Cell重磅！3D术中病理突破30分钟大关，受激拉曼SRS成像助力精准神经外科新时代

当神经外科医生在显微镜下凝视那片灰白交织的脑组织时，一个困扰学界百年的难题始终悬而未决：肿瘤的浸润边界究竟在哪里？传统2D冰冻切片如同“盲人摸象”，耗时长且只能提供二维信息，导致术中决策在“过度切除”与“残留复发”之间艰难摇摆。

近日复旦大学季敏标教授与施立雪研究员团队在《Cell》发表题为 《Ultrarapid deep 3D histology enables intraoperative mapping of glioma infiltration》的重磅研究。他们推出了一种名为ULTRA=Ultrarapid cleared stimulated Raman with AI（超快速透明化受激拉曼+AI平台）的超快速三维病理技术平台，首次将三维病理的获取时间压缩至约30分钟，使三维病理具备了术中应用的可行性。

作为受激拉曼散射（SRS）显微成像技术的领军企业，振电科技对这一突破性进展感到无比振奋。ULTRA平台的核心成像模块，正是基于SRS显微成像技术。这项研究不仅代表了病理诊断领域的重要范式跃迁，也再次印证了SRS技术在生物医学成像中的巨大潜力。

痛点：为何术中3D病理如此艰难？

胶质瘤具有高度异质性和弥漫浸润性，其边界在肉眼甚至常规影像下往往模糊不清。传统的术中诊断依赖2D冰冻切片，存在三大固有局限：

• 维度缺失：二维切片无法还原肿瘤在三维空间中的真实浸润形态，极易遗漏关键病灶；

• 耗时过长：从取样、冷冻、切片到染色阅片，全流程通常需30-45分钟，远超术中可等待窗口；

• 标记依赖：荧光标记虽可实现三维成像，但外源染料引入额外步骤、干扰组织原生状态，且难以兼容新鲜未固定样本。

临床亟需一种无标记、免切片、快速且高分辨的3D术中病理技术。而这一需求的核心解法，正是受激拉曼散射（SRS）显微成像技术——它无需任何外源标记，直接探测组织中脂质、蛋白质等内源性分子的化学键振动信号，天然具备无损、原位、分子特异性的三维成像能力。

Figure1 | ULTRA平台工作流概览。与传统2D冰冻病理相比，ULTRA实现了从新鲜组织到3D虚拟H&E图像的分钟级转化，无需外源标记与物理切片。

ULTRA：三步走，让三维病理走进手术室

ULTRA平台的核心流程分为三步：

第一步：ULTRA clearing——超快速组织透明化

通过热处理与胆固醇耗竭的协同作用，研究团队开发了一站式组织透明化方案，在5-10分钟内即可完成1毫米厚组织的透明化，且保留了组织中>95%的脂质信号。

左图：1毫米厚的小鼠脑组织，在ULTRA透明化处理20分钟和1小时后的实物对比（Figure 2B）；

右图：定量数据表明，仅需数分钟，深层组织的信噪比（SNR）即可稳定维持在10以上，远超成像识别阈值（Figure 2G）。

第二步：SRS无标记成像——核心技术环节

为什么是受激拉曼SRS？

在众多无标记成像技术中，受激拉曼散射（SRS）显微成像具有独特的优势——它兼具高速成像、化学选择性与亚细胞分辨率。SRS通过分子振动特征直接可视化组织中的脂质、蛋白质等内源性化学成分，无需任何外源染料或荧光标记，天然具备无标记、无损、原位的三维成像能力。

更重要的是，SRS是目前唯一经过系统验证、能够在术中时间尺度上实现三维无标记病理成像的技术手段。ULTRA平台正是依托SRS的化学特异性，才得以在30分钟内完成从新鲜组织到三维虚拟H&E的全流程——这一时间尺度，是其他三维成像技术（无论是否依赖标记）在当前技术条件下无法企及的。

组织透明化后，利用受激拉曼散射（SRS）显微技术进行成像。SRS是一种“无标记”成像技术，不需要任何染料或荧光标记，就能直接“看到”组织中不同分子的分布。它利用脂质与蛋白质的拉曼指纹光谱差异，精准区分正常组织与肿瘤组织。

