施政，朱閩波，陳麗萍，胡敏，童春芽

體外授精-胚胎移植（IVF-ET）目前已經(jīng)成為治療不孕癥的重要手段。目前隨著臨床促排卵治療方案的個(gè)體化和精細(xì)化，胚胎的質(zhì)量已經(jīng)得到了顯著的優(yōu)化[1]。但是，胚胎移植以后的妊娠率卻始終徘徊在35%左右[2]。其中子宮內(nèi)膜容受性的不足是引起胚胎著床失敗的一個(gè)重要原因[3]。子宮內(nèi)膜容受性是指子宮內(nèi)膜處于一種允許胚泡定位、黏附，直至內(nèi)膜間質(zhì)發(fā)生改變，胚胎完成著床的特殊狀態(tài)[4]。目前超聲、生物化學(xué)等指標(biāo)無法很好的改善患者妊娠結(jié)局，因此，尋找新的評價(jià)子宮內(nèi)膜容受性的指標(biāo)成為改善患者妊娠結(jié)局，減少胚胎浪費(fèi)的關(guān)鍵。本研究在宮腔鏡檢查過程中采集宮腔鏡下內(nèi)膜圖像，利用已報(bào)道的圖像識別算法所設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行子宮內(nèi)膜腺體計(jì)數(shù)，計(jì)算子宮腺體密度，并以此來評價(jià)子宮內(nèi)膜容受性以及對妊娠結(jié)局的預(yù)測價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本研究收集2017年1月至2019年12月在寧波市婦女兒童醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心接受自然周期胚胎移植的不孕癥患者98例，年齡22～41歲，不孕年限1～17年，其中原發(fā)不孕52例，繼發(fā)不孕46例。納入標(biāo)準(zhǔn)：平時(shí)月經(jīng)周期規(guī)律，無子宮及卵巢手術(shù)史，無內(nèi)分泌相關(guān)疾病，無子宮腺肌病、子宮內(nèi)膜異位癥等疾病。所有患者在宮腔鏡探查中無異常發(fā)現(xiàn)，并于宮腔鏡手術(shù)后3個(gè)月內(nèi)進(jìn)行胚胎移植。所有患者中確診臨床宮內(nèi)妊娠46例（妊娠組），即早孕期B超檢查提示宮內(nèi)妊娠，見孕囊發(fā)育（孕囊三徑線平均值＞10 mm），妊娠結(jié)局包含足月分娩、早產(chǎn)、中期引產(chǎn)及早期人工流產(chǎn)、稽留流產(chǎn)。未宮內(nèi)妊娠52例（未妊娠組），包括HCG陰性、生化妊娠（HCG陽性，B超未見妊娠，月經(jīng)自然來潮）以及異位妊娠（非宮腔內(nèi)妊娠，不包括宮角妊娠）。

1.2 方法

1.2.1 宮腔鏡手術(shù)及術(shù)后處理 宮腔鏡手術(shù)均由本院婦科日間宮腔鏡手術(shù)中心的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)完成，手術(shù)者均接受了培訓(xùn)，以確保嚴(yán)格按照要求執(zhí)行所有宮腔鏡手術(shù)。麻醉方式采用丙泊酚靜脈麻醉+喉罩輔助通氣。手術(shù)選擇經(jīng)排卵監(jiān)測證實(shí)排卵后第3～7天（種植窗口期前后2 d內(nèi)）進(jìn)行。手術(shù)儀器為德國Storze公司生產(chǎn)的檢查鏡，置入宮腔鏡探查整個(gè)宮腔，明確有無宮腔粘連、畸形、宮腔及宮頸管有無異常占位，如無異常情況，經(jīng)宮腔鏡操作孔置入帶刻度的硬膜外導(dǎo)管，以宮腔底部居中處宮腔鏡屏幕中心，以帶有刻度的硬膜外導(dǎo)管垂直達(dá)到宮腔底部后實(shí)測距離鏡頭1 cm為基準(zhǔn)，調(diào)整焦距后對子宮內(nèi)膜予以截圖（封三彩圖6），術(shù)后使用計(jì)算機(jī)圖像識別軟件（Glands Detector）對子宮內(nèi)膜腺體識別、標(biāo)記（封三彩圖7）及計(jì)數(shù)，并計(jì)算子宮腺體密度。

