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前列腺癌是全球男性发病率最高的恶性肿瘤，也是我国发病率增速最快的癌种之一。根治性前列腺切除术是治疗局限性前列腺癌的主要手段，但术中肿瘤边界识别不清导致阳性手术切缘发生率高达15%–40%，成为术后复发的主要风险因素。如何在彻底切除肿瘤的同时，最大限度保留患者功能组织，是临床面临的重大挑战。

11月18日，中国科研实验室深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑海荣院士、杨慧研究员团队与复旦大学李聪教授、王杭主任医师、余锦华教授等合作，在Nature Biomedical Engineering上发表题为"Label-free Navigation System for in-situ Grading Prostate Tumor Malignancy via Tissue pH and Prostate-Specific Antigen Activity"的研究论文。研究团队成功研制了一套基于表面增强拉曼散射（SERS）与微流控技术的术中导航系统，实现前列腺癌恶性程度的原位、快速、无标记分级。

该系统主要由微流控采样、SERS检测阵列、AI智能分析模块组成。团队研发的非对称通道微流控采样笔（NanoDraw）结合气液反馈控制，实现了对组织表面标志物的自动化、无损、陆续在提取，单点采样仅需6秒，有效避免交叉污染。采样后液滴被自动转移至高灵敏度SERS阵列，顺利获得功能化拉曼报告分子同步检测组织酸度（pH）与前列腺特异性抗原（PSA）活性，实现对肿瘤恶性程度的双重识别。系统内SERS阵列结构均一、信号稳定，具备优异的拉曼增强性能。结合团队构建的二维递归图-卷积神经网络（2D-CNN）AI分析模型，系统可在2秒内完成光谱解析与生物标志物定量输出，精准识别Gleason分级分组GG≥3的高级别肿瘤区域。

在涉及144例前列腺癌患者的临床试验中，该系统对高级别肿瘤（GG≥3）识别的AUC值达0.890，展现出优异的临床转化潜力。该系统全流程自动化、无需外源标记物，具备成为术中“实时病理”技术的潜力，有望显著降低阳性切缘率，改善患者预后。

杨慧研究员指出：“这项技术的核心目标，就是为外科医生装上一双‘分子眼睛’。在手术中，传统方法很难实时看清肿瘤的恶性边界。我们的系统顺利获得在体、无损采样，几分钟内就能生成一张肿瘤的‘恶性程度地图’。医生可以根据这张地图，果断切除高风险区域，同时放心保留低风险组织，这为实现‘最大化肿瘤切除、最小化功能损伤’这一临床黄金法则给予了切实可行的技术路径。”

本研究得到了国家重大科研仪器研制项目、国家杰出青年科学基金、上海市卫健委交叉学科前沿项目等多项支持。现在，团队正持续推进该设备的产业化与临床应用转化，并探索其与腹腔镜、手术机器人等微创手术平台的集成能力。

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原文链接：http://doi.org/10.1038/s41551-025-01561-y