معرفی سیستم CASA (Computer Aided Semen Analysis)

| تعداد بازدید : 778

ناباروری یکی از مشکلات کلینیکی متداولی است کـه مـسائل ثانویـه بسیاری از جمله فشارهای روانی و اجتماعی و افسردگی را بـرای زوج نابارور در پـی دارد . اولـین گـام در بررسـی علـل نابـاروری در مردان بررسی کیفی Semen، شامل اندازه گیری حجـم، دانـسیته ، درصد تحرک و درصد اسپرمهای با مورفولوژی نرمال مـی باشـند.

 

معرفی سیستم CASA (Computer Aided Semen Analysis)

مقدمه

ناباروری یکی از مشکلات کلینیکی متداولی است کـه مـسائل ثانویـه بسیاری از جمله فشارهای روانی و اجتماعی و افسردگی را بـرای زوج نابارور در پـی دارد . اولـین گـام در بررسـی علـل نابـاروری در مردان بررسی کیفی Semen، شامل اندازه گیری حجـم، دانـسیته ، درصد تحرک و درصد اسپرمهای با مورفولوژی نرمال مـی باشـند. در روش متـداول پـس از انـدازه گیـری حجـم و pH نمونـه  Semen معمولاٌ روی لام هموسایتومتری و زیر میکروسکوپ مورد مطالعه قرار می گیرد و بسته به میزان تجربه و تخصص بررسی کننـده مقـادیری تقریبـی بـرای تـراکم یـا دانـسیته اسـپرمها و وضـعیت حرکـت آنهـا استخراج و اعلام میگردد. مشکل عمدة این روش این اسـت کـه ایـن اطلاعات کیفی به تنهایی ارزش زیادی در پیشبینی احتمـال بـاروری ندارنـد. بعـلاوه، طبـق اعـلام  WHO ونتیجـه سـایر مطالعات انجام شده، میزان اختلاف نتایج در دفعات مختلف آنالیز توسط یک فرد به طور متوسط بیش از 30 درصد و این میـزان اختلاف در نتایج به دسـت آمـده توسـط افـراد مختلـف بـیش از 40 درصد می باشد.

این مقادیر قابل توجه واریانس Inter Observer و Intra Observer باعث شده است که روش متداول آنالیز اسـپرم یـک روش قابـل اعتمـاد بـرای بررسـی کیفیـت Semen محـسوب نگردد. به همین دلیل از اوایل دهه 70 تـلاش بـرای ایجـاد یـک سیستم اتوماتیک و یا نیمه اتوماتیک کامپیوتری شروع شد تا بتوان با یک روش واحد و مستقل از کاربر تکـرار پـذیری و در نتیجـه قابلیـت اعتماد را افزایش داد و نیز پیش بینی شده بود که بتوان به کمک آنالیز کامپیوتری، اطلاعات کمی بیشتر و ارزشـمندتری را بدسـت آورد کـه استخراج آنها بدون کامپیوتر غیر ممکن و یا بسیار دشوار است. امروزه ارزش تشخیصی پارامترهایی نظیر ALH، VCL، LIN، VSL کـه تنها توسط سیستمهای آنالیز کامپیوتری قابل محاسبه می باشـند، در پیشبینی شانس باروری اثبات شده است .  ضمناً این پارامترها در مطالعه میزان اثر بخشی درمان و نیز در انتخاب نوع درمان بـسیار مفید میباشند.

در اوایل دهه 70 کامپیوترهای قابل استفاده عمـوم وجـود نداشـت و کامپیوترهای آن زمان دارای قدرت محاسبات بسیار محدود بودند لذا دریافت تصاویر میکروسکوپی توسط کامپیوتر به طور مستقیم امکـان پذیر نبود. لذا این کار تنها در تعداد محدودی از مراکز تحقیقاتی و بـا عکسبرداری از تصاویر میکروسکوپی بـه روش میکروگرافـی و سـپس انتقال آن به کامپیوتر انجام می شد. علاوه بر ضعف کـامپیوتر هـا در آن دوره روش های پردازش تصویر موجود در آن زمـان نیـز قـادر بـه تشخیص و آنالیز اسپرم و جداسازی آن از تصاویر زمینـه و آرتیفکتهـا نبود .

