Een nieuwe integratieve, niet-invasieve embryoselectiebenadering voor in-vitrofertilisatie op basis van kunstmatige intelligentie, verbeterde morfokinetische analyse en Raman-spectra in gebruikte kweekmedia

Ons onderzoek omvat twee fasen. In Fase I (een retrospectieve studie) zullen gearchiveerde gegevens worden verzameld om de CNN-enhanced MK met RS-methode te trainen op embryoselectie, wat zal leiden tot de geïntegreerde aanpak (MK-RS). In fase II (een prospectieve studie) zal de gevestigde geïntegreerde MK-RS-methode worden gebruikt om embryo's te selecteren, het klinische zwangerschapspercentage te beoordelen en de doeltreffendheid van onze aanpak te evalueren in een gerandomiseerde gecontroleerde studie.

In fase I worden elke 10 minuten beelden van het embryo gemaakt door de ingebouwde microscoop en camera in de time-lapse incubator. Beelden worden vervolgens beoordeeld door het CNN-algoritme voor segmentatie van menselijke embryo's op de eerste dag om drie verschillende kenmerken te identificeren: de zona pellucida (ZP), cytoplasma en pronucleus (PN). De morfodynamiek van deze drie kenmerken tijdens de bevruchting tot de eerste divisie zal worden verpakt als tijdreeksgegevens voor de integratie. De morfologieveranderingen na de eerste deling zullen semi-automatisch worden geannoteerd, die zullen worden geanalyseerd door het commerciële MK-scoresysteem (KID Score).

Nadat de embryo's/blastocysten uit de kweekschaal zijn verwijderd, wordt het corresponderende verbruikte kweekmedium (SCM) verzameld in steriele polymerasekettingreactiebuizen (PCR). Er zullen ook blanco kweekmedia worden verzameld met dezelfde bedrijfsstandaard. Een speciaal ontworpen sampler zal worden gebruikt om 7 μL SCM van elk monster te pipetteren, door de olielaag van de SCM te gaan en het vervolgens op een wegwerpbare kwartsglasplaat te laten vallen en te belichten door het RS-systeem (Basecare Raman 200, China). Het RS-systeem zal vóór het testen worden gekalibreerd op 520,5 cm-1 met een siliciumwafer. Laserexcitatieparameters worden als volgt ingesteld: 785 nm golflengte, 320 mW vermogen en 100 μm laservlekdiameter. Signalen worden vastgelegd in de standaardmodus met een CCD-camera (charge-coupled device) met een integratietijd van 20 seconden. Voor elk aliquot worden drie herhalingen uitgevoerd. Herkalibratie is essentieel wanneer verschillende kweekmedia worden getest, aangezien G-1-medium wordt gebruikt voor embryo's vóór dag 3 en G-2-medium wordt gebruikt voor embryo's na dag 3. Alle verkregen spectra worden voorbewerkt door het achtergrondsignaal af te trekken. Spectroscopiesignalen binnen het nabij-infraroodgebied (600 cm-1-1800 cm-1) worden geanalyseerd op vectornormalisatie met Labspec 6-software (Horiba, Japan). Onze eerdere SCM-monsters met bekende TE-ploïdieresultaten zullen worden gebruikt als een trainingsdataset om euploïde-aneuploïde classificatienormen vast te stellen. Het algoritme voor stapelclassificatie wordt toegepast, gezien de hoge algehele nauwkeurigheid (95,9%, niet-gepubliceerde gegevens).

Aangezien de gesegmenteerde tijdreeksen van het CNN-algoritme, KID Score-annotaties en RS-profileringsresultaten honderden subparameters hebben, zullen we ze samenvoegen met het ensembleleren, dat elke subparameter als een zwakke classificator beschouwt en hun gewicht tijdens de training opnieuw toewijst. De primaire index voor de training is de klinische uitkomst van de zwangerschap en voor de ultimatie van de informatie onder CNN-enhanced MK en RS, zullen de resultaten van de blastocystvorming worden gebruikt als een secundaire index. De verhouding van de trainingsset en testset zal 1:1 zijn en in de trainingsset zal een 5-voudige kruisvalidatie worden uitgevoerd voor het monitoren van de overfitting.

Fase II zal een prospectieve, enkelblinde, gerandomiseerde, gecontroleerde studie omvatten, ontworpen om de getrainde MK-RS-methode voor embryoselectie te valideren. Metabolomische SCM-profilering met behulp van RS met CNN-verbeterde MK-analyse zal worden gebruikt om het ontwikkelingspotentieel van embryo's te beoordelen, samen met traditionele morfologische embryobeoordelingen. De resultaten van het ontwikkelingspotentieel van het embryo zullen worden gebruikt om de beste kwaliteit embryo's te selecteren. Gevoeligheid en specificiteit zullen worden beoordeeld met behulp van de TE-biopsie van de patiënt of resultaten van niet-invasieve prenatale tests (NIPT) zullen de score van de MK-RS-methode, indien beschikbaar, verder bevestigen.

Randomisatie:

In fase II worden deelnemers die aan alle in- en uitsluitingscriteria voldoen en toestemming geven om deel te nemen aan het onderzoek gerandomiseerd in een experimentele groep en een controlegroep in een verhouding van 1 op 1 met behulp van een door de computer gegenereerde randomisatielijst. Voor de experimentele groep zal de embryoselectie gebaseerd zijn op de MK-RS-methode die in Fase I is vastgesteld, terwijl de embryoselectie voor de controlegroep alleen gebaseerd zal zijn op de resultaten van de traditionele embryomorfologieclassificatie. Alle deelnemers zullen in deze studie geblindeerd zijn.