使用生物力学性质的光学测量对生殖细胞结构进行的非接触式检查制造技术

提供一种测量生殖细胞结构的至少一种生物力学性质的方法。所述方法包括用辐射照射生殖细胞结构；检测从受照射的生殖细胞结构散射的至少一部分辐射；分析检测到的散射辐射的频谱以识别频谱中的至少一个布里渊频移；和基于布里渊频移确定所述至少一种生物力学性质。所述方法进一步包括基于所述至少一种生物力学性质确定生殖细胞结构的生存力指数。性质确定生殖细胞结构的生存力指数。性质确定生殖细胞结构的生存力指数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用生物力学性质的光学测量对生殖细胞结构进行的非接触式检查
[0001]相关申请的交叉引用本申请要求2020年2月27日提交的美国临时申请No. 62/982,368的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。


[0002]本公开涉及生殖细胞结构检查，并且更特别涉及使用生物力学性质的光学测量对生殖细胞结构进行的非接触式检查。
[0003]相关技术进行体外受精（IVF）以帮助不孕不育的个体。建议流产过超过一次的女性；未采用避孕措施交配12个月后仍未受孕的35岁以下女性；未采用避孕措施交配6个月后仍未怀孕的35岁以上女性；或精液分析结果差的男性向生育诊所寻求帮助。生育诊所提供的一些常见服务和治疗包括初步测试、开具生育药物和激素、外科手术和辅助生殖技术方法，其可包括宫腔内人工授精（IUI）和IVF。
[0004]现今对IVF技术的强烈需求可能是由于几个原因，包括单身母亲的数量以及新的潜在母亲的平均年龄的增加；可引起女性激素失衡和生殖问题的肥胖症不断增长（美国约35%的成年人患有肥胖症，这可导致受孕问题）；男性精子质量较低（数十年来在美国和欧洲（Fetteers, 2018）以及最近在发展中国家（Huang等人, 2017；Sengupta等人, 2017）已经观察到并记载了精子质量的下降）；女性生育力降低（全球生育率的降低，尤其是在工业化程度最高的国家，完全有据可查（Skakkebaek等人, 2019）。根据美国的统计，35岁以下女性的活产成功率为约40%，但对于42岁以上的女性急剧下降到仅4%）；以及寻求生育协助的LGBT群体的需求增加。
[0005]美国生育诊所的市场价值在2012年为$30亿，且预期到2022年达到$45亿。从2017至2022年，预期年增长率为4.6%（BCC, 2018）。截至2016年，美国的大多数生育诊所提供所有三种主要服务，包括诊断、外科手术和辅助生殖技术（ART）。ART占生育诊所提供的服务的约70%份额，其估计市场价值为$24亿。诊断服务和外科手术分别具有$9亿和$2亿的估计价值（BCC, 2018）。ART进一步划分为体外受精（IVF）、配子输卵管内移植（GIFT）、捐卵、捐精、替代载体（surrogate carrier）等。其中，IVF占89.9%的压倒性份额，或价值$22亿。在2016年，仅在美国就实施了230,000例IVF程序，并且数量还在增加。这占据ART中的所有市场份额的几乎一半。
[0006]概述本公开大体上提供对生殖细胞结构基于它们的一种或多种生物力学性质的光学测量进行非接触式检查或监测的方法和系统。
[0007]根据本公开的一个示例性实施方案，一种方法可包括使用光学成像技术测量生殖细胞结构的生物力学性质，和基于测得的生物力学性质评估生殖细胞结构实现成功妊娠的潜力。
[0008]该方法可以单独或以它们的任何组合包括一个或多个下列特征。光学成像技术可基于布里渊光谱法测量生物力学性质。生物力学性质可包括弹性模量或粘性模量。生殖细胞结构可包括选自胚胎、桑椹胚、囊胚、原肠胚、合子、卵子和卵母细胞中的一种。
[0009]例如，可以进行该方法以选择要与雄配子受精的卵母细胞和/或选择合子以进一步继续体外受精。可以进行该方法以选择要转移到子宫的胚胎。在一些实施方案中，可在亚细胞分辨率下测量生殖细胞结构的生物力学性质。此外，可扫描生物力学性质以映射其在整个生殖细胞结构中的空间分布。
[0010]根据本公开的一个示例性实施方案，一种测量生殖细胞结构的至少一种生物力学性质的方法可包括用辐射照射生殖细胞结构、检测从受照射的生殖细胞结构散射的至少一部分辐射、分析检测到的散射辐射的频谱以识别频谱中的至少一个布里渊频移，和基于布里渊频移确定所述至少一种生物力学性质。此外，可基于所述至少一种生物力学性质确定生殖细胞结构的生存力指数。
[0011]可以单独或以它们的任何组合包括一个或多个下列特征。所述至少一种生物力学性质可包括至少一部分生殖细胞结构的弹性模量、粘性模量或两者。弹性模量M'可使用以下公式确定：其中
∆
v
B
是布里渊频移，ρ是所述至少一部分生殖细胞结构的密度，λ是辐射的真空波长，且n是所述至少一部分生殖细胞结构的折射率。此外，可以测量检测到的散射辐射的频谱中的至少一个布里渊峰的宽度以使用以下公式确定粘性模量M''：其中是所述至少一个布里渊峰的宽度。随后，可使用以下公式确定复数模量M
