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6.
 電子報第232期胚胎縮時攝影(文 吳信宏醫師/婦產部 生殖醫學中心協同主任)
2021.02.10
 
胚胎縮時攝影
文 吳信宏醫師/婦產部 生殖醫學中心
協同主任
 
關鍵字:胚胎縮時攝影(Time lapse)、試管嬰兒治療、人工智慧(Artificial Intelligence;AI)、治療意向(Intend to treat;ITT)
 
 
     試管嬰兒治療,又稱體外受精胚胎植入(In Vitro Fertilization – Embryo Transfer;IVF-ET),就是將卵子及精子拿到實驗室受精,培養成的胚胎,再植回子宮內懷孕。從受精到養成胚胎植入子宮,約3至5天的時間,胚胎在實驗室的胚胎培養箱成長,因此,培養箱的好壞及品質的管控,會嚴重影響胚胎的成長,進而影響最後試管嬰兒治療的結果。
 
胚胎縮時攝影(Time-lapse)
    傳統的胚胎培養箱培養環境,經過幾十年的研究,不斷的改善溫度、濕度、滲透壓、光線,氣體濃度…等,已臻完美。然而胚胎要在體外受精後隔天拿出培養箱,在顯微鏡下觀察,才能知道是否正常受精;若要知道後面是否有持續成長或細胞察才能獲得訊息,提供醫師及患者後續胚胎植入的參考。然而,胚胎多次的進出培養箱,對胚胎的成長發育會有不好的影響。
 
     為了胚胎不用拿出培養箱,而又能觀察到胚胎的發育,2010年代初期,就有胚胎縮時攝影培養箱引進試管嬰兒治療。所謂縮時攝影培養箱(Time-lapse Incubator)就是在培養箱裡裝個攝影鏡頭,每5至10分鐘照一張胚胎照片,傳到電腦,胚胎師只要看電腦的影像即可掌握胚胎發育狀況。縮時攝影培養箱不僅不用拿出胚胎觀察,讓胚胎在更不受干擾的環境成長;而且持續縮時的照片,完整觀察到胚胎整個發育分裂過程,因此,可提供更多胚胎資訊來挑選胚胎植入。[見圖一]1
 
 要不要使用胚胎縮時攝影?
胚胎縮時攝影培養箱,主要有兩大優點:[見圖二]2
1.更多胚胎的觀察資訊,可提供挑選最好胚胎的依據。
2.不需將胚胎拿出培養箱,不干擾胚胎,可讓胚胎發育的更好。

        臨床上,仍需更多的試驗研究,才能透明化它的臨床效益,目前胚胎縮時攝影培養箱的SWOT如下:[見圖二]2

1.S(Strength,優勢):無干擾培養環境;掌握更多胚胎發育過程資訊;改進胚胎挑選。
2.W(Weakness,劣勢):目前優質RCT研究不足;目前的研究結果仍分歧;目前各發表的研究設計有差異。
3.O(Opportunity,機會):更新的資訊挑選出的胚胎可能挑出較多染色體正常胚胎;可加入自動化於胚胎實驗室;眾多的胚胎照片可提供大數據分析。
4.T(Threat,威脅):由觀察的參數來外推胚胎結果,存在有風險;成本效益分析不明;資訊過多太雜;目前可能被過度濫用於試管嬰兒治療。

       胚胎縮時攝影培養箱用於試管嬰兒治療,有它的優點,仍有它不足的地方,是否廣泛用於臨床仍需更多研究來證實。
 
胚胎縮時攝影與人工智慧(Artificial Intelligence;AI)
       人工智慧AI,隨著電腦儲存及運算的進步,近年來發展神速。[見圖三]3人工智慧是藉由大數據的輸入給電腦,藉由機械學習(Machine Learning)或深度學習(Deep Learning)的運算,持續的精進醫療的預測結果。目前人工智慧陸續引進醫學診斷、治療及健康管理中。
       胚胎縮時攝影最大特點,正好有非常大量的胚胎成長過程照片,透過每個胚胎的照片及植入後的著床及活產與否,正好可引入人工智慧AI的學習,來預測之後胚胎的植入結果,而且隨著越多數據的自我學習,就如同一位越來越有經驗的醫師一樣,可更精準地提供醫學的診斷及治療參考。
       目前已有胚胎縮時攝影培養箱,配合人工智慧AI的引進,可以將每個胚胎將來植入後的懷孕成功機率排序,提供臨床挑選胚胎來植入的參考。胚胎縮時攝影配合人工智慧是非常值得期待,但仍需更多的研究來證實它的效益,及成本分析。

