编者写在前面：

上个月清华大学戴琼海团队发布了一台 AI 赋能的“超级显微镜”——RUSH3D-HR，在世界范围内首

次实现了亚细胞级分辨率的介观活体成像。几乎同时，上海科技大学生医工学院团队构建了具备“一扫

多筛”能力的 CT 基础模型，为多癌早筛提供了全新路径。医学影像技术正在以前所未有的速度向前推进

——但每一次“看得更清”的突破背后，都藏着一个更根本的追问：我们离“想看哪里就看哪里、想看多

细就看多细”的理想状态，到底还有多远？

医学影像，是现代医学的“眼睛”。从体检时的 B 超、骨折时的 X 光，到肿瘤筛查依赖的 MRI 和 CT，

几乎每一次诊断和治疗决策的背后，都有一双“眼睛”在替医生和患者看清身体内部正在发生什么。

Image：shutterstock

但这双“眼睛”有一个长期无法回避的短板：看得深的，看不清；看得清的，看不深。

光学成像灵敏度极高，甚至能捕捉到单个分子的信号，但光线一旦进入组织就会被剧烈散射，穿透深

度往往止步于毫米量级；MRI 能提供优异的软组织对比、穿透深层组织，代价是灵敏度受限；CT 和 X 

射线分辨率高、穿透力强，却伴随电离辐射暴露。医生和患者每一次选择检查方式，本质上都是在穿透

深度、空间分辨率与灵敏度这三者之间做一次不得已的取舍。

更棘手的是，许多疾病最早期的信号并不是结构上的改变，而是局部温度、细胞受力、组织水合状态

等极其细微的动态波动——而这些恰恰是传统影像手段最难捕捉的部分。传统影像高度依赖解剖对比、

病灶定位与静态形态学信息，而这些动态的、空间异质的生物学过程，恰恰落在其分辨能力之外。

组织散射让光学止步毫米，这群科学家找到了破局钥匙。

有没有一种材料，能同时把光学的高灵敏度、磁共振的深穿透、X 射线的高分辨整合在一起？

也在上个月，南华大学团队从稀土矿渣中成功提取出医用阿尔法核素铅-212，有望打破抗癌核素长期

依赖进口的瓶颈。稀土元素在医学领域的潜力正在被快速释放——而这一次，一群科学家把目光投向

了镧系元素。

这些常被称为“工业维生素”的稀土金属，天生具备窄发射带、长发光寿命、高光稳定性和强顺磁性等

独特物理性质，理论上有可能同时兼顾光学的高灵敏、磁共振的深穿透与 X 射线的高分辨率。

 Image: Hub image

发表于 Frontiers 旗舰期刊 Frontiers in Science 的这篇综述，由新加坡国立大学刘小钢教授团队撰写，

系统梳理了纳米颗粒、小分子螯合剂和蛋白质支架三类“载体”技术，探讨如何”驯服“这些原本具有生

物毒性风险的金属离子，让它们成为下一代医学影像的核心材料。文章同时提出，这项技术的想象空间不

止于“看得更清楚”，还有可能推动诊断与治疗一体化（theranostics） 的实现。点此可免费下载论文pdf👇

原文链接👇

https://www.frontiersin.org/journals/science/articles/10.3389/fsci.2026.1856377/full?utm_source=kexuewang&utm_medium=blog&utm_content=LC &utm_campaign=fscipromochn 

