En ny integrativ ikke-invasiv embryoseleksjonsmetode for in vitro fertilisering basert på kunstig intelligens forbedret morfokinetisk analyse og Raman-spektra i brukte kulturmedier

Vår studie vil omfatte to faser. I fase I (en retrospektiv studie) vil arkiverte data bli samlet inn for å trene den CNN-forbedrede MK med RS-metoden på embryoseleksjon, noe som fører til den integrerte tilnærmingen (MK-RS). I fase II (en prospektiv studie) vil den integrerte MK-RS-metoden som er etablert, brukes til å velge embryoer, vurdere den kliniske graviditetsraten og evaluere effekten av vår tilnærming i en randomisert kontrollert studie.

I fase I vil bilder av embryoet bli tatt hvert 10. minutt av det innebygde mikroskopet og kameraet i time-lapse inkubatoren. Bilder vil deretter bli vurdert av CNN-algoritmen for dag én menneskelig embryosegmentering for å identifisere tre distinkte trekk: zona pellucida (ZP), cytoplasma og pronucleus (PN). Morfodynamikken til disse tre funksjonene under befruktningen til første divisjon vil bli pakket inn som tidsseriedata for integrasjonen. Morfologiendringene etter den første divisjonen vil bli halvautomatisk kommentert, som vil bli analysert av det kommersielle MK-scoringssystemet (KID Score).

Etter fjerning av embryoer/blastocyster fra kulturskålen, vil det tilsvarende brukte kulturmediet (SCM) samles i sterile polymerasekjedereaksjonsrør (PCR). Blanke kulturmedier vil også bli samlet inn med samme driftsstandard. En spesialdesignet prøvetaker vil bli brukt til å pipettere 7μL SCM av hver prøve, passere gjennom oljelaget til SCM, og deretter slippe den på et engangsglass av kvartsglass og opplyst av RS-systemet (Basecare Raman 200, Kina). RS-systemet vil bli kalibrert til 520,5 cm-1 med silisiumplate før testing. Lasereksitasjonsparametere er satt som følger: 785 nm bølgelengde, 320 mW effekt og 100 μm laserpunktdiameter. Signaler fanges opp i standardmodus med et ladekoplet enhet (CCD) kamera med en 20-sekunders integreringstid. Tre replikater vil bli utført for hver alikvot. Re-kalibrering er viktig når forskjellige kulturmedier testes, med tanke på at G-1-medium brukes til embryoer før dag 3 og G-2-medium brukes til embryoer etter dag 3. Alle oppnådde spektra vil bli forhåndsbehandlet ved å trekke fra bakgrunnssignalet. Spektroskopisignaler innenfor det nær-infrarøde området (600 cm-1-1800 cm-1) analyseres for vektornormalisering ved bruk av Labspec 6-programvare (Horiba, Japan). Våre tidligere SCM-prøver med kjente TE-ploiditetsresultater vil bli brukt som et treningsdatasett for å etablere euploid-aneuploide klassifiseringsstandarder. Stablingsklassifiseringsalgoritme vil bli tatt i bruk, tatt i betraktning dens høye generelle nøyaktighet (95,9 %, upubliserte data).

Ettersom de segmenterte tidsseriene til CNN-algoritmen, KID Score-annoteringer og RS-profileringsresultater har hundrevis av underparametere, vil vi sette dem sammen med ensemblelæringen, som anser hver underparameter som en svak klassifiserer og omfordelt vektene deres under treningen. Den primære indeksen for treningen er det kliniske graviditetsresultatet, og for ultimation av informasjonen under CNN-forbedret MK og RS, vil blastocystdannelsesresultatene bli brukt som en sekundær indeks. Forholdet mellom treningssettet og testsettet vil være 1:1 og i treningssettet vil det utføres en 5-dobbel kryssvalidering for overvåking av overtilpasningen.

Fase II vil omfatte en prospektiv, enkeltblindet, randomisert kontrollert studie designet for å validere den trente MK-RS-metoden for embryoseleksjon. Metabolomisk SCM-profilering ved bruk av RS med CNN-forbedret MK-analyse vil bli brukt for å vurdere embryoutviklingspotensial sammen med tradisjonelle morfologiske embryovurderinger. Resultatene av embryoutviklingspotensialet vil bli brukt til å velge den beste kvaliteten på embryoene. Sensitivitet og spesifisitet vil bli vurdert ved hjelp av pasientens TE-biopsi eller ikke-invasiv prenatal testing (NIPT) resultater vil ytterligere bekrefte poengsummen for MK-RS-metoden, hvis tilgjengelig.

Randomisering:

I fase II vil deltakere som oppfyller alle inklusjons- og eksklusjonskriteriene og samtykker til å bli med i studien, randomiseres til eksperimentell gruppe og kontrollgruppe i 1 til 1 forhold ved hjelp av en datamaskingenerert randomiseringsliste. For den eksperimentelle gruppen vil embryoseleksjon være basert på MK-RS-metoden etablert i fase I, mens embryoseleksjon for kontrollgruppen vil stole på de tradisjonelle embryomorfologiske graderingsresultatene alene. Alle deltakere vil bli blindet i denne prøven.