La misurazione del flusso ematico cerebrale con traccianti diffusibili è basata sull'applicazione del principio di Fick, che esprime la conservazione della massa. In termini differenziali, la quantità Q0(t) di qualsiasi sostanza assunta da un organo per unità di tempo dalla circolazione ematica che lo perfonde è uguale alla differenza tra la quantità Qa(t) di sostanza che viene condotta all'organo dal flusso arterioso e la quantità Qv(t) rimossa dal drenaggio venoso durante lo stesso intervallo di tempo, secondo la seguente formula:dQ 0 (t)/dt = dQ a (t)/dt − dQ v (t)/dt = BF[Ca(t) − Cv(t)]dove Ca e Cv sono rispettivamente le concentrazioni arteriose e venose della sostanza (ipotizzando che il flusso arterioso sia uguale a quello venoso e al flusso ematico o Blood flow-BF, fisicamente descritto in termini di volume assoluto di sangue/min che irrora l'encefalo).Al fine di normalizzare il flusso ematico e fornire un'unità di misura indipendente dalle dimensioni dell'organo (poiché un organo più grande richiede in genere un flusso maggiore) è usanza comune riportare il flusso ematico in termini di unità di massa dell'organo (M), ipotizzando che tutte le sostanze apportate siano uniformemente consumate dall'organo stesso.Pertanto la formula precedente può essere rappresentata come di seguito:d[Q 0 (t)/M]dt = (BF/M) [Ca(t) − Cv(t)]dove la quantità (BF/M) è uguale al volume di flusso normalizzato (ml/100 g/min) che corrisponde al flusso ematico cerebrale o alla perfusione.Assumendo che la densità tissutale sia uguale all'unità, si può sostituire M con il volume V tissutale e sostituire Q 0 /M con la concentrazione tissutale istantanea C 0 (t).E' importante che la concentrazione venosa del tracciante sia proporzionale alla concentrazione tessutale in ogni istante, ipotizzando che il sangue venoso tessutale sia in equilibrio istantaneo o veloce con il tessuto stesso:C 0 (t) = λCv(t)dove λ rappresenta il coefficiente di ripartizione. Da questo si ottiene:dC 0 (t)/dt = − (BF/λM) [C 0 (t) − λCa(t)]Il Flusso ematico cerebrale può essere determinato dalla pendenza della curva concentrazione tessutale/tempo, conoscendo il valore del coefficiente di ripartizione (λ) e la variazione della concentrazione arteriosa del tracciante nel tempo.Si può monitorare la progressiva saturazione tessutale del tracciante (wash-in) o la sua progressiva desaturazione (wash-out) o attendere lo stato di equilibrio (steady-state), specialmente quando gli scambi tra sangue e tessuto sono lenti.Le metodiche di misurazione del CBF con traccianti diffusibili hanno il vantaggio di includere non solo il sangue che transita (senza scambi con il tessuto dell'organo) ma anche quello che diffonde nell'interstizio, poiché il calcolo è derivato dalla concentrazione del tracciante stesso nel tessuto in esame. Tuttavia, è bene ricordare che la diffusione del tracciante nel tessuto non riflette necessariamente gli scambi fisiologici tra sangue e tessuto, eccetto che in alcune specifiche circostanze. Il valore dell'MTT può essere calcolato tramite la deconvoluzione della curva concentrazione/tempo per la funzione di apporto arterioso (Arterial Input Function o AIF). Tuttavia, è necessaria una risoluzione temporale molto elevata, poiché il tempo di transito di un mezzo di contrasto puramente intravascolare è molto elevato (pari a pochi secondi). Senza conoscere l'AIF, il calcolo dell'area sotto la curva concentrazione/tempo è in grado di misurare soltanto l'rCBV (flusso ematico cerebrale relativo). Questo non è ovviamente sinonimo di perfusione ma, in alcune circostanze, è possibile ipotizzare che l'rCBV e l'rCBF si comportino in maniera simile.