試管嬰兒治療意向分析(intend to treat analysis;ITT analysis)
       試管嬰兒治療的最終目標是讓夫妻能抱回健康嬰兒,更進一步是一次打針取卵就能獲得足夠的卵子胚胎,足夠一個家庭要生兩個,甚至三個小孩的目標,就是累積活產率。為達成提高累積活產率,目前新技術是否引進,可由提升胚胎及子宮內膜來探討:
1.胚胎部分:又分是否增加可用胚胎數目及挑選好的胚胎。
  ●增加可用胚胎:可提升一次試管下來,總活產數目,即增加累積活產率(↑cumulative live birth  rate;cLBR)。
  ●挑選好的胚胎:若可精確挑出最好胚胎,可最快速達到活產目的,即縮短達成活產時間(↓time to  pregnancy)。
2.內膜部分:選擇最好的胚胎植入時間。
  ●若能選到胚胎著床最佳窗口,可增加胚胎著床成功,既可減少胚胎浪費,又可快速達到成功活產。

       目前許多新科技引進試管嬰兒治療中,包括:PGT-A,ERA,及Time-lapse等,是否常規引入試管嬰兒治療中,除了花費成本考慮外,最重要是考慮臨床助益。若以上述對胚胎及內膜的益處來檢視新科技,如下:[見圖四]
1.PGT-A:目前研究胚胎切片似乎會損傷胚胎,而影響它的著床能力,而且送檢細胞的代表性不夠,似乎會浪費一些胚胎;然而,若能挑選出染色體正常胚胎植入,有助於著床成功活產。
2.ERA:與胚胎無關,而是選出最佳的子宮內膜著床窗口,決定最佳胚胎植入時間。如能提升子宮內膜環境,既可減少胚胎著床失敗,也可快速達到活產目的。
3.Time-laspe:胚胎在無干擾的培養箱成長,似乎有機會增加總的可用胚胎數,而掌握更多的胚胎成長參數,可挑出更能著床成更的胚胎,若再結合AI及大數據分析,預測挑選胚胎的能力似乎會越來越強大。
       試管嬰兒治療過程,若能增加總的可用品質高的胚胎,又能精確地從中挑出最好的胚胎植入,再結合準確的內膜著床窗口,可大大的提升累積活產率,並縮短達成抱嬰的目的。而增加總的高品質數量,又比挑選胚胎重要,因此如何提高實驗室的品管,提供優質穩定的胚胎實驗室環境,及嚴格執行每個操作步驟細節,似乎是最根本重要的,就如同練功夫,先練好蹲馬步核心肌群的紮實功,再練其他的功夫就輕而易舉了。彰基生殖醫學中心做了十幾年的美國病理學會CAP實驗室認證,就是在為生殖實驗室品管QA/QC打造紮實的根基,提供不孕症患者接受試管嬰兒治療的最佳品質保證。

▲參考文獻:
1.吳信宏、王妙媛(2020)。祝妳好孕:不可不知的不孕症大小事。台北:書泉出版社。
2.BASILE, Natalia; ELKHATIB, Ibrahim; MESEGUER, Marcos. A Strength, Weaknesses, Opportunities  and Threats analysis on time lapse. Current Opinion in Obstetrics and Gynecology, 2019, 31. 3: 148-155.
3.FERNANDEZ, Eleonora Inácio, et al. Artificial intelligence in the IVF laboratory: overview  through the application of different types of algorithms for the classification of reproductive data. Journal of Assisted Reproduction and Genetics, 2020, 1-18.
doi: 10.1007/s10815-020-01881-9.

資料來源:吳信宏:胚胎縮時攝影。彰基醫療健康防治季刊2020;42: 46-49。


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