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临床术中病理诊断
正面临一模一样的困境
肿瘤是立体三维生长的复杂病灶
而病理医生长期以来
只能依靠薄薄的二维切片研判病情
尤其对于弥散性浸润的胶质瘤
肿瘤细胞沿组织间隙
立体蔓延、分布隐匿
单一平面切片
极易遗漏关键病变区域
直接影响肿瘤分级判定
与手术边界精准界定
成为外科手术的核心痛点
北京时间8月3日晚，复旦大学生物医学研究院施立雪团队联合物理学系季敏标团队，在国际学术期刊《细胞》（Cell）发表研究论文“Ultrarapid deep 3D histology enables intraoperative mapping of glioma infiltration”，推出全新超快速三维病理技术平台ULTRA (Ultrarapid cleared stimulated Raman with AI)。
复旦上医团队在Cell发表超快速三维病理平台ULTRA
该技术依托无标记受激拉曼散射（SRS）成像原理，创新性融合快速组织透明化技术与无监督学习图像生成算法，解决了三维病理成像周期漫长的核心技术难题，可在30分钟内，产出媲美石蜡病理金标准级别的毫米级三维病理图像，实现胶质瘤术中三维病理特征解析与肿瘤浸润边界精准测绘，为神经外科精准手术提供全新技术支撑。
时效与维度双重受限
传统病理诊断面临瓶颈
传统临床病理诊断，本质是标准化的二维薄片观测。临床术中冰冻病理流程中，医护人员需将手术切除的组织，制作成微米级薄切片，且仅能选取少量平面进行显微观察。由于胶质瘤空间异质性强、浸润生长无固定规律，二维切片只能呈现局部组织形态，无法展现肿瘤立体分布特征，常常出现“局部正常、深层癌变”的漏诊情况，难以全面反映病灶真实状态。
对于外科手术而言，术中30分钟病理诊断窗口是临床刚需。医生需要依托术中快速病理结果，实时判断病灶性质、界定肿瘤浸润边界，即时调整手术切除范围与手术方案，最大程度实现肿瘤完整切除、保留正常神经功能。这一严格的时效要求，往往让传统术中病理不得不牺牲观测维度与切片数量，进一步放大了漏诊风险。
近年来，全球学界已证实三维病理可捕捉二维切片无法获取的组织空间结构信息，从而提升肿瘤诊断精准度。但现有三维病理技术流程繁琐、耗时长，完整检测周期长达数小时甚至数天，无法适配术中即时诊断的临床需求，长期停滞于实验室研究阶段，难以落地手术临床场景。
从数天压缩至30分钟！
无标记成像+AI数字染色
攻克三维病理时效难题
传统三维病理技术主要遵循组织透明化、化学染色、三维成像的技术路线，其中化学染色、多通道图像采集是最耗时的核心环节，也是难以突破术中时效的关键瓶颈。
研究团队另辟蹊径，重新设计了术中三维病理技术流程，摒弃传统耗时技术，利用自主开发的快速组织透明化技术，实现毫米级组织在几分钟内完全透明；随后利用无需组织染色的受激拉曼散射（SRS）显微镜，直接获取组织三维信息，通过激光识别组织内脂质、蛋白等分子的特征振动信号，精准区分正常组织与肿瘤组织，规避传统染色技术对组织的损伤与耗时弊端；再结合人工智能算法，将原始光学信号转化为病理医生熟悉的标准病理图像，兼顾成像效率与临床可读性。
ULTRA三维病理流程
ULTRA平台实现两大颠覆性技术突破，分别解决了传统三维病理“成像慢、难落地”和“图像临床难用”两大核心难题，实现三维病理技术的临床术中适配。
突破一 极速组织透明化攻克三维成像速度壁垒
生物组织因内部光线不均一散射呈不透明状态，厚层组织无法直接光学成像，组织透明化是三维病理成像的前置关键步骤。传统透明化技术步骤繁杂、耗时久，且所用试剂会对拉曼成像产生严重背景干扰。
团队创新研发ULTRA-clearing快速透明化技术，通过温度调控联合特异性去除细胞膜胆固醇的方式，打乱细胞膜有序结构、提升组织通透性，让透明化试剂快速渗透组织内部。该技术可在5-10分钟内完成1毫米厚脑组织的透明处理，同时精准保留拉曼成像所需的脂质、蛋白核心信号，无背景干扰，为术中三维成像筑牢速度与精度双重基础。
ULTRA两项核心创新：快速透明化与人工智能数字染色
突破二 AI数字染色重构实现三维图像临床标准化可读
传统拉曼成像需采集双通道数据，耗时较长，且深层成像易出现信号衰减、画质不均，无法直接用于临床诊断。团队自研ULTRA-staining人工智能数字染色系统，摆脱传统化学染色依赖：首先通过基于泊松噪声特征的自监督扩散模型，修复组织不同深度的衰减信号，保障整体三维图像质量均匀稳定；再依托单一脂质通道原始数据，智能预测补充蛋白信息，自动生成病理临床通用的H&E标准病理图像（临床病理诊断金标准染色样式）。
该技术无需额外图像采集、无需化学染色，仅靠单通道数据即可快速输出标准化、高精准三维病理图像，让无标记光学成像结果适配临床诊断习惯，实现了新型成像技术“看得清、看得懂、用得上”的关键突破。
为胶质瘤手术装上“三维透视眼”
破解边界判断难题
胶质瘤呈浸润性、立体式生长，无清晰包膜边界，是神经外科手术难度最高的肿瘤类型之一。目前临床手术主要依托术前MRI影像联合术中导航系统划定切除范围，但这套传统诊疗体系存在两大固有短板，易导致肿瘤残留或正常组织损伤。
一是MRI影像存在识别盲区，难以区分水肿与肿瘤浸润组织。术前MRI仅能通过影像灰度差异判断组织形态，无法精准甄别手术区域水肿带内是否潜藏微小肿瘤病灶。临床验证中，2例MRI判定为“单纯水肿区”的样本，经ULTRA三维检测后，成功捕捉到隐匿在组织深层、常规二维切片无法发现的微小胶质瘤病灶，而这类隐匿病灶是术后肿瘤复发的重要诱因。
二是术中导航存在位移，精准度随手术进程下降。手术过程中，脑组织切除、颅内压变化会导致脑组织移位，让术前规划的导航坐标逐渐偏离真实解剖位置。临床测试发现，部分术中导航显示不是肿瘤的区域，经由ULTRA三维病理扫描检测，依然能够精准发现残留肿瘤细胞。
相较传统二维病理的平面判断，ULTRA技术可完整呈现胶质瘤疏密不均、随深度动态变化的立体浸润边界，还原病灶真实空间分布形态。这一技术突破有效弥补了影像导航与传统病理的双重短板，为术中实时界定肿瘤切除边界、实现肿瘤超全切除、最大程度保留正常神经功能，提供客观依据。
ULTRA研究团队及合作单位成员，右二为施立雪，左三为季敏标
本研究由复旦大学生物医学研究院、徐汇区中心医院双聘教授施立雪，物理学系、中山医院双聘教授季敏标团队合作完成。博士后刘至杰、博士生李盈盈及华山医院助理研究员陈灵朝为论文共同第一作者。研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市教育委员会基金、北京医学奖励基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程、复旦大学—曹娥江基础研究计划等项目经费支持。
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