Positron Emission Tomography (PET) is a non-invasive technique with provides functional images of metabolic processes occurring in the body. A radiotracer doped with a positron emitter isotope is injected into the patient’s body and is accumulated in the area to be studied. There the positron is annihilated with an electron of the environment and give rise to two back to back gammas. The detection of the two gammas in coincidence allows us to infer the position of the annihilation and, therefore, to reconstruct three-dimensional images showing the metabolic processes happening in the body. In this work, we discuss in depth the potential of the PETALO (Positron Emission TOF Apparatus based on Liquid xenOn) project, which is a new concept in the field of medical imaging aiming to demonstrate that liquid xenon (LXe) together with a SiPM-based readout and fast electronics, provide a significant improvement in PET-TOF technology. Liquid xenon allows for a continuous medium with a high stopping power for 511-keV gammas as well as a uniform response avoiding most of the geometrical distortions of conventional detectors based on scintillating crystals. In addition, SiPMs enable a fast and accurate measurement of the energy with a small noise contribution at the low temperatures required from LXe. Results on the simulations for a full body PET scanner are presented: the energy resolution achieved is 7.85% FWHM and from the reconstructed coordinates, resolutions of 1.5 mm for the r coordinate and 1 mm for both phi and z were obtained for point-like events. The coincidence time resolution (CTR) obtained in our simulated detector is 60 ps for point-like events without including the fluctuations from jitter and the electronics. These results reveal the potential of the PETALO technology and suggest that refinements in the SiPM and ASIC technologies as well as the improvements in point-like events selection could lead to a boost in the current PET technology. The initial phase of the PETALO project is being dedicated to the demonstration of the detector concept using the PETit prototype. It consists of an aluminum box with a unique volume of LXe and two planes of SiPMs that register the scintillation light emitted in xenon by the gammas coming from a Na22 radioactive source and two PTFE pieces in front of each sensor plane to create small xenon volumes coupled to each SiPM. After some months of data taking, PETit has already measured an excellent energy resolution of Rm = 4.2% ± 0.2% FWHM using scintillation light only. This leads to an inferred liquid xenon intrinsic energy resolution compatible with zero with an upper value of 0.4% FWHM (at 95% CL). In the final part of this work, a detailed study of the SiPMs to be used in the neutrinoless double beta decay NEXT-100 detector and their properties was carried out. It was concluded that the sensors and the cables present good performance, great stability, low noise and, hence, they are suitable for NEXT-100.La tomografia per emissió de positrons (PET) és una tècnica no invasiva que proporciona imatges funcionals dels processos metabòlics que ocorren en el cos. Un radiotraçador dopat amb un isòtop emissor de positrons s'injecta en el cos del pacient i s'acumula en l'àrea a estudiar. Allí el positró s'aniquila amb un electró de l'entorn i dona lloc a dues gammes que eixen en direccions oposades. La detecció de les dues gammes en coincidència ens permet inferir la posició de l'anihilació i, per tant, reconstruir imatges tridimensionals o dinàmiques que mostren els processos metabòlics que ocorren en el cos. En aquest treball, discutim en profunditat el potencial del projecte PETALO (Positron Emission TOF Apparatus basat en Liquid xenOn), que consisteix en un nou concepte en el camp de la imatge mèdica que té com a objectiu demostrar que el xenó líquid (LXe) juntament amb una lectura basada en SiPMs i electrònica ràpida, proporciona una millora significativa en la tecnologia PET-TOF. El xenó líquid permet un mitjà continu amb un alt poder de frenat per a gammes de 511 keV, així com una resposta uniforme que evita la majoria de les distorsions geomètriques dels detectors convencionals basats en cristalls centellejadors. A més, els SiPMs permeten un mesurament ràpid i precís de l'energia amb una xicoteta contribució de soroll a les baixes temperatures requerides del LXe. Es presenten els resultats de les simulacions per a un escàner PET de cos complet: la resolució d'energia aconseguida és de 7,85% FWHM i, a partir de les coordenades reconstruïdes, es van obtindre resolucions de 1,5 mm per a la coordenada r i 1 mm per a phi i z per a esdeveniments