*
：。
[0012]为了获得散射辐射的频谱，可以使用光谱仪。此外，照射辐射可以是激光辐射，并且激光辐射可包括至少一个与约400 nm至约800 nm范围内的真空波长对应的频率分量。在一些实施方案中，可以滤出从生殖细胞结构弹性散射的辐射以促进布里渊频移的检测。
[0013]在一些实施方案中，可用亚细胞分辨率测定生殖细胞结构的所述至少一种生物力学性质，且因此，可在生殖细胞结构的多个亚细胞位置测定所述至少一种生物力学性质。
[0014]根据本公开的一个示例性实施方案，一种用于测定生殖细胞结构的至少一种生物力学性质的系统可包括用于生成照射辐射的辐射源、至少一个用于将照射辐射引导到至少一部分生殖细胞结构上的光学器件、用于检测从生殖细胞结构散射的至少一部分辐射的检测器、用于生成检测到的散射辐射的频谱的光谱仪和用于处理频谱以识别至少一个布里渊频移的分析器。所述布里渊频移可用于确定所述至少一种生物力学性质。
[0015]可以单独或以它们的任何组合包括一个或多个下列特征。该系统可进一步包括至少一个辐射收集光学器件，其用于通过光纤将所述至少一部分散射辐射引导到检测器。该系统还可包括设置在所述至少一个辐射收集光学器件上游的针孔以阻挡离焦光。在一些实施方案中，单模光纤可用于充当针孔，尽管在其它实施方案中，多模光纤可用于将散射辐射传输到检测器。
[0016]在一些实施方案中，该系统可被配置为在亚细胞分辨率下光学表征生殖细胞结构的生物力学性质。对于这样的实施方案，该系统可包括致动器以在至少一部分生殖细胞结构上扫描光束，以测量生殖细胞结构的不同位置处的布里渊频移，并将测得的布里渊频移与生物力学性质在整个生殖细胞结构中的空间分布相关联。
[0017]值得注意的是，本公开不限于如上文列出的元件的组合，并且可以以如本文所述的元件的任何组合进行组装。本文公开了本公开的其它方面。
[0018]附图简述提供各个附图的简要描述以便更充分理解本公开的详述中使用的附图。
[0019]图1显示使用单精子注射的IVF程序Intracytoplasmic Sperm Injection（卵胞浆内单精子注射）（ICSI）的示意图；图2显示人胚胎的植入前发育；图3显示合子的结构和受精程序；图4示意性图示根据本公开的一个示例性实施方案的布里渊散射测量；图5显示根据本公开的一个示例性实施方案的对生殖细胞结构的生物力学性质进行光学表征的流程图；图6显示测量生殖细胞结构的一个位置处的布里渊频移的流程图；和图7图示根据本公开的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种测量生殖细胞结构的至少一种生物力学性质的方法，所述方法包括：用辐射照射生殖细胞结构；检测从受照射的生殖细胞结构散射的至少一部分辐射；分析检测到的散射辐射的频谱以识别所述频谱中的至少一个布里渊频移；和基于所述布里渊频移确定至少一种生物力学性质。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：基于所述至少一种生物力学性质确定所述生殖细胞结构的生存力指数。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种生物力学性质包括至少一部分生殖细胞结构的弹性模量、粘性模量或两者。4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：使用以下公式导出弹性模量M'：其中
∆
v
B
是布里渊频移，ρ是所述至少一部分生殖细胞结构的密度，λ是辐射的真空波长，且n是所述至少一部分生殖细胞结构的折射率。5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：测量检测到的散射辐射的频谱中的至少一个布里渊峰的宽度；使用以下公式导出粘性模量M''：其中是所述至少一个布里渊峰的宽度；和使用以下公式导出复数模量M
*
：。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述照射辐射是激光辐射。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述激光辐射包括至少一个与约400 nm至约800 nm的真空波长对应的频率分量。8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：滤出从所述生殖细胞结构弹性散射的辐射以促进所述布里渊频移的检测。9.根据权利要求1所述的方法，其中用亚细胞分辨率测定所述生殖细胞结构的所述至少一种生物力学性质。10.根据权利要求9所述的方法，其进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：因泰隆光学公司，
类型：发明
国别省市：