创伤性脑损伤（TBI）是全球重要的健康负担，导致全球范围内大量的死亡和长期残疾[1],[2]。TBI的病理生理过程并非单一事件，而是一个动态且多方面的过程，通常可以分为原发性和继发性损伤阶段。原发性损伤由直接的机械力（如加速度、减速或撞击）引起，导致神经组织、血管和轴突的剪切和压缩。这种初始损伤会引发一系列复杂的继发性损伤，其特征包括兴奋毒性、广泛的神经炎症、氧化应激和程序性细胞死亡[3],[4],[5]。分子与细胞之间的这种复杂相互作用可能在数小时到数天内不断发展，最终决定患者的神经元损失程度和临床结果[6],[7]。因此，TBI的表现和进展具有异质性，这受到损伤机制、位置和个人差异的影响，使得标准化诊断和治疗变得具有挑战性。
TBI的准确诊断和管理在很大程度上依赖于神经影像技术，这些技术旨在可视化损伤的结构和功能后果[8],[9],[10]。目前，计算机断层扫描（CT）由于其广泛的可用性、快速的扫描时间以及对需要神经外科干预的危及生命的状况（如颅骨骨折和血肿病变）的高敏感性，仍然是急性期的首选成像方式[11]。然而，CT的应用受到其软组织对比度不足以及对非出血性弥漫性病变不敏感的限制，而这些病变是导致长期认知和功能缺陷的主要原因[12],[13]。
磁共振成像（MRI）在软组织分辨率方面取得了显著进展[14],[15]。传统的MRI序列（如T1加权、T2加权和FLAIR）可以识别挫伤、水肿和某些白质异常[16],[17],[18]。然而，它们往往无法检测到微出血和轴突损伤的完整范围，而这些只能通过特殊的序列（如磁化率加权成像（SWI）或扩散张量成像（DTI）来可靠地显示[19],[20],[21]。此外，尽管正电子发射断层扫描（PET）等先进技术可以识别代谢和神经炎症过程，但它们涉及电离辐射，空间分辨率有限，不适用于常规监测[22],[23]。这些限制共同导致了潜在病理与报告症状之间的差距，从而复杂化了临床诊断和管理。如果没有可靠的方法来可视化微观结构和分子损伤的完整谱系，诊断的准确性就会降低，进而影响预后的准确性。这不仅延迟了最佳治疗的及时实施，也阻碍了对治疗反应的有效监测。
纳米技术与医学的结合推动了生物医学成像领域的范式转变，为长期存在的诊断局限提供了创新解决方案。纳米材料因其纳米级尺寸（通常在1到100纳米之间）而具有独特的物理化学性质，这些性质与其大块材料或小分子不同。这些特性，如高表面积与体积比、可调的核心组成和可修饰的表面化学性质，使它们成为开发先进成像对比剂的有希望的多功能平台[24],[25]。它们的结构设计允许精确控制其光学、磁性和电子性质，从而生产出亮度、松弛率或稳定性显著提高的对比剂。更重要的是，其表面可以功能化，通过聚合物（如聚乙二醇（PEG）实现隐身效果，并结合多种靶向配体（如肽、抗体、适配体）来控制其药代动力学、生物分布和对生物靶点的特异性。这种工程设计使得“智能”或“可激活”的纳米探针在正常组织中保持沉默，但在遇到特定病理触发因素（如上调的酶或异常的pH值）时在疾病微环境中产生成像信号[26],[27],[28],[29]。
将这些先进的纳米基成像剂应用于TBI成像有潜力弥补当前的诊断缺口[30]。它们的尺寸和表面性质使它们能够通过增强的渗透性和滞留效应（EPR效应）在TBI病变区域被动积累，类似于在肿瘤中观察到的现象[31],[32]。这导致在损伤部位积累更多并保持更长时间，从而在病理最严重的地方增强成像对比度[33]。更重要的是，通过结合靶向神经元死亡、胶质细胞激活或炎症生物标志物的配体，这些纳米探针可以主动积累在与继发性损伤级联相关的特定细胞和分子事件区域[34],[35],[36]。这种主动靶向将成像从单纯的解剖过程转变为功能性和分子水平的检查，允许在病理过程导致宏观组织损伤之前就检测到它们。此外，纳米材料的多功能性使得可以构建多模式纳米探针，例如一种可以通过荧光成像和MRI同时检测的纳米粒子，从而实现高灵敏度分子数据与高分辨率解剖信息之间的交叉验证和相关性[37],[38],[39]。这种靶向、多参数评估的能力不仅能够清晰地揭示微损伤，还能将TBI分类为不同的分子亚型，为神经创伤的个性化治疗铺平道路。
本文概述了纳米材料作为先进成像对比剂在TBI诊断中的快速进展领域（图1）。它将系统地探讨纳米技术在两种关键成像模式——荧光成像和MRI中的应用。对于荧光成像，讨论重点在于纳米材料如何实现高灵敏度的分子分析、客观评估损伤严重程度以及为手术和医疗干预提供实时指导。关于MRI，本文强调了纳米材料在提高对比度灵敏度以检测微小病变和实现多参数成像以全面理解损伤病理生理机制方面的作用。最后，本文讨论了与临床转化相关的现有挑战，并展望了前沿技术的未来发展方向。
