2022 Fiscal Year Research-status Report

Analysis of characteristics of good sperm at ICSI and creation of sperm grading method by artificial intelligence

Research Project

Project/Area Number	19K09734
Research Institution	Yokohama City University
Principal Investigator	湯村寧横浜市立大学, 附属市民総合医療センター, 准教授 (30522023)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	濱上知樹横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (30334204)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords	精子 / 生殖補助医療 / 顕微受精 / 人工知能 / 機械学習 / 選別
Outline of Annual Research Achievements	顕微受精の成績は胚培養士が選別する精子の状態に依存する。さらに良好な、顕微受精に適した精子の選別は胚培養士の経験と知識に大きく依存する。我々は顕微受精時の精子選別方法に関する胚培養士の知識・経験を人工知能に学習させることで、培養士のいう「良好精子」の物理的特徴を分析し、良好と定義される因子を用いて各精子に格付け(Grading)を行うシステムを作製することを本研究の目的とした。まず胚培養士が判断する「良好な精子」の基準を見出すことと、機械学習に必要な大量のラベル付された映像情報(ここでは精子映像)を入力する必要があった。そのため(1)クラウド上にラベル入力用のアプリケーションを作成、(2)同意を得た患者の顕微授精時の精子映像をアプリへ取りこませる。(3)このアプリケーションは胚培養士が映像内の精子一個一個に5段階で点数をつけられるように設定されており、日本全国の経験豊富な培養士43名に協力していただき、点数をつけてもらった。同じ映像でも43名の培養士全員が同じ評価をつけることはなく評価分布が生じる。この評価分布はヒストグラムとして表示される。我々は精子映像とそこからえられたヒストグラムをもとに機械学習を行い、精子の映像から予測されるヒストグラムを作成するシステムを開発した。令和3年度末で約27,000個の映像にたいして機械学習が行われた。現時点でトレーニングを行なった人工知能が予測した精子の評価分布と経験ある胚培養士たちが回答した評価分布との誤差は1.43%でありさらに誤差修正を行なっている。加えて本来の目的である特徴分析の精度を上げるためデータの増加とさらなる機械学習を追加する予定。また、次の研究のために必要な精子の判定システムも共同してくれる企業がみつかり、現在準備中です。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 研究予定として令和3年度末までに良好精子の特徴分析と精子の選別システムを完成させる予定であった。しかしコロナ禍で分担研究者の濱上研究室が機能しなかった時期があったこと、もともとラベル入力はPCを各培養士に配布して行ってもらう予定であったものがクラウドシステムを開発したことやそれにともない倫理審査を再度行ったことが原因であったがのちにクラウドシステム導入のおかげで多くの培養士から効率よく情報が集められたため、この遅れは軽度になった。その後、精度をあげるためにさらなる機械学習が必要であるので、そのためのデータ収集と令和3年度に行った培養士との共同作業とそのデータを基にした機械学習や論文作成、国際学会での発表が残っている。また選別システムの開発、とくにユーザーインターフェースの開発は濱上研究室では困難であり、企業を探す必要が出てきたものの、その企業がみつからなかったことが遅れにつながっている（現在はその企業もみつかり機器開発を進めている）。
Strategy for Future Research Activity	まずはユーザーインターフェースの開発を行い、実際に機器開発を行う方向である。その機器を用いてさらに研究を進めるが、実際にこの測定器で選別された精子は妊娠しやすい精子なのかを検証する必要があり、現在はその準備を進めている。
Causes of Carryover	２０２２年度は企業を探すこと、みつけた企業との交渉に費やしたためクラウド使用料のみしかお金を使いませんでした。その企業も今回みつかったため、次年度は企業の方の開発費として使用できると思います。