از اواسط دهه 80 با ظهور کامپیوتر های قوی تر و توسعه تکنیکهـای پردازش تصویر و نیز تجهیزات دریافت تصاویر دیجیتال ، تحقیق روی روش های اتوماسیون آنالیز اسپرم سرعت بیشتری گرفت بطوری که اولین سیستم های عمومی بدین منظور وارد بازار شدند. از جمله این سیستم ها سیستم CellSoft بود، که در سال 1985 وارد بازار شد و از همان زمان نام اختصاری ) CASA ( Computer Aided Semen Analyses برای این سیستمها رایج گردید .

دقت بالاتر ، عدم وابستگی به کـاربر و قابـل اسـتناد و قابـل مقایـسه بودن نتایج این سیستم باعث شد کـه تـا سـال 1990 بـیش از  200 مقاله علمی در زمینه بررسی و ارزیابی نتایج و روش هـای اسـتفاده از آن و بطور کلی آنالیز اسپرم در شرایط مختلف بر مبنای نتایج حاصل از آن بـه چـاپ رسـید .

سیستم دومی که در سال 1986 برای اولین بار بـه بـازار عرضـه شـد سیستم HTM-2000 از کمپانی تحقیقاتی  Hamilton –Thorn بود و بعد از مدت کوتاهی در سال 1988 سیستم ارتقاء یافته آن بـه نام HTM-S به بازار عرضه شد و پس از آن نیز در سال 1991 ایـن کمپانی مدل Ivos ودر سال 1992 ،مدل Ceros را به دنیـا عرضـه نمود در طول ایـن سـالها مقـالات زیـادی در مـورد مقایـسه نتـایج و ارزیابی این سیستم ها به چاپ رسیده کـه همگـی حـاکی از قابلیـت اطمینان بسیار سیستم CASA در مقایـسه بـا روش هـای متـداول می باشند .

موج سوم پیشرفت تکنولوژی کامپیوتر با توسعه کامپیوتر های خانگی شروع شـد. امـروزه حتـی کامپیوترهـای ارزان قیمـت خـانگی نیـز از کامپیوترهای اوایل دهـه 90 سـریعتر و پرقـدرت تـر هـستند. بعـلاوه تجهیزات جـانبی نظیـر دوربـین هـای دیجیتـال و تجهیـزات انتقـال تصاویر دیجیتال به کامپیوتر آنچنان متداول شده اند که دیگـر کمتـر کسی وجود دارد که در منزل یا محـل کـار خـود بـا آنهـا سـر و کـار نداشته باشد .

در کنار توسعه چشمگیر کامپیوتر و تصویر برداری دیجیتال، پیشرفت و توسعه روشها و الگـوریتم هـای پیچیـدة پـردازش تـصویر و ظهـور الگوریتم های نوین ریاضـی سـبب شـده تـا سیـستم هـای  ASAC امروزی بـسیار سـریع ، دقیـق و مطمـئن عمـل نماینـد بطوریکـه در ویرایش چهارم دستورالعمل WHO برای آنالیز اسپرم در سال1999 به این روش بعنوان روشی مطمئن و قابل اعتماد وتکرار پذیر اشاره و روی آن تأکید شده است.

