Evaluation of Sperm Motility by Optical Diffractometry of Spermatograms

Summary:  Evaluation of sperm motility based on analysis of spermatograms by optical diffractometry was performed. Spermatograms are defined as images of sperm tracks obtained on microphotographs by dark field illumination with long exposure time. Single track analysis proved that the details concerning single tracks are “seen” and recognized by the technique of optical diffractometry. Normal “linear”, as well as abnormal “irregular”, including “circular”, tracks were numerically described. Multitrack analysis: The general pattern of all tracks contained in particular spermatograms derived from two groups of semen classified by hospital laboratory as “high” (control) and “low” (“mediocre”) motility of spermatozoa, respectively, were analysed by optical diffractometry. The hospital laboratory was asked to provide for diffractometric analysis samples of the “mediocre” semens of quality similar enough to the “control” ones what concerns the percentage of motile spermatozoa (40 percent) and spermatozoan concentration. Diffraction patterns of 102 spermatograms of control sperm and of 103 spermatograms of sperm qualified as “mediocre” by subjective microscopic evaluation of sperm motility, were analysed and compared. Using discriminant analysis based on parameters describing radial distribution of light intensity in diffraction patterns of control and “mediocre” spermatograms, it was possible to classify correctly 71 cases as high motility sperms out of 102 spermatograms evaluated beforehand by hospital laboratory criteria as control ones. In the group of 103 spermatograms classified as “mediocre” sperms by hospital laboratory criteria 69 cases were correctly recognized as “mediocre” by diffractometric analysis. The overlapping of the analysed two groups of sperm by 30 percent might be explained by the fact that in the control spermatograms many trajectories are formed by inefficient, slow moving spermatozoa. The opposite is true for sperms classified as “mediocre” which contain quite large subpopulation of normal spermatozoa. It seems that the 70 percent level of correct classification by optical diffractometry of spermatograms, related to subjective classification, is high enough to try to use the discussed method on a larger scale for semiautomatic classification of spermatozoa. Zusammenfassung:  Es wird eine Auswertung der Spermatozoen‐Motilität (Sp. M.) vorgenommen, die auf einer Analyse der Spermiogramme mittels der optischen Diffraktometrie (o. D.) basiert. Die Spermiogramme (Sp.) wurden als Bilder der Sp.‐Spuren definiert, welche durch Mikrophotographien mit Dunkelfeldbeleuchtung mit langer Belichtung gewonnen wurden. Die Einzel‐Spur‐Analyse beweist, daß die Details hinsichtlich der Einzelspuren “gesehen” und erkannt wurden mittels der o. D. Normal “linear”, sowie abnormal “irregulär” einschl. “cirkulär” wurden zahlenmäßig beschrieben. Die Mehrspuranalyse beruht auf einzelnen Sp., die aus zwei Samengruppen stammen und vom Krankenhauslabor als “hoch” (Kontrolle) und “gering” (mäßig) motile Spermatozoen eingestuft waren. Das Krankenhauslabor war gebeten worden, für die o. D. Proben mit “mäßiger” Qualität bereitzustellen, die ähnliche Bedingungen wie die Kontrolle aufweist, was sich auf 40% Motilität und Spermatozoendichte bezieht. Die o. D.‐Werte von 102 Sp. der Kontrollen und von 103 Sp., die als “mäßig” eingestuft waren aufgrund der subjektiven mikroskopischen Untersuchung, wurden analysiert und verglichen. Unter Verwendung der Diskriminanzanalyse — basierend auf den Parametern, wie sie für die Strahlenverteilung der Lichtintensität bei den o. D.‐Mustern der Kontroll‐ und “mäßigen” Sp. beschrieben wurden ‐, war es möglich korrekt 71 Fälle als hoch motile Samenproben von 102 Sp. zu klassifizieren, die im voraus durch das Krankenhauslabor als Kontrolle angegeben waren. In der Gruppe von 103 Sp., die durch das Krankenhauslabor als “mäßig” deklariert waren, konnten 69 Fälle mittels o. D. korrekt als “mäßig” eingestuft werden. Das übereinandergreifen der analysierten zwei Spermaproben könnte durch die Tatsache erklärt werden, daß bei den Kontroll‐Sp. viele Spurenbahnen durch untauglich, gering bewegliche Spermatozoen verursacht werden. Das Gegenteil trifft für Spermaproben zu, die als “mäßig” klassifiziert sind und eine große Subpopulation von normalen Spermatozoen enthalten. Es hat den Anschein, daß der 70%‐Wert der korrekten Klassifizierung mittels o. D. im Hinblick auf die subjektive Klassifizierung nicht genug ist, um mit der diskutierten Methode einen Versuch für eine semiquantitative Klassifizierung der Spermaproben zu machen.