Seguimiento de espermatozoides en secuencias de imágenes de microscopía confocal

Abstract

En este documento se presenta el proyecto Tracking de Espermatozoides, el cual consiste en el estudio de métodos e implementación de una herramienta que sea capaz de realizar el seguimiento y medida de fluorescencia de espermatozoides; incorporando un análisis de la incidencia de la frecuencia de muestreo de las imágenes en los resultados obtenidos. Líneas de investigación de investigadores de la Facultad de Medicina acerca de la relación entre el movimiento y el nivel de fluorescencia de los espermatozoides, fueron la base que permitió realizar el presente proyecto. El trabajo realizado abarca un abanico de temas y disciplinas para lograr tener no solo una herramienta que sea capaz de realizar el seguimiento de múltiples espermatozoides, sino que además se tenga la mayor información acerca del desempeño esperado y la incidencia de los parámetros de adquisición de las secuencias. Desde hace más de cinco décadas se desarrollan sistemas que permiten el seguimiento de espermatozoides en secuencias de imágenes de luz transmitida, pero no es común encontrar uno que realice el seguimiento en imágenes de fluorescencia. Asimismo, estos sistemas son cerrados y comerciales, por lo que no se tiene información específica de cómo realizan el seguimiento y cómo se calculan las medidas que terminan caracterizando las trayectorias. Esto desemboca en que no todos los investigadores tengan acceso a sistemas que les permitan realizar análisis en el área de motilidad de espermatozoides, y que además el progreso de estos sistemas se vea estancado. A partir de lo planteado, se desarrolló una herramienta de código abierto, que no solo funciona con secuencias de imágenes de fluorescencia, sino que además se agrega la funcionalidad en secuencias de imágenes de luz transmitida. Las medidas obtenidas son comparadas con un sistema comercial, obteniéndose resultados extremadamente similares. Se realizó una serie de evaluaciones a la herramienta desarrollada, lo que permitió tener documentado el rendimiento esperado de la misma, frente a distintos parámetros en la adquisición. Se estudió cómo incide la frecuencia de muestreo de imágenes en el seguimiento y en las medidas obtenidas, y se logró verificar la dependencia existente con éste parámetro y los resultados que se obtienen. Adicionalmente, se probaron distintos algoritmos de seguimiento y se mostraron los resultados obtenidos para cada algoritmo en función de la frecuencia de muestreo, pudiéndose obtener de manera cualitativa conclusiones de cuáles son los más adecuados a aplicar en la herramienta. Se estudió cuáles son los parámetros en la adquisición para obtener muestras que permitan lograr un desempeño óptimo de la herramienta. Para ampliar el área de clasificación del movimiento de los espermatozoides, se investigó el área de clasificación automática de trayectorias. Se estudiaron diversas arquitecturas de redes neuronales y estrategias que permiten realizar clasificación y obtención de características, a partir de las trayectorias obtenidas a partir del seguimiento, y en base a estas características realizar agrupamientos. Se probó un proyecto en el cual las trayectorias son inyectadas en un módulo que permite obtener características de las mismas, y en función de estas características se estudió el agrupamiento de las trayectorias. Se tuvieron resultados interesantes, donde se los compara con la clasificación establecida por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Por último, se dejó una serie de módulos desarrollados de uso libre. Esos módulos están compuestos por : *La herramienta en sí que permite realizar el seguimiento y medida de fluorescencia de espermatozoides. *Un contenedor con la herramienta para que su distribución sea más fácil. *Un proyecto de generación de secuencias sintéticas que simula el movimiento de los espermatozoides y la naturaleza de las imágenes de fluorescencia. *Un contenedor donde se realiza la evaluación de la herramienta con distintos algoritmos de seguimiento.