Новый интегративный неинвазивный подход к отбору эмбрионов для экстракорпорального оплодотворения на основе расширенного морфокинетического анализа искусственного интеллекта и спектров комбинационного рассеяния в отработанных культуральных средах

Наше исследование будет включать два этапа. На этапе I (ретроспективное исследование) будут собраны архивные данные для обучения MK с усилением CNN методом RS по отбору эмбрионов, что приведет к комплексному подходу (MK-RS). На этапе II (проспективное исследование) установленный интегрированный метод MK-RS будет использоваться для отбора эмбрионов, оценки клинической частоты наступления беременности и оценки эффективности нашего подхода в рандомизированном контролируемом исследовании.

На этапе I изображения эмбриона будут делаться каждые 10 минут с помощью встроенного микроскопа и камеры в инкубаторе для покадровой съемки. Затем изображения будут оцениваться с помощью алгоритма CNN для сегментации человеческого эмбриона в первый день, чтобы определить три отличительных признака: прозрачную зону (ZP), цитоплазму и пронуклеус (PN). Морфодинамика этих трех признаков во время оплодотворения до первого деления будет представлена ​​как данные временного ряда для интеграции. Изменения морфологии после первого дивизиона будут полуавтоматически аннотированы, которые будут проанализированы коммерческой системой подсчета очков MK (KID Score).

После удаления эмбрионов/бластоцист из чашки для культивирования соответствующую отработанную культуральную среду (SCM) собирают в стерильные пробирки для полимеразной цепной реакции (ПЦР). Пустые питательные среды также будут собираться с использованием того же рабочего стандарта. Специально разработанный пробоотборник будет использоваться для пипетирования 7 мкл SCM каждого образца, пропуская его через масляный слой SCM, а затем помещая его на одноразовое предметное стекло из кварцевого стекла и освещая системой RS (Basecare Raman 200, Китай). Перед тестированием система RS будет откалибрована на 520,5 см-1 с помощью кремниевой пластины. Параметры лазерного возбуждения установлены следующие: длина волны 785 нм, мощность 320 мВт и диаметр лазерного пятна 100 мкм. Сигналы регистрируются в стандартном режиме камерой с зарядовой связью (ПЗС) с временем интегрирования 20 секунд. Для каждой аликвоты будет сделано три повтора. Повторная калибровка необходима при тестировании различных культуральных сред, учитывая, что среда G-1 используется для эмбрионов до 3-го дня, а среда G-2 используется для эмбрионов после 3-го дня. Все полученные спектры будут предварительно обработаны путем вычитания фонового сигнала. Спектроскопические сигналы в ближней инфракрасной области (600 см-1-1800 см-1) анализируют для нормализации вектора с использованием программного обеспечения Labspec 6 (Horiba, Япония). Наши предыдущие образцы SCM с известными результатами TE плоидности будут использоваться в качестве обучающего набора данных для установления стандартов классификации эуплоид-анеуплоид. Алгоритм классификации суммирования будет принят с учетом его высокой общей точности (95,9%, неопубликованные данные).

Поскольку сегментированные временные ряды алгоритма CNN, аннотации KID Score и результаты профилирования RS имеют сотни подпараметров, мы соберем их вместе с ансамблевым обучением, которое рассматривает каждый подпараметр как слабый классификатор и перераспределяет их веса во время обучения. Первичным показателем для обучения является исход клинической беременности, а для получения полной информации под MK и RS с усилением CNN результаты образования бластоцисты будут использоваться в качестве вторичного показателя. Соотношение обучающего набора и тестового набора будет 1:1, а в обучающем наборе будет выполняться 5-кратная перекрестная проверка для контроля переобучения.

Фаза II будет включать проспективное одинарное слепое рандомизированное контролируемое исследование, предназначенное для проверки обученного метода MK-RS для отбора эмбрионов. Метаболомное профилирование SCM с использованием RS с анализом MK с усилением CNN будет использоваться для оценки потенциала развития эмбриона наряду с традиционными морфологическими оценками эмбриона. Результаты оценки потенциала развития эмбрионов будут использоваться для выбора эмбрионов наилучшего качества. Чувствительность и специфичность будут оцениваться с использованием биопсии TE пациента или результатов неинвазивного пренатального тестирования (NIPT), которые дополнительно подтвердят оценку метода MK-RS, если он доступен.

Рандомизация:

На этапе II участники, которые соответствуют всем критериям включения и исключения и дали согласие на участие в исследовании, будут рандомизированы в экспериментальную группу и контрольную группу в соотношении 1 к 1 с использованием составленного компьютером списка рандомизации. Для экспериментальной группы отбор эмбрионов будет основываться на методе MK-RS, установленном на этапе I, тогда как отбор эмбрионов для контрольной группы будет основываться только на результатах традиционной оценки морфологии эмбрионов. Все участники будут ослеплены в этом испытании.