 

 سیستم CASA چیست؟

همانگونه که قبلاً گفته شد CASA از حروف اول عبارت (Computer Aided Semen Analyses ( به معنی سیستم آنالیز کامپیوتری Semen تشکیل شده است. این سیستم متشکل از یک میکروسکوپ سـه چـشمی، یـک دوربـین CCD، یـک کـارت سـخت افـزاری بـرای تبـدیل تـصاویر بـصورت دیجیتال، یک کـامپیوتر، و بـالاخره یـک نـرم افـزار بـسیار پیـشرفته پردازش و آنالیز تصویر بر اساس تکنیکهای هوش مصنوعی می باشد . تـصویر لام حـاوی Semen از طریـق چـشم سـوم میکروسـکپ بـه دوربین CCD منتقل با قدرت تفکیک بالا دریافت می گردد. کـارت سخت افزاری فوق الـذکر تـصاویر را بـا کیفیـت و وضـوح بـسیار بـالا دریافت و در هر ثانیه 50 و یا 60 تصویر را ثبت و تبـدیل بـه تـصاویر دیجیتال نموده و در کامپیوتر ذخیره می نماید.

میدانیم که حتی ثبت 25 تصویر در ثانیه بـرای پیوسـته دیـدن یـک تصویر متحرک کافی است لیکن سرعت بـالای 50 یـا 60 تـصویر در ثانیه سبب می شود که حتی مسیر حرکت سـریعترین اسـپرم هـا در نمونه نیز بطور پیوسته و بدون پرش قابل ردیابی و مشاهده باشد.

پس از آن، مجموعـه تـصاویر دیجیتـال ثبـت شـده در کـامپیوتر، بـا تکنیکهای پیشرفته پـردازش تـصویر و الگـوریتم هـای بـسیار دقیـق مبتنی بـر تکنیکهـای هـوش مـصنوعی مـورد بررسـی و آنـالیز قـرار میگیرند. در هر تصویر از مجموعه تصاویر ثبـت شـده، اسـپرم هـا بـر اساس شکل، رنگ و اندازه از زمینه تصویر و از اجسام دیگـر (دبریهـا) تشخیص داده می شوند و در واقع تمام اسپرم هـا در تمـامی تـصاویر مجموعه ثبت شده تشخیص داده می شوند و با توجه به توالی تصاویر ، مــسیر حرکــت تــک تــک اســپرم هــا بــه دقــت ردیــابی و ثبــت می شود.[26] تصویر 1، یک نمونـه از نتیجـه تـشخیص اسـپرمها در یک فیلد را توسط یک سیستم CASA نشان میدهد.

در سیستمهای اولیه و حتی در بعضی از سیستمهای امروزی برای تمایز بیشتر اسپرمها از زمینه تصویر از میکروسکپهای Phase Contrast استفاده شده است . لیکن با پیشرفت تکنیکهای پردازش تصویر، سیستمهای جدیدتر به ندرت از این نوع میکروسکپها استفاده می کنند و با استفاده از میکروسکپهای معمولی هزینه کلی سیستم را کاهش داده اند.

شکل : 1 یک نمونه از نتیجه تشخیص اسپرمها در یک فیلد. اسپرمها با حاشیه زرد رنگ نشان داده شده اند

 

روش اندازه گیری غلظت اسپرم ها در سیستم CASA چگونه است؟

در سیستم های CASA نمونه Semen توسـط لام ویـژه ای بنـام Sperm Chamber در زیر میکروسکوپ قرار میگیرد . در یک نوع از این اسپرم چمبرها که در سیستم CASA مدل HFTCASA ارائه شده توسط این شرکت مورد استفاده قرار می گیرد، چهار عـدد پایه از جنس کریـستال روی لام ویـژه ای (مطـابق شـکل (2 نـصب شده است که پس ازقرارگیری لامل مخصوص روی آن فاصله سـطح لام از لامل در تمامی سطح با دقت بسیار بالا برابر مقدار 0/01 میلی متر یا 10 میکرومتـر حفـظ میـشود. لازم بـه ذکـر اسـت  sperm chamberمورد استفاده، با کیفیت بسیار بـالا دارای تاییدیـه CE بوده وهرکدام بصورت مجزا دارای گواهی کالیبراسیون میباشند . فضای 10 میکرومتری بین لام و لامل سبب می شود که اسـپرم هـا بدون محدودیت حرکتی، هرگز از سطح فوکوس میکروسکوپ خارج نشوند . بدین ترتیب در هر فیلد پس از تشخیص تک تک اسپرمها (مشابه نمونـه نـشان داده شـده در شـکل (1، و شـمارش آنهـا و محاسبه میانگین تعداد اسپرم ها در واحد سطح، می توان بدقت بـه دانسیته اسپرم در واحد حجم پی برد. بمنظـور انـدازه گیـری دقیـق طول و سطح در سیستمهای CASA، آنها را در زمان نصب، توسط لامهای مدرج دقیق کالیبره مینمایند.

