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大方严肃的谈谈生殖中心诊断中的人工智能

2015年10月,中共中央拟定《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》,提出“全面实施一对夫妇可生育两个孩子政策”。同年12月,全国人大审议通过《人口与计划生育法修正案(草案)》,全面"二孩"政策正式落地,已于2016年1月1日起施行。随着全面"二孩"政策的施行,我国未来生育需求将呈现爆发式增长。

然而随着人口基数的不断增长,环境问题恶化,生殖相关疾病发生的概率和频次,也显著增加:

根据中国人口协会、国家计生委联名发布的《中国不孕不育现状调查报告》显示,中国的不孕不育率从20年前的2.5%~3%攀升到12.5%~15%左右,患者人数超过4000万,即每8对夫妇中就有1对有不孕不育问题。不孕症的发生与生理因素、晚婚晚育、人工流产、环境因素、精神压力等密切相关。我国育龄夫妇6个月内妊娠率60%, 9个月内80%, 1年内85-90%,不孕症患病率10-15%。不孕症的病因中,女方因素占45%,男方因素占30%,共同因素占15%,不明原因占10%。考虑到“二孩”夫妇年龄偏大,未来不孕症的发生率将进一步增加,达到15-20%。而在不孕症、多发性流产和畸胎等病史的夫妇中,至少有7%~10%是染色体异常的携带者。
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图1人类正常染色体

染色体异常如此高发、后果如此严重,那么在什么地方,通过什么技术手段可以对染色体及生殖相关各项指标进行检测呢?

专病门诊的建立方便病人就医,也更能发挥医生专业优势。

生殖医学中心(简称生殖中心),是运用人类辅助生殖技术(ART)从事治疗不孕不育的医疗机构。生殖中心的诊疗范围包括体外受精-胚胎移植及其衍生技术(人工授精和试管婴儿),各种原因导致的女性不孕症(如输卵管/盆腔因素、子宫内膜异位症、排卵障碍等)、月经病(如多囊卵巢综合征、月经失调、卵巢早衰等)、复发性流产/胚胎停育以及男性的少弱精、畸形精子症、无精子症等男性不育。

国家高度重视生殖中心的建立和发展:2007年到2012年,全国年均增加50个辅助生殖中心,2013年到2016年,全国年均增加20个辅助生殖中心,由省级卫计委批准的辅助生殖中心占比已经接近70%根据各省卫计委的规划,新开设的辅助生殖中心除了在个别中心城市较为集中之外,主要是在原先没有辅助生殖中心的地市开设。截至2016年底,我国共有451个辅助生殖中心、23家人类精子库机构。截至2017年12月31日,经批准开展产前诊断技术的医疗机构共有340家。

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图2中国生殖中心数量

生殖中心涉及的常见检查项目,包括:
1. 性激素六项、AMH
2. 抗心磷脂抗体、抗子宫内膜抗体、抗精子抗体、甲状腺功能;
3. 支原体、衣原体;
4. 白带常规、细菌性阴道炎;
5. HPV(人乳头瘤病毒);
6. B超
7. AIH(配偶人工授精)术前常规检查(包括染色体核型分析);
8. IVF-ET(试管婴儿)术前常规检查(包括染色体核型分析);
9. 输卵管照影;
10. 宫腔检查;

上述常见检查项目中,绝大多数检测项目均非常成熟,如性激素六项、各类生化指标、支原体衣原体、B超等影像检查等,通常仅需要数小时至一周内可以得到结果。然而作为广谱性基因筛查的重要检查项目:染色体核型分析,依然需要将近一个月(28天)的检验报告周期。这主要原因是:染色体核型分析,需要先制备细胞有丝分裂中期的细胞,进行培养、染色、固定等步骤,耗时1-2周。

在细胞染色体制片结束后,需要操作人员对细胞染色体涂片进行镜检分析,简而言之,就是:

将这样的图片:
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分析成这样的结果:
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上述描述简化了这其中许多操作步骤。实际上,在制片时,需要制备至少两张玻片,并在每个玻片上分析至少10个有效视野,再将这20个视野中杂乱无章的染色体,依次拆解分析,最后得出报告中清晰的人体23对染色体核型分析结果。(此过程需要肉眼观察200个视野,并把200个视野中共计4600条染色体进行区分,特殊情况需要复核,工作量再加一倍!)

通常这个人工阅片+分析处理的过程,需要消耗约1周以上的时间!这工作量之巨大,难度之高,给检验科医师带来非常大工作压力。

然而此类染色体核型分析的检测需求,在人口增长、生殖疾病病发率增高的今天,在持续增长,生殖医学检验市场对于此类全自动核型分析设备的需求日益增高。这种刚性的市场需求,也被中国的医疗器械生产厂家所重视,以深圳市瑞图生物技术有限公司的智能染色体核型分析系统为例:
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该RT-1000i智能染色体核型分析系统基于瑞图专利的DeepCell深度学习人工智能引擎,全自动进行整个玻片的扫描及核型分析,支持染色体进行倒转、旋转、拉直和色彩涂抹识别等操作,智能分割及识别不同核型的染色体,智能识别准确率高达90%,极大的减小了生殖中心、科研院校及生殖相关科室操作人员的人工阅片工作量。人工智能识别的结果如下图所示:

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图3人工智能染色体核型分析处理结果

深圳市瑞图生物技术有限公司是人工智能IVD行业领航者,致力于将先进的人工智能技术与体外诊断相结合,为全球检验医学提供领先的诊断技术与产品。公司将于2019年陆续上市智能阴道分泌物分析系统、智能精子质量分析系统、智能染色体分析系统、智能尿液分析系统及智能粪便分析系统。
生殖医学中心的发展,既是承担历史使命的见证,又标志着新挑战、新征程的开始。随着二胎的开放,老龄化,人口红利优势逐渐缩小,产妇年龄的不断增高,新时代已经对医卫事业提出了新的需求。新的需求需要更高精尖的技术作为支撑,人工智能技术,可以有效的辅助生殖中心对生殖健康及重大出生缺陷进行防控及诊断,解决临床检验痛点,其应用是必然趋势。
2019重磅来袭:人工智能+IVD
给我一个撬动检验实验室智能化的支点,从体液分析开始
基于DeepCell深度学习引擎引发的IVD革命,深圳瑞图产品战略引领CACLP新视角

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参考资料:
The 2016 revision of the World Health Organization (WHO) classification of lymphoid neoplasms.
Blood. 2016 Mar 15. pii: blood-2016-01-643569

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