第三代試管嬰兒也稱胚胎植入前遺傳學診斷（PGD），指在試管嬰兒胚胎移植前，取胚胎的遺傳物質進行分析，診斷是否有異常，篩選健康胚胎移植，防止遺傳病傳遞的方法。通常檢測物質取4～8個細胞期胚胎的1個細胞或受精前后的卵第一二極體。取樣不影響胚胎發育。第三代試管嬰兒技術能排除基因缺陷，對付遺傳疾病。以地中海貧血為例，夫妻雙方如果都是地貧基因攜帶者，那么有1/4的幾率生出重癥地貧的孩子，同時也有1/4的幾率生出健康的孩子。第三代試管嬰兒就是通過技術手段挑出這“健康的1/4”。
正常懷孕的婦女體內只有一個胚胎，可是通過試管嬰兒技術，能一次產生多個胚胎。一般醫院普遍是在胚胎發育的第三天，醫務人員會從每個胚胎中都挑出一個細胞來進行檢測，選出健康的那個胚胎，再移植到女性的體內。因此，第三代技術也叫做胚胎移植前遺傳學診斷。如把胚胎培養成五天的囊胚才進行提取胎樣本進行篩查，這樣能更加精確地篩查遺傳疾病。目前第三代試管嬰兒技術已經能篩查出250種遺傳疾病。另外，為了確保囊胚的培養成功率，試管嬰兒全部采用第二代試管嬰兒技術，即單精子注射技術（ICSI），以優選出最健康最強壯的精子，來更好地讓卵泡受精。
無論培養囊胚，單精子注射，還是胚胎篩查，都耗費了大量的人力物力，需要非常有經驗的醫生、胚胎師以及檢測師來進行，所以醫療費用比普通無胚胎篩查的第一代試管技術高很多；而且要出具一份精準專業的胚胎篩查報告都需要和專業的基因檢測公司合作完成，成本自然增加了許多。目前國內醫院做一周期的第三代試管嬰兒價格在10萬以上，國外價格更高。如果深受不明原因不孕不育，高齡女性，夫妻染色體問題的患者都可以選擇做第三代試管嬰兒。
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