在SRS显微成像的加持下，无需任何染料，仅凭脂质与蛋白的内源性拉曼指纹，即可实现高分辨率的无标记三维体积成像（Figure 2H）。

在ULTRA流程中，研究人员仅需采集一个通道的信号（脂质通道），即可通过AI算法预测蛋白质通道并生成虚拟H&E染色图像，大大缩短了成像时间。

第三步：AI虚拟染色与三维分析

通过深度学习模型进行降噪、虚拟H&E染色及图像增强，实现细胞核识别、肿瘤浸润边界测量等关键病理特征的分析。

ULTRA平台基于SRS系统采集的高质量脂质数据，通过三步自监督深度学习（PBDM降噪 + cGAN蛋白预测 + SRC-GAN虚拟染色），生成的三维虚拟H&E图像（右）与真实病理切片（Ground Truth，中）达到高度一致（Figure 5C）。

SRS技术的临床价值

神经外科手术中，术者依赖三样东西：术前MRI（解剖定位）、术中导航（空间参照）、电生理监测（功能保护）。但三者都无法回答一个核心问题：这块组织到底是不是肿瘤？

ULTRA平台的答案是：SRS三维病理。

研究表明，仅凭二维切片评估三维浸润边界时，漏判率可高达20%以上（两位病理医生独立阅片，漏判率分别为20%和23%）——这意味着五个病人中就有一个可能带着残留肿瘤关颅。

三个“看见”，定义SRS的临床价值

• 看见边界

肿瘤浸润前沿，SRS虚拟H&E图像清晰显示单个散在肿瘤细胞，分辨率达单细胞级别。这是MRI和肉眼都无法抵达的精度。

• 看见盲区

MRI和导航系统构筑了神经外科手术的“眼睛”，但它们都有共同的局限。无法直接告诉你组织的分子身份。FLAIR序列看的是水的信号，导航依赖的是术前的解剖影像。当脑组织移位、水肿叠加、肿瘤细胞分散浸润时，这些工具就出现了“盲区”。

SRS显微成像的本质是分子振动光谱成像，它看到的不是间接信号，而是脂质和蛋白质的“化学指纹”。这种本质差异，让SRS能在MRI和导航失效的地方，给出组织学层面的明确答案。

• 看见量化

ULTRAScore将“像不像肿瘤”的主观判断转化为红-过渡-绿的概率图谱（Figure 7D-7F），致密区红色、稀疏浸润过渡色、正常区绿色——术者一目了然。

Figure 7D、7E、7F（三维ULTRAScore、单层热图、三分分割）

不止于术中：SRS同步破解日常组织学“相邻切片验证”痛点

ULTRA的术中价值之外，SRS技术同时直击日常组织学研究的核心痛点：传统研究中，同一组织的不同切片被分别用于目标成像与H&E验证，但物理切片必然导致层间错位与配准误差——尤其对稀有样本或微小病灶而言，这种“破坏性验证”往往不可逆。

SRS三维无标记成像提供了根本性解法：对同一块完整组织，先以SRS无损获取三维分子分布，再对完全相同区域进行H&E验证。无需预先切片，SRS数据与H&E结果天然空间对齐，彻底消除配准误差；同时组织保持完整，可继续用于多种下游分析，真正实现 “一次取样、多维验证、精准关联” 。

这一能力不仅适用于胶质瘤研究，更可推广至发育生物学、肿瘤微环境等所有依赖“结构-分子关联验证”的组织学场景，让每一例珍贵样本的价值最大化。

结语

从2D切片到三维全貌，从数天等待到30分钟术中完成——ULTRA研究证明了SRS显微成像技术的临床价值远不止于“看得更清”，而在于看见了以前看不见的东西。

看见边界，让术者知道肿瘤的“触手”延伸到了哪里；看见盲区，让MRI和导航的灰色地带有了组织学答案；看见量化，让主观判断拥有了客观标尺。

三个“看见”，指向同一个目标：让每一次切除决策都有据可依。

作为中国SRS显微成像技术的核心持有者，振电科技UltraView系列系统基于相同的SRS核心技术原理，致力于为用户提供高性能的无标记成像平台，助力科研人员探索类似ULTRA的快速3D病理应用。ULTRA的诞生不是SRS技术在论文中的一次闪光，而是无标记化学成像真正走进手术室的开始。未来已来，振电科技愿与临床和科研伙伴一道，将“精准”二字写进每一台手术的决策之中。