圖6 獲得圖像

圖7 標(biāo)記腺體

1.2.2 腺體密度計(jì)算方法 在軟件（Glands Detector）中使用鼠標(biāo)依次點(diǎn)擊硬膜外導(dǎo)管的起始部和1 cm的刻度位置，畫出一條直線，其長度定義為圖像中1 cm長度；再使用鼠標(biāo)框選一定的范圍，由軟件計(jì)算出框選范圍的面積，并計(jì)數(shù)其內(nèi)的腺體個(gè)數(shù)，并由此計(jì)算出腺體的密度（以每cm2面積內(nèi)包含腺體個(gè)數(shù)表示，封三彩圖8）。為減少誤差，每張圖片在不同位置選取3個(gè)不同的范圍，并求出3個(gè)值的平均數(shù)，作為腺體密度的最終值。

圖8 選取范圍并計(jì)數(shù)

1.2.3 圖像識別軟件 由合作的團(tuán)隊(duì)成員編寫，其算法使用了楊森等[5]的基于形態(tài)學(xué)重構(gòu)的宮腔鏡下子宮內(nèi)膜腺體開口標(biāo)記算法，并參考了Gaviao等[6]的研究。軟件通過將圖像RGB轉(zhuǎn)換為HIS模式的亮度分量，除噪后識別提取腺體開口區(qū)域，最后將腺體開口逐一標(biāo)記（封三彩圖9）。根據(jù)楊森等[5]的報(bào)道，該算法的靈敏度為84.72%±8.00%，Dice相似系數(shù)達(dá)83.80%±4.56%。筆者也將30幅宮腔鏡圖像的軟件分析結(jié)果與人工識別計(jì)數(shù)的結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)軟件分析的結(jié)果是人工識別數(shù)的（86.73±7.59）%。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法可以有效地識別宮腔鏡下的子宮內(nèi)膜腺體。

圖9 圖像處理步驟示意圖

1.3 統(tǒng)計(jì)方法采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料采用2檢驗(yàn)。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

妊娠組與未妊娠組年齡、不孕年限、體質(zhì)量指數(shù)、抗苗勒管激素（AMH）和移植胚胎數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），妊娠組子宮內(nèi)膜腺體密度高于未妊娠組（P＜0.05），見表1。妊娠組中原發(fā)不孕20例，繼發(fā)不孕26例，未妊娠組中原發(fā)不孕32例，繼發(fā)不孕20例；兩組原發(fā)與繼發(fā)不孕差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（2=3.196，P=0.074）。

表1 兩組年齡、不孕年限、體質(zhì)量指數(shù)、AMH、胚胎移植個(gè)數(shù)及內(nèi)膜腺體密度比較

3 討論

目前，有研究報(bào)道反復(fù)胚胎種植失敗的患者中，大約有50%存在宮腔異常，而宮腔鏡相比B超而言，能夠更加直觀的觀察宮腔及子宮內(nèi)膜情況，并能同時(shí)處理宮腔微小病變[7-8]，成為處理宮腔病變的主要手段。但是仍有另外50%的胚胎移植失敗患者，其通過宮腔鏡檢查并未發(fā)現(xiàn)既往認(rèn)知中的典型宮腔異常。因此需要尋找其他一些微觀指標(biāo)，來解釋這些患者與正常妊娠者存在的子宮內(nèi)膜容受性上的不同。

