Искусственный интеллект на страже репродуктивного здоровья


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

По данным масштабных международных исследований, бесплодием страдают около 186 млн людей по всему миру. При этом наблюдается негативная динамика - количество бесплодных пар с каждым годом увеличивается. С внедрением в клиническую практику вспомогательных репродуктивных технологий, главным образом - искусственного оплодотворения, появились шансы на решение данной проблемы. Однако, несмотря на высокий уровень развития современной репродуктивной медицины, только около трети вмешательств оборачиваются успехом. Чтобы сделать диагностику бесплодия более точной, а лечение - более эффективным, медицинскому сообществу в повседневной практике целесообразно применять программные продукты, созданные на базе технологий искусственного интеллекта. Это позволит своевременно выявлять и изучать потенциальные связи в больших массивах данных, а также создавать достоверные прогнозные модели с использованием методов машинного обучения. Наиболее прогрессивными направлениями исследований искусственного интеллекта в репродуктологии являются: повышение качества оценки биоматериала для проведения экстракорпорального оплодотворения и прогнозирование исхода искусственного оплодотворения с учетом данных супружеских пар. Основными методами машинного обучения, используемыми при решении задач в репродуктивной медицине, называют метод опорных векторов, алгоритмы «случайный лес» и «дерево решений», Байесовские классификаторы, а также искусственные нейросети. Главная цель современных исследований в данной области - добиться максимальной точности в работе программных алгоритмов и получения результатов, способных впоследствии обеспечить надежное прогнозирование, диагностику и лечение заболеваний. Заключение. В представленном обзоре рассмотрены основные способы применения алгоритмов машинного обучения в репродуктивной медицине, этапы создания моделей обучения, некоторые ограничения и перспективы внедрения указанных методов в клиническую практику.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А Ившин

ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет»

Email: scipeople@mail.ru
к.м.н., доцент, и.о. заведующего кафедрой акушерства и гинекологии, дерматовенерологии медицинского института 185001, Россия, Республика Карелия, Петрозаводск, ул. Красноармейская, д. 31

Т. З Багаудин

ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет»

Email: tavasik@rambler.ru
студентка медицинского института 185001, Россия, Республика Карелия, Петрозаводск, ул. Красноармейская, д. 31

А. В Гусев

ООО «К-Скай»

к.т.н., директор по развитию бизнеса 185031, Россия, Республика Карелия, Петрозаводск, наб. Варкауса, д. 17, офис 62/20