پایه های کریستالی

شکل : 2 تصاویر و شمای برش عرضی Sperm Chamber

 

 روش Grade بنـــدی اســـپرم هـــا در سیستم CASA چگونه است ؟

جهت بررسی مسیر و سرعت حرکت اسپرمها ، سیـستمهای CASA از هر فیلـد میکروسـکپی بـرای مـدت مشخـصی ، مـثلاً یـک ثانیـه، فیلمبرداری میکنند. این کار معادل گرفتن 50 یا 60 تـصویر متـوالی در هر ثانیه است. همانگونه کـه در بخـش II گفتـیم، سیـستم هـای CASA تک تک اسپرم هـا را در هرتـصویر تـشخیص میدهنـد و بـا دنبال کردن و ردیابی آنها در تصاویر متوالی ذکر شده مـسیر حرکـت هر یک از اسپرمها تشخیص داده میـشود. معمـولاٌ ایـن مـسیرها روی یکی از تصاویر هر فیلد ترسیم و به کـاربر نیـز نـشان داده میـشوند. همواره علاوه بر مسیر حرکت واقعی اسپرمها، مسیر متوسـط حرکـت بدون در نظر گرفتن حرکات زیگ زاگی جانبی آنها را نیـز محاسـبه و نشان میدهند.

شکل 3 آخرین تصویر از یک مجموعه تصاویر ثبت شده از یک فیلد میکروسکپی نمونه را نشان میدهد که مسیر حرکـت واقعـی اسـپرمها روی آن با رنگ آبی ترسیم شـده اسـت. خطـوط قرمـز رنـگ مـسیر متوسط حرکت را نشان میدهند.

شکل :3 خطوط آبی رنگ مسیر واقعی حرکت اسپرمها (مسیری که اسپرمها واقعاٌ طی کرده اند) و خطوط قرمز رنگ مسیر متوسط حرکت را بدون در نظر گرفتن حرکات زیگ زاگی جانبی اسپرمها نشان میدهد.

 

بدین ترتیب با داشتن مسیر حرکت اسپرمها و با توجـه بـه مـشخص بودن مدت زمان ثبت این مسیرها، سرعت حرکت تمامی اسپرم ها در هر فیلد بطور جداگانه ثبت میشود. ضمناٌ علاوه بر سرعت حرکت آنها در مــسیر واقعــی (VAP) ، ســرعت در مــسیر مــستقیم (VSL) وسرعت اسپرم ها در مسیر متوسط (VAP) نیز محاسبه مـی شـوند (این پارامترها در بخش IV بطور مبسوط تشریح شده اند).

در اکثر سیستم های CASA علاوه بر میانه این مقادیر که بین کلیه اسپرمهای مشاهده شده محاسبه میشود ، نمودار آمـاری توزیـع ایـن سرعتها نیز استخراج و نمایش داده می شود.مطابق پیشنهاد  WHO اسـپرم هـا بـر اسـاس سـرعت هـای محاسبه شده در 4 گروه A، B، C و D دسته بندی می شوند . گروه A اسپرم هایی هستند که سریع و پیشرونده (  Progressive) هستند. اسپرم های گـروه B نیـز اسـپرم هـای پیـشرونده ولـی بـا سرعتی کمتر از گروه A هستند.گروه C اسپرم های متحرک اند کـه حرکتشان پیشرونده نمی باشد و بصورت درجا حرکت می کننـد و یـا دارای حرکت مارپیچی و چرخشی هستند. و بالاخره گـروه D اسـپرم های غیر متحرک اند.