与此同时，该文配套发表的评论文章与政策展望也提出了冷静的另一面：更复杂的探针不等于更好的探针，

而当“看见”越来越依赖算法解读时，材料本身与解读它的 AI 系统，或许需要被当作同一个整体来验证和

监管。

镧系载体正站在从实验室走向临床的关口——它究竟能解决哪些现有技术解决不了的问题？这正是这篇综

述，以及后续讨论想要回答的问题。

"工业维生素"的第二次机会

在这篇发表于 Frontiers in Science 的综述中，刘小钢教授团队提出了一条系统性路径：不改造成像设备，

而是重新设计探针本身。点此可免费下载论文pdf👇

镧系元素——铕、铽、钆等，因其广泛的工业用途被称为"工业维生素"。其价值源于被屏蔽的 4f 轨道所带

来的一组独特物性：窄发射带、长激发态寿命、高光稳定性，部分离子还具备强顺磁性。这些性质天然适合

时间门控成像、多重检测、长时程追踪与磁共振对比。

多模态生物医学成像中镧系化载体的示意概述。Image：本论文。

但游离的镧系离子存在生物安全隐患，性质也难以精细调控。综述系统梳理了三类载体策略——纳米颗粒、

小分子螯合剂与蛋白质支架，它们能够结合、包载或稳定镧系离子，在降低游离金属离子风险的同时，通过

离子选择、基质晶格设计、配位环境调控与表面工程，对其光学与磁学输出进行调谐。

换言之，镧系载体不再只是"信号源"，而是可编程的材料系统。

从"东西在哪里"到"那里正在发生什么"