puntuals. La resolució de temps de coincidència (CTR) obtinguda en el nostre detector simulat és de 60 ps per a esdeveniments puntuals sense incloure les fluctuacions del jitter i l'electrònica. Aquests resultats revelen el potencial de la tecnologia PETALO i suggereixen que els refinaments en les tecnologies SiPM i ASIC, així com les millores en la selecció d'esdeveniments puntuals, podrien conduir a un impuls en la tecnologia PET actual. La fase inicial del projecte PETALO es dedica a la demostració del concepte de detector utilitzant el prototip PETit. Consisteix en una caixa d'alumini amb un volum únic de LXe i dos plans de SiPMs que registren la llum de centelleig emesa en xenó pels gammes provinents d'una font radioactiva de Na22 i dues peces de PTFE davant de cada pla de sensors per a crear xicotets volums de xenó acoblats a cada SiPM. Després d'alguns mesos de presa de dades, PETit ja ha mesurat una excel·lent resolució d'energia de Rm = 4,2% ± 0,2% FWHM usant només llum de centelleig. Això condueix a una resolució d'energia intrínseca de xenó líquid inferida compatible amb zero amb un valor superior de 0,4% FWHM (a 95% CL). En la part final d'aquest treball es va realitzar un estudi detallat dels SiPMs a utilitzar en el detector NEXT-100 de doble decaïment beta sense neutrins i les seues propietats. Es va concloure que els sensors i els cables presenten bon funcionament, gran estabilitat, baix nivell de soroll i, per tant, són aptes per a NEXT-100. // La tomografía por emisión de positrones (PET) es una técnica no invasiva que proporciona imágenes funcionales de los procesos metabólicos que ocurren en el cuerpo. Un radiotrazador dopado con un isótopo emisor de positrones se inyecta en el cuerpo del paciente y se acumula en el área a estudiar. Allí el positrón se aniquila con un electrón del entorno y da lugar a dos gammas que salen en direcciones opuestas. La detección de las dos gammas en coincidencia nos permite inferir la posición de la aniquilación y, por tanto, reconstruir imágenes tridimensionales o dinámicas que muestren los procesos metabólicos que ocurren en el cuerpo. En este trabajo, discutimos en profundidad el potencial del proyecto PETALO (Positron Emission TOF Apparatus basado en Liquid xenOn), que es un nuevo concepto en el campo de la imagen médica que tiene como objetivo demostrar que el xenón líquido (LXe) junto con una lectura basada en SiPMs y electrónica rápida, proporciona una mejora significativa en la tecnología PET-TOF. El xenón líquido permite un medio continuo con un alto poder de frenado para gammas de 511 keV, así como una respuesta uniforme que evita la mayoría de las distorsiones geométricas de los detectores convencionales basados en cristales centelleadores. Además, los SiPMs permiten una medición rápida y precisa de la energía con una pequeña contribución de ruido a las bajas temperaturas requeridas del LXe. Se presentan los resultados de las simulaciones para un escáner PET de cuerpo completo: la resolución de energía alcanzada es de 7,85 % FWHM y, a partir de las coordenadas reconstruidas, se obtuvieron resoluciones de 1,5 mm para la coordenada r y 1 mm para phi y z para eventos puntuales. La resolución de tiempo de coincidencia (CTR) obtenida en nuestro detector simulado es de 60 ps para eventos puntuales sin incluir las fluctuaciones del jitter y la electrónica. Estos resultados revelan el potencial de la tecnología PETALO y sugieren que los refinamientos en las tecnologías SiPM y ASIC, así como las mejoras en la selección de eventos puntuales, podrían conducir a un impulso en la tecnología PET actual. La fase inicial del proyecto PETALO se dedica a la demostración del concepto de detector utilizando el prototipo PETit. Consiste en una caja de aluminio con un volumen único de LXe y dos planos de SiPMs que registran la luz de centelleo emitida en xenón por los gammas provenientes de una fuente radiactiva de Na22 y dos piezas de PTFE delante de cada plano de sensores para crear pequeños volúmenes de xenón acoplados a cada SiPM. Después de algunos meses de toma de datos, PETit ya ha medido una excelente resolución de energía de Rm = 4,2% ± 0,2% FWHM usando solo luz de centelleo. Esto conduce a una resolución de energía intrínseca de xenón líquido inferida compatible con cero con un valor superior de 0,4% FWHM (a 95% CL). En la parte final de este trabajo se realizó un estudio detallado de los SiPMs a utilizar en el detector NEXT-100 de doble decaimiento beta sin neutrinos y sus propiedades. Se concluyó que los sensores y los cables presentan buen funcionamiento, gran estabilidad, bajo nivel de ruido y, por lo tanto, son aptos para NEXT-100.