初始值，这种显像称为再氧合。再氧合对临床放疗具有重要意义。测定肿瘤乏氧状态，是个体化治疗的依据。研究表明，肿瘤乏氧组织的存在严重影响放化疗效果，乏氧细胞的等效致死量是富氧细胞的3倍，相同的放疗剂量，含乏氧细胞多的肿瘤的放疗效果就会比含乏氧细胞少的肿瘤效果差，可能的原因有：
一、肿瘤乏氧时，肿瘤内的血管内皮生长因子表达增多，促使肿瘤血管增生，乏氧期间的s期细胞再氧合，引起DNA复制，放射抗拒基因的表达增多而使肿瘤对放射治疗的抗拒性增加
二、乏氧通过降低细胞凋亡潜在作用而引起对放射治疗的抗拒。
因乏氧细胞对放疗抗拒，所以乏氧显像观察放疗过程中乏氧的变化，可了解利用乏氧显像测定肿瘤再氧合的可能性。KinuyaI5等报道了用氟硝基咪唑(FMISO)PET动态检测人体肺癌放疗前后乏氧状态，发现平均乏氧比率放疗前为58％，治疗中降为29％，治疗后则为22％，放疗前8例患者中有例显示明显的乏氧区，放疗后随访的3例肿瘤乏氧区消失。这说明利用乏氧显像测定肿瘤组织再氧合的可能性。
