En ny integreret ikke-invasiv embryoselektionsmetode til in vitro fertilisering baseret på kunstig intelligens forbedret morfokinetisk analyse og Raman-spektre i brugte kulturmedier

Vores undersøgelse vil omfatte to faser. I fase I (et retrospektivt studie) vil arkiverede data blive indsamlet for at træne den CNN-forstærkede MK med RS metode til embryoselektion, hvilket fører til den integrerede tilgang (MK-RS). I fase II (et prospektivt studie) vil den etablerede integrerede MK-RS metode blive brugt til at udvælge embryoner, vurdere den kliniske graviditetsrate og evaluere effektiviteten af ​​vores tilgang i et randomiseret kontrolleret forsøg.

I fase I vil billeder af embryonet blive fanget hvert 10. minut af det indbyggede mikroskop og kamera i time-lapse inkubatoren. Billeder vil derefter blive vurderet af CNN-algoritmen for dag et humant embryo-segmentering for at identificere tre distinkte træk: zona pellucida (ZP), cytoplasma og pronucleus (PN). Morfodynamikken af ​​disse tre funktioner under befrugtningen til første division vil blive pakket ind som tidsseriedata for integrationen. Morfologiændringerne efter den første division vil være semi-auto kommenterede, som vil blive analyseret af det kommercielle MK scoring system (KID Score).

Efter fjernelse af embryoner/blastocyster fra dyrkningsskålen vil det tilsvarende brugte dyrkningsmedium (SCM) blive opsamlet i sterile polymerasekædereaktionsrør (PCR). Blanke dyrkningsmedier vil også blive indsamlet med samme driftsstandard. En specifikt designet prøveudtager vil blive brugt til at pipettere 7μL SCM af hver prøve, der passerer gennem olielaget på SCM, og derefter slippe den på et engangsglas af kvartsglas og belyst af RS-systemet (Basecare Raman 200, Kina). RS-systemet vil blive kalibreret til 520,5 cm-1 af silicium wafer før test. Laser excitationsparametre indstilles som følger: 785 nm bølgelængde, 320 mW effekt og 100 μm laserspot diameter. Signaler optages i standardtilstand med et chargecoupled device (CCD) kamera med en 20-sekunders integrationstid. Tre replikater vil blive udført for hver aliquot. Genkalibrering er afgørende, når forskellige dyrkningsmedier testes, i betragtning af at G-1-medium bruges til embryoner før dag 3, og G-2-medium bruges til embryoner efter dag 3. Alle opnåede spektre vil blive forbehandlet ved at trække baggrundssignalet fra. Spektroskopisignaler inden for det nær-infrarøde område (600 cm-1-1800 cm-1) analyseres for vektornormalisering ved hjælp af Labspec 6-software (Horiba, Japan). Vores tidligere SCM-prøver med kendte TE-ploidiresultater vil blive brugt som et træningsdatasæt til at etablere euploid-aneuploide klassifikationsstandarder. Stablingsklassificeringsalgoritme vil blive taget i brug i betragtning af dens høje samlede nøjagtighed (95,9 %, upublicerede data).

Da de segmenterede tidsserier af CNN-algoritme, KID Score-annoteringer og RS-profileringsresultater har hundredvis af underparametre, vil vi samle dem sammen med ensemblelæringen, som betragter hver underparameter som en svag klassifikator og gentildelte deres vægte under træningen. Det primære indeks for træningen er det kliniske graviditetsresultat, og til ultimation af informationen under CNN-forstærket MK og RS, vil blastocystdannelsesresultaterne blive brugt som et sekundært indeks. Forholdet mellem træningssættet og testsættet vil være 1:1 og i træningssættet vil der blive udført en 5-dobbelt krydsvalidering for overvågning af overfittingen.

Fase II vil omfatte et prospektivt, enkelt-blindet, randomiseret kontrolleret forsøg designet til at validere den trænede MK-RS metode til embryoselektion. Metabolomisk SCM-profilering ved hjælp af RS med CNN-forstærket MK-analyse vil blive brugt til at vurdere embryoudviklingspotentiale sammen med traditionelle morfologiske embryovurderinger. Resultaterne af embryoudviklingspotentiale vil blive brugt til at vælge den bedste kvalitet af embryoner. Sensitivitet og specificitet vil blive vurderet ved hjælp af patientens TE-biopsi eller ikke-invasive prænatale testresultater (NIPT) vil yderligere bekræfte scoringen af ​​MK-RS-metoden, hvis den er tilgængelig.

Randomisering:

I fase II vil deltagere, der opfylder alle inklusions- og eksklusionskriterier og giver samtykke til at deltage i undersøgelsen, blive randomiseret til eksperimentel gruppe og kontrolgruppe i 1 til 1 forhold ved hjælp af en computergenereret randomiseringsliste. For den eksperimentelle gruppe vil embryoselektion være baseret på MK-RS-metoden etableret i fase I, hvorimod embryoselektion for kontrolgruppen vil baseres på de traditionelle embryomorfologiske klassificeringsresultater alene. Alle deltagere vil blive blindet i dette forsøg.