Sakumoto等[9]報(bào)道了分泌中期宮腔鏡下子宮內(nèi)膜的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)，其根據(jù)子宮內(nèi)膜表面腺體開口大小及血管分布情況，將子宮內(nèi)膜分為分為“good”和“poor”組，發(fā)現(xiàn)“good”組在IVF-ET時(shí)，妊娠率高于“poor”組。Masamoto等[10]則利用類似的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分組后發(fā)現(xiàn)“poor”組的流產(chǎn)率高于“good”組。這些研究提示著床窗口期觀察子宮內(nèi)膜腺體開口及血管分布情況可能對判斷子宮內(nèi)膜容受性有一定意義。但是，受限于既往宮腔鏡設(shè)備所采集的圖像精度，以及人工智能技術(shù)發(fā)展的不成熟，對于子宮內(nèi)膜腺體開口及血管分布情況的判斷依賴于手術(shù)醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，缺少客觀數(shù)據(jù)。得益于高清攝像設(shè)備在宮腔鏡手術(shù)中的廣泛應(yīng)用，在宮腔鏡手術(shù)中，可以觀察到0.1 mm級別的子宮內(nèi)膜形態(tài)。而在著床窗口期佳型子宮內(nèi)膜血管呈網(wǎng)狀分布，腺體開口大[11]，在高清宮腔鏡下，可以清楚的加以辨識。而與此同時(shí)，隨著近幾年人工智能的逐漸成熟，圖像識別技術(shù)日新月異，并廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，使得利用計(jì)算機(jī)軟件，對高清宮腔鏡所采集的子宮內(nèi)膜圖像中的腺體加以智能識別成為可能。

本研究組制作了一個(gè)針對性的子宮內(nèi)膜腺體識別軟件，對高清宮腔鏡所采集的子宮內(nèi)膜圖像進(jìn)行識別，能有效識別宮腔鏡下的子宮內(nèi)膜腺體，初步做到子宮內(nèi)膜腺體數(shù)量的具體化。經(jīng)與臨床妊娠數(shù)據(jù)相比較，證實(shí)了其在預(yù)測妊娠結(jié)局中的參考價(jià)值。但本研究中的局限性在于硬膜外導(dǎo)管在圖像中的位置是斜行放置到宮底，所以圖像中導(dǎo)管的起始部和1 cm的刻度之間的實(shí)際距離應(yīng)該是小于1 cm的，而且宮腔的形態(tài)并不是一個(gè)平面，因此軟件計(jì)算的框選面積和實(shí)際面積并不完全一致。目前只能借助于帶刻度的硬膜外導(dǎo)管盡可能使圖像采集時(shí)各個(gè)攝像頭的位置盡可能一致，同時(shí)硬膜外導(dǎo)管在圖像中的位置、傾斜程度盡量接近，但是難以做到非常精準(zhǔn)。而且針對Sakumoto等[9]所提出的子宮內(nèi)膜形態(tài)學(xué)分組依據(jù)中，還包括腺體開口大小以及血管分布情況。自帶刻度的硬膜外導(dǎo)管其測量準(zhǔn)確度有限，故無法對子宮內(nèi)膜腺體開口大小做出準(zhǔn)確計(jì)量，另因血管分布同樣受測量精度限制，尚無法做出自動識別及評價(jià)。所以，筆者計(jì)劃設(shè)計(jì)一款帶有刻度的宮腔鏡器械，可以精確測量宮腔的大小及定位攝像頭的位置。同時(shí)目前圖像中腺體的軟件識別率大概在85%左右，希望在日后的工作中可以改進(jìn)算法，進(jìn)一步提高腺體的識別率和準(zhǔn)確度。更可以借助軟件的輔助，測量更多的形態(tài)學(xué)指標(biāo)，如內(nèi)膜腺體的開口大小及內(nèi)膜血管分布情況。甚至可以依據(jù)這些多元化的指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)評分表，使臨床對子宮內(nèi)膜容受性的評估更加科學(xué)及準(zhǔn)確。

綜上所述，利用高清宮腔鏡手術(shù)系統(tǒng)，結(jié)合人工智能發(fā)展而來的計(jì)算機(jī)圖像識別軟件，目前已經(jīng)可以初步做到對子宮內(nèi)膜容受性的數(shù)字化、客觀化評價(jià)，并對預(yù)測妊娠結(jié)局具有參考價(jià)值。當(dāng)然，其各項(xiàng)指標(biāo)仍有待進(jìn)一步改進(jìn)，軟件系統(tǒng)的算法、功能有待進(jìn)一步拓展，以便于將子宮內(nèi)膜容受性的評價(jià)進(jìn)一步數(shù)字化，從而減少經(jīng)驗(yàn)性判斷而造成的誤差，改善患者妊娠結(jié)局，提高IVF-ET治療的經(jīng)濟(jì)性，減少胚胎的浪費(fèi)。