بطور معمول برای یک آنالیز اسپرم بین 5 تا 20 فیلـد میکروسـکوپی مورد بررسی قرار می گیرد. که این تعداد فیلد معـادل بررسـی  1000تا 20000 عـدد اسـپرم مـی باشـد. سیـستمهای CASA بـا حفـظ اطلاعات حرکتی و سرعت های متفاوت هریـک از اسـپرم هـا قادرنـد نمودارهای توزیع آماری سرعت حرکت اسپرم ها را نمایش دهند. بطور نمونـه سیـستم CASA مـدل HFTCASA نمـودار توزیـع آماری سـرعت هـای VCL,VSL و VAP را نمـایش مـی دهـد  (شکل 4 نمونه ای از این نمودارها را نمایش میدهد).

 

 ارزش نمودار توزیع آماری سرعت اسپرم در چیست ؟

گرچه سیـستم هـای CASA مشخـصات کلیـه اسـپرم هـا را بطـور جداگانه محاسبه می نماید لیکن برای ارائه گزارش خلاصه کـه بـرای پزشکان بطور کلی قابل اسـتفاده باشـد، مقـادیر میانـه پـارامتر هـای حرکتی را نیزگزارش می نماید و ایـن مقـادیر میانـه بـرای بررسـی و تـشخیص اکثـر ناهنجـاری هـای Semen و تجـویز درمـان کـافی می باشند.

باید توجه داشت که توزیع آماری بیشتر پـارامتر هـای انـدازه گیـری شده، از توزیع نرمال پیروی نمی کند، لذا از لحاظ آماری تنهـا توجـه به تغییرات میانه کافی نبوده و توجه به تغییرات منحنی توزیع آماری پارامترها، اطلاعات ارزنده ای را بدست می دهد.

شکل : 4 نمونه ای از نمودار توزیع آماری سرعت ها و Grade بندی اسپرم

 

 تشریح پارامترهای حرکتی اسپرم

طی سالهایی که سیستم های CASA توسعه یافته انـد پارامترهـای حرکتی مختلفی توسط آنها تعریـف و ارائـه شـده انـد لـیکن امـروزه WHO مجموعه مشخصی از پارامترها را بدین منظور پیشنهاد کرده است [4] که کلیه سیستم های CASA از آن تبعیت می نمایند.اگر مسیر حرکت یک اسپرم را از نقطه A به نقطه B مطابق شـکل 5 فرض نماییم این پارامترها بدین شرح اند :

) VSL سرعت مستقیم الخط اسپرم ها برحسب میکرومتر بر ثانیه )

عبارت است از سرعت اسپرم روی خط فرضی مستقیم واصل بین نقطه A و B (مسیر مشخص شده با نقطه چین ) یعنی طول مسیر مستقیم از نقطه A تا نقطه B تقسیم بر زمان طی این مسیر . بدیهی است که هرچه مسیر حرکت اسپرم ها پیچیده تر و غیر خطی ترباشد مسافت مستقیم طی شده کمتر و نهایتاً اسپرم VSL کمتر خواهد بود.

شکل : 5 مسیرهای واقعی، متوسط و مستقیم حرکت اسپرمها

 

) VCL سرعت واقعی اسپرم ها در مسیر واقعی طی شـده برحـسب میکرومتر بر ثانیه ): عبارت است از خارج قـسمت طـول واقعـی طـی شده در مسیر پیچیده حرکت اسپرم (مسیر مـشخص شـده بـا خـط پیوسته) تقسیم بر زمان طی این مسیر

VAP )سرعت در مسیر منحنی الخط میانگین برحـسب میکرومتـر بر ثانیه ) : اگر تغییـر جهـت هـای سـریع اسـپرم را نادیـده بگیـریم می توان فرض کرد که اسپرم ها یک مسیر منحنی الخط متوسـط را طی می کنند ( مسیر مشخص شده بـا خـط نقطـه ) خـارج قـسمت طول این مسیر بر زمان طـی مـسیر ، سـرعت در مـسیر متوسـط یـا VAP می باشد.