综述最具启发性的判断之一，是镧系探针正在推动成像从解剖学成像走向功能成像。

因为发光强度、寿命、光谱比值与磁学行为均可响应局部微环境变化，这类探针能够就地读出动态生物学信

息：

上转换纳米颗粒将近红外激发转换为高能发射，克服了传统荧光探针光漂白、闪烁、穿透浅、自发荧光背景

强等固有缺陷，已用于神经元运输分析、力学感知、细胞内温度测量与水合相关传感；

NIR-II 窗口探针以不同发光寿命编码实现多重成像，穿透深度可达厘米级、分辨率优于 10 微米，应用于肿

瘤检测、脑血管热成像与炎症热监测；

镧系闪烁体与长余辉材料凭借高原子序数与 X 射线响应发光，为低剂量、高分辨、无背景干扰的 X 射线与

 CT 成像提供新方案；

生物合成镧系结合蛋白具备基因可编程结构与明确配位位点，可提供更高弛豫率、更强靶向性与更优安全性

的 MRI 方案；

人工智能则同时作用于数据分析与材料设计两端，提升探针的灵敏度、稳健性与发现效率。

更关键的是，这些平台正在超越成像本身。越来越多团队将镧系载体开发为兼具成像与靶向给药的双功能试

剂，为诊疗一体化——特别是肿瘤的诊断与治疗联动，开辟了新的可能。

镧系载体在X射线成像中的应用。Image：本论文。

刘小钢教授指出，镧系载体真正的吸引力在于其跨模态的高分辨、高灵敏对比能力，以及面向不同应用场景

的可调控性与组织安全性。共同作者 Jorge Méndez-Ramos 博士则强调，多输入探针与 AI 图像分析的结合，

正把这一领域推向"更精准、更个性化、更具响应性"的诊断与治疗。

冷静的另一面：更复杂的探针，不等于更好的探针

同期发表的评论文章提出了几点值得整个领域重视的克制性意见。点此可免费下载论文pdf👇

其一，多模态不应为复杂而复杂。 在临床前研究中，把荧光、CT、MRI、治疗、靶向与传感功能全部集成

到单一纳米平台上颇具诱惑力，但每增加一项功能，都会同步加重合成、重现性、毒理学评估与法规审批

的负担。真正有用的镧系载体，应当是每一种模态都提供独特且必要的信息，其组合读出确实比任何单一

模态更清晰地回答了某个生物学或临床问题。

其二，定量可靠性亟待加强。 许多探针在缓冲液或简化模型体系中表现优异，但真实生物环境要复杂得多

——局部pH、黏度、水合状态、离子强度、蛋白吸附与颗粒聚集都可能干扰光学或磁学读出。一个为测温

设计的探针，也可能对水合变化或局部折射率产生响应。因此，原位校准、正交对照、完整误差分析与成像

条件的透明报告，应成为该领域的常规要求。

其三，临床转化仍是核心挑战。 生物分布、清除、长期滞留、批次重现性、免疫相互作用与生产放大，都

是纳米材料成像剂的共性障碍；对镧系载体而言，一旦载体不稳定导致游离金属离子释放，安全性问题尤

为突出。未来工作不应只优化亮度、寿命或分辨率，还必须考察载体完整性、降解路径、排泄行为与长期

生物相容性。

其四，AI 是工具，不是替代物。 基于校准不良或存在偏倚的成像数据训练出的模型，可能产出看似可信、

实则误导的结果。最有价值的 AI 策略，建立在探针行为被充分表征、数据集透明、预测经实验验证的基础

之上。

政策视角：把"探针"和"算法"作为一个整体来监管

来自伦斯勒理工学院与麻省总医院/哈佛医学院的专家在政策展望中提出了一个尖锐的判断：

下一代镧系成像的诊断价值，越来越不在于"更亮的图像"，而在于一个被计算出来的量：寿命编码的温度、

比率化的受力读数、基于弛豫率的浓度估计。这些量必须依赖算法才能提取。

基于鑭系的增强磁共振成像（MRI）药物。Image：本论文。

而当前的监管格局却把这个一体化的测量系统拆成了三条彼此不协调的通道：镧系试剂按药品或药械组合评

估，算法作为软件单独监管（美国 FDA 2025 年已就 AI 医疗器械软件功能发布指南，欧盟则同时受《人工

智能法案》与医疗器械立法约束），而最终得出的"计算型影像生物标志物"又可能走第三条生物标志物认定

路径。

作者援引了一个沉重的先例：钆本身就是镧系元素。钆基造影剂大规模临床应用后，才被发现与肾功能受损

患者的肾源性系统性纤维化相关，随后又在肾功能正常人群中观察到组织滞留，监管限制迟至约十年后才落

地。教训很明确：安全性必须在部署前验证，而不是在市场用脚投票之后才被发现。

据此，政策展望提出三项国际层面的建议：

共同验证"真值"（Co-validate the ground truth）：将 RSNA-QIBA 式的定量影像生物标志物规范扩展至新

一代光学与磁学试剂，把物理参考物质、体模与开放参考数据集、重建基准配套使用，使试剂与解读算法接受

同一套可溯源参考标准的检验；

认定"一对"，而非各自的部分（Qualify the pair, not the parts）：建立协调的审评路径，将试剂与其解读

算法作为一份关联申报共同评估；长期生物分布、滞留与清除研究应在研发早期启动，全生命周期监测不仅

要追踪试剂在体内的归宿，也要追踪算法漂移；

建设与人体相关、且被国际认可的验证平台：类器官与器官芯片等新方法学（NAMs）可在首次人体研究前

支持试剂与读出的联合验证，但应作为整体动物研究的补充而非替代；验证方案宜通过 OECD 与 ICH 等机制

推进国际互认。

作者同时提醒了一个容易被忽略的维度：镧系元素是地缘政治高度集中的关键原材料，其开采伴随显著环境

代价，因此负责任采购与供应链韧性应被纳入同一治理议程。

科学跑在前面，治理需要跟上

多数镧系载体仍处于概念验证阶段。第一作者 Yuxia Liu 博士坦言，安全性、可放大生产与法规审批依然是横

亘在前的现实障碍；但探针设计、机制理解与实时图像分析的进展，正让"真正为患者量身定制的成像与诊疗"

越来越近。

正如评论作者所总结的：这个领域现在需要回答的，已经不是"镧系探针能否用于生物成像"，而是它们比现有

技术能更好地回答哪些生物学问题？能切实解决哪些临床难题？需要什么样的验证标准，才能让它们的信号值

得信赖？

而政策一侧的任务同样清晰：把信号和对信号的解读，放在一起治理。点此可免费下载论文pdf👇

关于 Frontiers in Science

Frontiers in Science 是 Frontiers 全力打造的一本旗舰期刊，于 2023 年 2 月 28 日正式发布。期刊以

邀请制的方式发表经同行评审的、具有杰出影响力学者的最新变革性研究，已汇聚全球 90 多个国家的科研力

量。期刊致力于推动跨学科、具有政策影响力的前沿科学研究以实现“健康星球上的愉悦生活”目标 ，目前

已发表的文章累计阅读超 530 万次。

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