综述：可持续纳米技术与人工智能赋能影像引导治疗推动精准医疗

这篇综述系统阐述了纳米技术（NPs）与人工智能（AI）在影像引导治疗中的协同创新。文章聚焦多功能纳米材料（如IONPs、AuNPs、量子点）作为多模态成像对比剂的优势，强调绿色纳米技术通过生物相容性合成降低毒性，同时探讨AI在图像分析（如UNet、GAN模型）、个性化治疗及环境可持续性中的突破性应用，为精准医疗（theranostics）提供跨学科解决方案。

　　

摘要

纳米技术通过开发功能性材料显著推进了生物医学工程中的成像和治疗技术。纳米颗粒（NPs）凭借高表面积体积比和靶向配体功能化，成为多模态成像的理想对比剂，同时兼具诊疗一体化（theranostics）潜力。然而高剂量需求引发的毒性问题促使绿色纳米技术兴起——利用植物提取物或可降解聚合物开发环境友好型纳米材料。与此同时，人工智能（AI）正超越简单的图像解析自动化，优化从采集到管理的全流程，预示着智能系统在医疗中的核心地位。

成像模式与纳米颗粒在影像引导治疗中的应用

金属纳米颗粒

• 氧化铁纳米颗粒（IONPs）：超顺磁性Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃可用于肝脏、脾脏等组织的MRI成像，AgIONPs还能通过光热疗法实现血栓溶解。
• 金纳米颗粒（AuNPs）：如RGD标记的HB-AuNPs能特异性靶向EGFR/ErbB2过表达肿瘤，8小时内完成富集，48小时代谢清除，适用于CT/光声双模态成像。

半导体纳米晶体

• 碳基材料：石墨烯量子点（GQDs）具有优异荧光淬灭能力，而氧化碳纳米管（O-CNT-PEG）在近红外（NIR）光下能显著抑制黑色素瘤生长。
• 硅基纳米颗粒：中空介孔硅包覆的IONPs（HMS-Fe₃O₄@PD）兼具T₂加权MRI对比和光热转换功能，光热转化效率达35.4%。

有机纳米颗粒

• 树枝状聚合物：如G5 PAMAM包裹的AuDENPs可实现T细胞追踪，其2.5 μM浓度下X射线衰减系数优异。
• 聚合物系统：聚多巴胺（PDA）涂层的Fe₃O₄与全氟己烷（PFH）组合能通过超声/荧光引导协同治疗。

绿色纳米技术在成像与治疗中的革新

植物提取物合成的纳米颗粒展现出独特优势：

• 甘露糖修饰金纳米颗粒（M-GNPs）：通过甘露糖受体靶向抗原呈递细胞，CT值达303.2 HU。
• 磁小体：磁细菌生产的RGD标记磁小体在U87胶质瘤模型中显示24小时内特异性富集，MRI对比度提升3倍。
• 人血清白蛋白-吲哚菁绿（HSA-ICG）：肿瘤/正常组织摄取比达36.12，实现完全抑瘤且无复发。

人工智能在医学影像与个性化健康中的角色

算法突破

• 图像分割：O-Net结合CNN与Transformer全局信息，较UNet提升小器官分割精度；3D U-Net对sHCC的纳米增强CT图像分割误差<5%。
• 生成模型：ResViT生成对抗网络（GAN）可合成缺失的MRI序列，FLAIR图像PSNR值提高22%。

纳米-AI协同

• 动态治疗：K-means++算法量化超顺磁氧化铁（SPIO）标记的胰岛移植铁含量（R²>0.98），指导精准细胞治疗。
• 心血管诊断：靶向SR-AI的USPIO结合深度学习，使动脉粥样斑块检出灵敏度达89%。

未来挑战与展望

尽管绿色纳米材料降低了生态风险，但规模化生产仍受限于植物原料季节性；而AI模型需解决标注数据稀缺（如仅20%医学影像含病灶注释）和"黑箱"决策问题。跨学科融合将推动下一代可降解纳米探针与可解释AI的发展，最终实现环境友好型精准医疗。