Uusi integroiva ei-invasiivinen alkionvalintamenetelmä in vitro -hedelmöitykseen, joka perustuu tekoälyn tehostettuun morfokineettiseen analyysiin ja käytetyn viljelyalustan Raman-spektreihin

Tutkimuksemme sisältää kaksi vaihetta. Vaiheessa I (retrospektiivinen tutkimus) kerätään arkistoituja tietoja, jotta CNN:llä tehostettu MK RS-menetelmällä koulutetaan alkionvalintaan, mikä johtaa integroituun lähestymistapaan (MK-RS). Vaiheessa II (prospektiivinen tutkimus) käyttöön otettua integroitua MK-RS-menetelmää käytetään alkioiden valitsemiseen, kliinisen raskausasteen arvioimiseen ja lähestymistapamme tehokkuuden arvioimiseen satunnaistetussa kontrolloidussa tutkimuksessa.

Vaiheessa I kuvia alkiosta otetaan 10 minuutin välein sisäänrakennetulla mikroskoopilla ja kameralla time-lapse-inkubaattorissa. Kuvat arvioidaan sitten CNN-algoritmilla ensimmäisen päivän ihmisalkion segmentoinnille kolmen erillisen ominaisuuden tunnistamiseksi: zona pellucida (ZP), sytoplasma ja pronukleus (PN). Näiden kolmen ominaisuuden morfodynamiikka lannoituksen aikana ensimmäiseen jakoon kääritään aikasarjatietoiksi integraatiota varten. Ensimmäisen jaon jälkeiset morfologian muutokset merkitään puoliautomaattisesti, ja ne analysoidaan kaupallisella MK-pisteytysjärjestelmällä (KID Score).

Kun alkiot/blastokystit on poistettu viljelymaljasta, vastaava käytetty elatusaine (SCM) kerätään steriileihin polymeraasiketjureaktioputkiin (PCR). Tyhjät elatusaineet kerätään myös samalla toimintastandardilla. Erityisesti suunniteltua näytteenottajaa käytetään pipetoimaan 7 µl SCM jokaisesta näytteestä, joka kulkee SCM:n öljykerroksen läpi ja pudotetaan sitten kertakäyttöiselle kvartsilasilevylle ja valaistaan ​​RS-järjestelmällä (Basecare Raman 200, Kiina). RS-järjestelmä kalibroidaan 520,5 cm-1:een piikiekolla ennen testausta. Laserviritysparametrit asetetaan seuraavasti: aallonpituus 785 nm, teho 320 mW ja laserpisteen halkaisija 100 μm. Signaalit tallennetaan vakiotilassa latauskytketyn laitteen (CCD) kameralla, jonka integrointiaika on 20 sekuntia. Jokaiselle erälle tehdään kolme toistoa. Uudelleenkalibrointi on välttämätöntä, kun testataan erilaisia ​​viljelyalustoja, kun otetaan huomioon, että G-1-elatusainetta käytetään alkioihin ennen päivää 3 ja G-2-elatusainetta käytetään alkioihin päivän 3 jälkeen. Kaikki saadut spektrit esikäsitellään vähentämällä taustasignaali. Spektroskopiasignaalit lähi-infrapuna-alueella (600 cm-1 - 1800 cm-1) analysoidaan vektorin normalisoimiseksi käyttämällä Labspec 6 -ohjelmistoa (Horiba, Japani). Aiempia SCM-näytteitämme, joilla on tunnetut TE-ploidiatulokset, käytetään opetustietona euploidi-aneuploidiluokitusstandardien luomiseen. Pinoamisluokitusalgoritmi otetaan käyttöön ottaen huomioon sen korkea yleinen tarkkuus (95,9 %, julkaisematon data).

Koska CNN-algoritmin segmentoiduissa aikasarjoissa, KID Score -merkinnöissä ja RS-profiloinnin tuloksissa on satoja aliparametrejä, kokoamme ne yhteen ensemble learning -ohjelman kanssa, joka pitää jokaisen aliparametrin heikkona luokittelijana ja kohdistaa painonsa uudelleen harjoituksen aikana. Harjoittelun ensisijainen indeksi on kliinisen raskauden lopputulos ja CNN-tehostettujen MK:n ja RS:n alla olevien tietojen ultimaatiossa blastokystan muodostumisen tuloksia käytetään toissijaisena indeksinä. Harjoitussarjan ja testisarjan suhde tulee olemaan 1:1 ja harjoitussarjassa suoritetaan 5-kertainen ristiinvalidointi ylisovituksen tarkkailemiseksi.

Vaihe II käsittää prospektiivisen, yksisokkoutetun, satunnaistetun kontrolloidun tutkimuksen, joka on suunniteltu validoimaan koulutettu MK-RS-menetelmä alkionvalintaan. Alkion kehityspotentiaalin arvioimiseen käytetään perinteisten morfologisten alkioarviointien ohella metabolista SCM-profilointia käyttäen RS:ää ja CNN-tehostettua MK-analyysiä. Alkion kehityspotentiaalin tuloksia käytetään parhaiden alkioiden valinnassa. Herkkyys ja spesifisyys arvioidaan potilaan TE-biopsialla tai non-invasiivisen prenataalisen testauksen (NIPT) tulokset vahvistavat edelleen MK-RS-menetelmän pisteytyksen, jos se on saatavilla.

Satunnaistaminen:

Vaiheessa II osallistujat, jotka täyttävät kaikki osallistumis- ja poissulkemiskriteerit ja suostuvat tutkimukseen, satunnaistetaan koeryhmään ja kontrolliryhmään suhteessa 1:1 käyttäen tietokoneella luotua satunnaistuslistaa. Koeryhmän osalta alkionvalinta perustuu vaiheessa I vahvistettuun MK-RS-menetelmään, kun taas kontrolliryhmän alkioiden valinta perustuu pelkästään perinteisiin alkion morfologian arviointituloksiin. Kaikki osallistujat sokeutuvat tässä kokeessa.