恶性肿瘤的预警与早期诊断是降低发病率，提高治愈率的重要关键之一。以系统生物学理念，应用高通量的现代分子生物技术平台，结合生物信息学分析方法，从癌前期病变组织及体液中寻找肿瘤发生、发展早期、前期各阶段的有效标志物。在已建立的高危人群筛查方案的基础上，确立一个更敏感、特异、无创或微创、经济的恶性肿瘤高危/易感人群筛查手段以及早期诊断方法，提高早期诊断率；恶性肿瘤分子分期研究，实现术前分期，判断预后，及预测转移复发，为肿瘤的个体化综合治疗提供基础。应用肿瘤分子影像技术，以高灵敏度和高特异性地反映活体器官、组织和细胞在分子水平的生理情况和病理变化结果，达到无创性、动态性、功能性和代谢性显像的目的。
（1）恶性肿瘤的高危人群筛查及早期干预：应用流行病学、人类基因组学、蛋白质组学、组织芯片技术、分子影像学以及生物信息学等技术，获得有效标物，以筛检及监测高危人群、易感人群，进而早期诊断癌前、早癌或发现起始阶段转移复发恶性肿瘤患者；对癌前及早期病灶进行治疗或内镜下摘除，干预阻断恶性肿瘤发生发展。
（2）恶性肿瘤的分子分期研究：应用高通量的DNA、蛋白质及组织芯片技术，以生物信息学方法结合传统病理分期分析，筛选敏感、特异反映遗传易感性肿瘤的临床分期、预后及药物敏感性的分子生物标志，建立分子分期模式，并开发相应的分子诊断试剂盒或检测芯片。
（3）肿瘤分子影像学研究：利用已创建的核医学分子影像技术平台，选择几种重大、高发恶性肿瘤（如肺癌、乳腺癌、肝癌、大肠癌等）进行重点研究，通过蛋白质组学、表达谱芯片等分子生物学手段，研究这些肿瘤的分子表达特性，筛选具有特异性的分子靶点，开发研制拥有知识产权的用于PET分子影像（包括代谢显像、受体显像、抗体显像和报告基因显像等）和SPECT分子显像的特异性核分子药物探针，并基于发现的PET和SPECT特异性诊断分子探针，进一步通过筛选高效细胞毒性放射性核素，开发研制拥有知识产权的高度靶向放射性核素治疗药物，建立高精度靶向肿瘤内照射治疗技术，并应用分子影像技术对治疗效果的早期（超早期）判定、复发及预后进行评估监测，确立高精度、早期（超早期）肿瘤无创性诊断评价技术体系。
