[发明专利]用于包括精子的生物细胞和生物有机体的干涉系统和方法

说明书

描述了用于精子分析的方法和系统，该方法和系统用于处理至少包括无标记精子细胞的干涉相位数据的测量数据，测量数据的处理包括确定无标记精子细胞的地形光相位延迟(OPD)图，确定无标记精子细胞的至少一个物理参数，和生成表明无标记精子细胞的精子质量的数据。

技术领域

本发明大体涉及生物细胞和生物有机体的光学分析的干涉系统和方法。特别地，本发明对于精子样品的干涉分析是有用的。

背景

世界上约7000万人需要辅助生殖技术(ART)来生育。在引入体外受精(IVF)之后，已经朝向鉴定卵母细胞和胚胎的形态作为IVF成功的预后手段进行了若干种努力。还针对精子细胞形态对预测自然受精、子宫内授精、IVF和连同细胞质内精子注射(ICSI)的IVF的成功率的能力进行了工作，在细胞质内精子注射(ICSI)中，使用高倍放大相差显微镜基于单个精子细胞的活动性和整体形态选择单个精子细胞，并将选择的精子细胞直接注射到从女性伴侣取回的卵母细胞中。已经发现精子形态是受精成功的良好预测因子，并且具有异常精液分析的患者利用IVF具有较低的成功妊娠可能性。至今为止，已知ICSI是严重男性因素不育的唯一治疗解决方案。尽管如此，ICSI的成功率(通过临床妊娠或活产率测量)仍很低，仅有约20％的经历连同ICSI的IVF的患者成功实现妊娠。此外，若干临床研究已经显示，利用ICSI孕育的胎儿和婴幼儿中的染色体异常的百分比与正常群体中的、并且甚至与其他ART程序相比更高。理想地，被选择用于ICSI的精子应具有最高的成功受精和随后的胚胎生长机会。待用于ICSI程序的精子细胞的生存力通过无标记且不涉及任何种类的染色的诊断模式保持。

用于评价精子细胞的形态学参数的已知且常用的技术之一是定性、非定量、无标记亮视野显微镜术(BFM)。通常，精子细胞使用BFM光学成像并根据世界卫生组织(WHO)指南选择。因此，进行约200个固定、染色的细胞的形态学检查，来评价诸如细胞核和顶体的尺寸的特性。然后由有经验的胚胎学家或利用自动测量不同的形态学特征的软件(计算机辅助精子分析(CASA))对图像可视化分析。不经染色，精子细胞在BFM下是接近透明的，因为它们的光学特性与其周围仅略微不同，导致弱的图像对比度。最近，开发出了新的方法用于鉴定精子细胞的在BFM下无法观察到的细微特性(例如表面电荷选择)。这些方法中的大部分包括可能改变细胞的生存力并因此妨碍其在IVF中的使用的生物化学制备。

相位成像方法使用光干涉现象来记录在穿过样品时的光延迟，并且能够在图像中产生无标记对比度。开发出了用于精子细胞的常规相差成像方法，诸如Zernike相位对比法和Nomarski微分干涉对比法(DIC)。DIC是活动的精子细胞器形态学检查(MSOME)技术的基础。DIC通过加阴影增强图像边缘，并从而使得能够观察到在正常无标记BFM上无法观察到的细节。但是，Zernike相位对比技术和DIC技术均非完全定性，因为它们不在所测量的精子的所有点上产生有意义的对比度。另外，这些技术存在显著的成像伪差，特别是在靠近细胞边缘处，成像伪差可能产生错误的形态学测定。

一般说明

在本领域对用于定量地确定生物样品的形态学参数的新技术存在需要。特别地，本发明提供了对于获得未染色的(所谓的未标记的或无标记的)生物样品或细胞的具有很高的精确度的定量和三维物理分析有用的新技术。本发明使得能够例如定量未标记的活精子细胞的形态学参数并对精子细胞定量地评分。本发明的技术将使得能够更好地选择精子细胞用于细胞质内精子注射(ICSI)程序，导致较高的妊娠率并潜在地避免得到的后代中的遗传紊乱。

尽管在本文中针对精子细胞例示了本发明，应理解的是，本发明的原理并不限于任何特定类型的生物样品/细胞并且可用于任何类型的此类样品/细胞，诸如癌症细胞。

在选择用于ICSI的最佳精子细胞期间，探索(优选定量测量中的)若干物理或形态学参数，诸如精子头部、颈部、中段和顶体的尺寸、长度和宽度，细胞精子细胞头部的尾部构造和一般常态。