精子運動能力評價方法研究進展

尚可可，張西亞，韓勝利，李國翬

（1.天津大學 精密儀器與光電子工程學院，天津 300072；2.天津醫科大學總醫院 設備科，天津 300052；3.天津市計量監督檢測科學研究院， 天津300192； 4.天津開發區奧金高新技術有限公司，天津 300072）

目前，全國育齡夫婦約2.3億人，不孕不育發生率在15%～20%，男性不育的發病率呈逐漸增加的趨勢,約占男女不育不孕的一半。男性不育的臨床評估和基礎研究的一項重要試驗是精子受孕能力檢測。

精子受孕能力是生育能力的重要指標，由于受精過程是一個復雜的理化反應過程，受到許多因素的影響，在實際操作中，直接測量體內受孕能力[1-3]比較困難、成本高、方法繁瑣。而精子離體運動能力分析在某方面與精子體內受孕能力存在著良好的相關性，因此，精子運動能力是評價受孕能力重要的指標。

精子運動能力客觀評價方法經歷了最初的肉眼顯微鏡觀察方法、光散射測量到計算機輔助精子運動特性分析，對精子運動能力評價越來越準確、越來越客觀。本文對精子運動能力評價方法進行簡單介紹。

1 傳統人工精子運動能力分析

傳統的人工精子運動能力分析由有經驗的醫生通過生物顯微鏡放大精液樣本圖像，觀察一定數量的精子，計數一定的時間內精子運動經過的距離，然后計算平均值。這種人工的計數方法主觀性強、準確性低、重復性差，而且操作醫生需要經過特殊訓練和長期實踐。

隨后出現定時曝光技術，采用暗視野顯微鏡對運動中的精子進行定時曝光拍照，根據不同精子留下的軌跡長度，可以求出它們運動速度的快慢。該方法缺點是曝光時間太長、軌跡粗重、重疊后不易辯認。如單純縮短曝光時間，精子運動的軌跡又太短，難于比較運動的差異。

為了克服定時曝光技術的問題，多次曝光技術被采用。在光源與視野之間加一個黑盤，上面有6條狹縫透光，在1s曝光時間，黑盤轉一圈，這時精子的運動軌跡就成了6個連成串的亮圓圈，克服了上述缺點。該方法在一些臨床和研究單位仍被采用。

2 激光光散射測量法

激光光散射方法是通過分析精子散射光光譜獲得精子的運動特性。激光器發射的光經濾光片衰減后，照射精子發生光散射，根據光學多普勒效應，精子活動速度決定散射光的光譜。通過頻譜分析，可以得到精子運動速度平均值及速度分布函數等運動指數。該方法可以無害地同時對數百個精子運動速度進行實時、在線評價，完全排除主觀因素。

宋傳琳等[4]在上世紀90年代已經開始研究該方法，基于該方法，經過1000多例臨床研究，證實了正常人精子運動速度平均為35μ m/s，多數不育病人的精子運動速度偏低，平均為31μ m/s，低于28μ m/s者可認為精子活力不正常。

該方法設備簡單、技術成熟、已得到較廣泛應用。然而，該方法只能測得精子運動指數，不能得到精子形態及運動姿態等參數。精子形態是精子的重要特征,近年來國際上非常重視人類精子的形態學分析。體外受精研究表明,正常形態精子數量與受精率呈正相關,畸形精子很少能結合到卵透明帶上[5]。

3 精子動態特性計算機自動分析方法

近年來，隨著計算機技術和圖像處理技術的發展，計算機輔助精子運動能力分析(CASA)方法得到迅速發展。該方法是將顯微鏡下精子圖像采集到計算機中，結合圖像處理技術，實時、在線顯示分析精子的形態和運動軌跡。在此基礎上計算WHO手冊規定精子曲線運動速度（VCL）、直線運動速度、精子密度、精子活率等參數[6]。通過多元方差分析獲知精子活動的模式、活力和耐力的綜合情況。

CASA方法測量結果受系統參數[7]、圖像采集時閾值設定[8]、圖像采集卡性能[9]、圖像處理算法[10]等因素的影響，采用該方法進行測量需要建立嚴格的取樣、操作流程，測試時溫度嚴格保持在25～35℃，精子計數板深度為8～10μ m。

為了對CASA方法客觀評價，進行了一系列對比試驗。宋傳琳等采用CASA方法與激光散射方法進行對比實驗，發現兩種方法測量結果有很高的相關性[11]。Rajinder S. Sidhu[12]采用CASA方法與人工觀測進行對比實驗，實驗表明：當精子濃度低于20×106/mL時，CASA方法和人工檢測的結果偏差較大；當樣本經過冷凍復蘇， CASA檢測結果偏低。Mathew James Tomlinson[13]對已知濃度的模擬介質進行實驗，結果表明：CASA檢測結果比人工檢測精度和準確性要好。因此該方法為醫學臨床和科研提供了一種客觀、定量、準確的測試手段[14,15]。此外，該技術還在各類動物檢測中有廣泛運用[16]。

CASA系統包括顯微成像部分、光電圖像轉化部分和圖像處理及分析部分。前兩部分技術較為成熟，目前研究工作主要集中在精子目標追蹤算法及目標識別[17]。其中，雜質的有效識別和精子密集區的多精子跟蹤是難點。CASA系統使用時，雜質包括小氣泡、環境的固態雜質和精液自身雜質。環境的固態雜質和精液自身雜質，和精子面積差別大，容易篩除，而小氣泡和精子不論面積還是圖像灰度十分接近，難于區分，最好的解決方法是采用熒光標記的方法來區分。

CASA系統總體來說技術較為成熟，目前處于產品研發階段。各機構在產品的易用性和智能性方面進行了深入研究。

4 發展展望

分子生物學研究深入和檢測技術發展，使精子檢測從宏觀向微觀發展。光譜檢測技術為監測精子內部成分變化提供了手段，Aleksander Giwercman[18]研究了精子活力和染色體結構的關系，徐德祥[19]采用原子吸收光譜檢測血清和精液中硒濃度。

隨著人工授精技術發展，單個精子質量評價越來越受矚目，采用光鑷技術[20]結合拉曼光譜對單個精子進行操控和進行分子層面的檢測成為該領域研究熱點。

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