Список литературы

  1. Inhorn M.C., Patrizio P. Infertility around the globe: new thinking on gender, reproductive technologies and global movements in the 21st century. Hum. Reprod. 2015; 21(4): 411-26. https://dx.doi.org/10.1093/humupd/ dmv016.
  2. Masoumi S.Z., Parsa P, Darvish N., Mokhtari S., Yavangi M., Roshanaei G. An epidemiologic survey on the causes of infertility in patients referred to infertility center in Fatemieh Hospital in Hamadan. Iran. J. Reprod. Med. 2015; 13(8): 513-6.
  3. Wang J., Sauer M.V. In vitro fertilization (IVF): a review of 3 decades of clinical innovation and technological advancement. Ther. Clin. Risk Manag. 2006; 2(4): 355-64. https://dx.doi.org/10.2147/tcrm.2006.2.4.355.
  4. Greil A.L., Slauson-Blevins K., McQuillan J. The experience of infertility: a review of recent literature. Sociol. Health Illn. 2010; 32(1): 140-62. https:// dx.doi.org/10.1111/j.1467-9566.2009.01213.x.
  5. Ver Milyea M, Hall J.M.M., Diakiw S.M., Johnston A., Nguyen T., Perugini D. et al. Development of an artificial intelligence-based assessment model for prediction of embryo viability using static images captured by optical light microscopy during IVF. Hum. Reprod. 2020; 35(4): 770-84. https:// dx.doi.org/10.1093/humrep/deaa013.
  6. Steptoe P.C., Edwards R.G. Birth after the reimplantation of a human embryo. Lancet. 1978; 312(8085): 366. https://dx.doi.org/10.1016/ s0140-6736(78)92957-4.
  7. Wang R., Pan W., Jin L., Li Y., Geng J., Gao C. et al. Artificial intelligence in reproductive medicine. Reproduction. 2019; 158(4): 139-54. https:// dx.doi.org/10.1530/REP-18-0523.
  8. Saeedi P., Yee D., Au J., Havelock J. Automatic identification of human blastocyst components via texture. IEEE Trans. Biomed. Eng. 2017; 64(12): 2968-78. https://dx.doi.org/10.1109/TBME.2017.2759665.
  9. Patel V.L., Shortlife E.H., Stefanelli M., Szolovits P., Bert hold M.R., Bellazzi R., Abu-Hanna A. The coming of age of artificial intelligence in medicine. Artif. Intell. Med. 2009; 46(1): 5-17. https://dx.doi.org/10.1016/ j.artmed.2008.07.017.
  10. Ranjini K., Suruliandi A., Raja S.P Machine learning techniques for assisted reproductive technology: A review. J. Circuits Syst. Comput. 2019; 29(11): 2030010. https://dx.doi.org/10.1142/S021812662030010X.
  11. Camacho D.M., Collins K.M., Powers R.K., Costello J.C., Collins J.J. Next-generation machine learning for biological networks. Cell. 2018; 173: 1581-92. https://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2018.05.015.
  12. Sidey-Gibbons J.A.M., Sidey-Gibbons C.J. Machine learning in medicine: a practical introduction. BMC Med. Res. Methodol. 2019; 19(1): 64. https:// dx.doi.org/10.1186/s12874-019-0681-4.
  13. Deo R.C. Machine learning in medicine. Circulation. 2015; 132(20): 1920-30. https://dx.doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.115.001593.
  14. Carrasco B., Arroyo G., Gil Y., Gomez M.J., Rodriguez I., Barri P.N. et al. Selecting embryos with the highest implantation potential using data mining and decision tree based on classical embryo morphology and morphokinetics. J. Assist. Reprod. Genet. 2017; 34(8): 983-90. https://dx.doi.org/10.1007/ s10815-017-0955-x.
  15. Sahoo A.J., Kumar Y. Seminal quality prediction using data mining methods. Technol. Health Care. 2014; 22(4): 531-45. https://dx.doi.org/10.3233/ THC-140816.
  16. Liao S., Pan W., Dai W., Jin L., Huang G., Wang R. et al. Development of a dynamic diagnosis grading system for infertility using machine learning. JAMA Netw Open. 2020; 3(11): e2023654. https://dx.doi.org/10.1001/ jamanetworkopen.2020.23654.
  17. Hafiz P., Nematollahi M., Boostani R., Namavar Jahromi B. Predicting implantation outcome of in vitro fertilization and intracytoplasmic sperm injection using data mining techniques. Int. J. Fertil. Steril. 2017; 11(3): 184-90. https://dx.doi.org/10.22074/ijfs.2017.4882.
  18. Jakkula V. Tutorial on support vector machine (SVM). Sch EECS, Washington State Univ. 2006, Pullman 99164.
  19. Filho E.S., Noble J.A., Poll M., Griffiths T., Emerson G., Wells D. A method for semi-automatic grading of human blastocyst microscope images. Hum. Reprod. 2012; 27(9): 2641-8. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/ des219.
  20. Mirsky S.K., Barnea I., Levi M., Greenspan H., Shaked N.T. Automated analysis of individual sperm cells using stain-free interferometric phase microscopy and machine learning. Cytometry A. 2017; 91(9): 893-900. https://dx.doi. org/10.1002/cyto.a.23189.
  21. Uyar A., Bener A., Ciray H.N. Predictive modeling of implantation outcome in an in vitro fertilization setting. Med. Decis. Making. 2014; 35(6): 714-25. https://dx.doi.org/10.1177/0272989X14535984.
  22. Morales D.A., Bengoetxea E., Larranaga P., Garcia M., Franco Y., Fresnada M. et al. Bayesian classification for the selection of in vitro human embryos using morphological and clinical data. Comput. Methods Programs Biomed. 2008; 90(2): 104-16. https://dx.doi.org/10.1016/ j.cmpb.2007.11.018.
  23. Jack V.T. Advantages and disadvantages of using artificial neural networks versus logistic regression for predicting medical outcome. J. Clin. Epidemiol. 1996; 49(11): 1225-31. https://dx.doi.o/10.1016/s0895-4356(96)00002-9.
  24. El-Shafeiy E., El-Desouky A., El-Ghamrawy S. An optimized artificial neural network approach based on sperm whale optimization algorithm for predicting fertility quality. Stud. Inform. Control. 2018; 27(3): 349-58.
  25. Hassan M.R., Al-Insaif S, Hossain M.I., Kamruzzaman J. A machine learning approach for prediction of pregnancy outcome following IVF treatment. Neural Comput. Applicat. 2020; 32(7): 2283-97. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/ dez064.
  26. Chen T.J., Zheng W.L., Liu C.H., Huang I., Lai H.H., Liu M. