[易学堂]数字化远程操控 ICSI 系统：技术集成与临床可行性研究

本次介绍的论文提出一种数字化远程操控 ICSI 系统，创新性地集成 AI、激光与压电技术，实现全流程 23 步显微操作的自主或数字控制，首次在 3700 公里远程操控下成功诞生活婴。该创新验证了辅助生殖远程医疗的可行性，为实验室自动化与标准化提供解决方案，虽操作效率及全自主化程度仍需提升，但为辅助生殖技术的数字化转型提供了关键临床证据与优化方向。 Mendizabal-Ruiz G, Chavez-Badiola A, Hernández-Morales E, Valencia-Murillo R, Ocegueda-Hernández V, Costa-Borges N, Mestres E, Acacio M, Matia-Algué Q, Farías AF, Carreon DSM, Barragan C, Silvestri G, Martinez-Alvarado A, Olmedo LMC, Aguilar AV, Sánchez-González DJ, Murray A, Alikani M, Cohen J. A digitally controlled, remotely operated ICSI system: case report of the first live birth. Reprod Biomed Online. 2025 May;50(5):104943. doi: 10.1016/j.rbmo.2025.104943. Epub 2025 Apr 10. PMID: 40210512.

研究背景

在辅助生殖技术（ART）领域，胞浆内单精子注射（ICSI）的操作精度长期依赖胚胎学家的专业技能，但人为因素导致的操作变异性、高强度培训成本及疲劳应激等问题始终存在。自 1992 年 ICSI 首次临床应用以来，其技术框架未突破人工操作的局限，尽管早期研究尝试过精子自动固定等部分步骤的自动化，但全流程数字化操控的临床报道仍较为匮乏。基于此，本研究旨在开发一套可远程操控的全自动 ICSI 系统，并通过预临床与临床验证探索其在人类辅助生殖中的可行性，为解决传统操作中的效率瓶颈与标准化难题提供新路径。 远程卵胞浆内单精子注射实验装置

研究方法：系统构建与验证设计

（一）自动化 ICSI 系统的技术集成 研究团队开发的远程操控系统以多学科技术融合为核心，硬件层面整合 Olympus IX81 倒置显微镜、Tokai Hit 加热台、Lykos DTS 非接触激光及 Eppendorf PiezoXpert 压电执行器，通过 Prior Scientific 电动载物台实现亚微米级定位控制，配合 Arducam IMX477 相机完成实时图像传输。软件层面搭载自主研发的 SiD 人工智能系统，利用深度学习算法对精子头部、中段及尾部进行形态学分割与轨迹跟踪，可自动筛选优质精子并引导激光聚焦尾部中段实施双脉冲固定。该系统可执行 ICSI 全流程 23 个显微操作步骤，支持 AI 自主控制或通过≥50Mbps 宽带网络进行远程数字干预，形成闭环操作体系。 （二）预临床与临床实验设计 预临床验证采用双动物模型体系：在小鼠实验中，176 枚卵母细胞经激光固定后行 piezo-ICSI，173 枚采用机械固定作为对照，记录受精率、囊胚形成率及活产率；仓鼠模型中，102 枚卵母细胞由远程操控员通过数字界面完成 ICSI，另 102 枚手动注射对照，评估 2 小时卵母细胞存活率。临床研究经墨西哥 CONBIOETICA 注册 IRB 批准，纳入 40 岁 AMH 0.1 ng/ml 的原发性不孕患者，使用 23 岁供卵者的 8 枚成熟卵母细胞（5 枚自动化组、3 枚手动组），精子经密度梯度离心与上游法制备，所有受精卵培养 5 天后行单胚胎移植。

研究结果：动物模型与临床应用成果

预临床验证中，小鼠模型实验显示，176 枚经激光固定精子后行 piezo-ICSI 的卵母细胞，受精率为 98.8%、囊胚形成率为 80.7%，与 173 枚机械固定精子的对照组（受精率 99.4%、囊胚率 80.6%）相比无显著差异（chi-squared test，P=0.57 和 0.93），且激光组 94 枚囊胚移植后的活产率为 40.4%，与对照组（47.8%）无统计学差异（P=0.31）。仓鼠模型中，远程操控员通过数字界面完成 ICSI 的 102 枚卵母细胞，2 小时后存活率为 94.1%，与手动注射组的 97.1% 相近（Fisher’s exact test，P=0.50）。 临床研究中，40 岁患者使用 23 岁供卵者的 8 枚成熟卵母细胞（5 枚自动化组、3 枚手动组），自动化组受精率为 80%（4/5），手动组为 100%（3/3），两组各形成 2 枚可用囊胚，其中自动化组冻融囊胚移植后，患者于 38 周剖宫产分娩 3.3kg 健康男婴，该操作由 3700 公里外的纽约团队远程完成，全程仅 1 次因卵母细胞位置偏移需现场干预。

A：新鲜移植远程 ICSI 囊胚（ERICA 排名最高），未妊娠； B：远程 ICSI 冻融囊胚复温后 4 小时重新扩张； C：冻融囊胚移植后 6 周超声显示单胎妊娠（含胎心）。

研究创新：技术突破与行业价值

本研究的核心创新在于首次实现 ICSI 全流程显微操作的数字化闭环控制：通过 SiD 算法将精子筛选标准化，结合激光 – 压电组合技术替代传统人工经验，突破了地域限制与人为变异性瓶颈。系统 49.6% 的自主操作率为资源匮乏地区提供了技术可及性 —— 如墨西哥实验室通过远程操控连接纽约专家资源，使高龄卵巢储备下降患者成功妊娠，体现了数字化技术对医疗资源配置的优化潜力。此外，研究建立的 “AI 执行 + 远程干预” 模式重新定义了胚胎学家的角色，使其从传统操作者转型为系统监督者，通过数字界面调整激光能量等参数，推动 ICSI 向标准化、智能化方向发展。

讨论与结论：现实挑战与未来方向

当前技术仍存在操作耗时较长、网络依赖性强等局限，全自主化需突破微环境动态适应等技术瓶颈。未来优化将聚焦 AI 算法轻量化、低延迟远程架构开发及微流控样本前处理自动化。研究证实，远程操控 ICSI 系统以 80% 的受精率实现临床活产，为辅助生殖实验室的自动化转型提供了关键证据，其展现的标准化潜力有望推动全球 ART 实践的可及性与均质化发展，开启数字化辅助生殖的新篇章。