LIN )معیار خطی بودن حرکت برحسب درصد ) : این پارامتر یـک پارامتر محاسباتی بوده برابر نـسبت سـرعت VSL برسـرعت VCL

برحسب درصد می باشد. بدیهی اسـت هرچـه مـسیر حرکـت واقعـی اسپرم به خط مستقیم واصل بین دو نقطه ابتدایی و انتهایی نزدیکتـر باشـد VSL و VCL بهـم نزدیکتـر و ایـن پـارامتر بـه100 درصـد نزدیکتر است.

STR )معیار مستقیم الخط بودن بر حسب درصد ): این پارامتر نیز یک پارامتر محاسباتی بوده برابـر نـسبت سـرعت VCL بـه سـرعت VAP بر حسب درصد مـی باشـد. ایـن پـارامتر نیـز بـین صـفر تـا صددرصد است و ملاکی از نزدیک بودن مـسیر حرکـت متوسـط بـه خط مستقیم واصل بین نقاط ابتـدایی و انتهـایی اسـت. هرچـه ایـن پارامتر به 100 درصد نزدیکتر باشد بـدین معنـی اسـت کـه اسـپرم گذشته از حرکات سریع زیک زاکی خود بطور متوسط بصورت خطی حرکت کرده است.

Wobble ) WOB بر حـسب درصـد) : ایـن پـارامتر نیـز بـصورت نسبت سرعت VAP به سرعت VCL برحسب درصد تعریف میشود و بیانگر میزان حرکات تند و زیک زاکی اسپرم حول مـسیر میـانگین می باشد.

ALH (حداکثر دامنه حرکات جـانبی برحـسب میکرومتـر ): دامنـه حرکات جانبی سریع سر اسپرم در اطراف مسیر میـانگین بـر حـسب میکرومتر را حداکثر دامنه حرکات جانبی یا ALH گویند.

) MAD متوسط زاویه چرخش بر حسب درجه ) : عبـارت اسـت از متوسط زاویه تغییر جهت سر اسپرم ها در طول مسیر حرکـت را بـر حسب درجه.

BCF (فرکانس حرکات جانبی برحسب هرتز ) عبارت است از تعداد دفعاتی که سر اسپرم در هر ثانیه بـصورت جـانبی حرکـت و مـسیر میانگین را قطع میکند.

جدول 1، کلیه پارامترهایی را که سیـستم آنـالیز دینامیـک سیـستم CASA مدل Weili-9000 در گـزارش خلاصـه خـود ارائـه مـی نماید ، بطور خلاصه نشان می دهد. همانگونه که پیشتر نیز ذکر شد، علاوه بر این پارامترها نمودارهای توزیع آماری سرعتها و تـصاویری از فیلدهای مختلف مشاهده شده نیز قابل چاپ می باشند.

تهیه شده توسط بخش تحقیق و توسعه شرکت مهندسی هوشمندفن آور


نویسنده

واحد تحقیق و توسعه آزمایشگاه اریترون

تماس با ما


اریترون یک آزمایشگاه تخصصی است که از راه های مختلف می‌توانید با آن در تماس باشید و پرسش ها و مشکلات خود را به آسانی با متخصصین ما در میان بگذارید.

 

ساعت کار آزمایشگاه از 06:30 صبح الی 10 شب به طور یکسره و روزهای تعطیل از 7 صبح الی 2 بعد از ظهر

اصفهان / خیابان شیخ صدوق شمالی / خیابان شیخ مفید غربی

جواب آزمایش خود را به آسانی از طریق ربات تلگرامی به آدرس [email protected] دریافت نمایید.

شماره تماس : 2-36633621 - 031

شماره فکس: 89784728- 021

[email protected]

کد پستی : 76351-81647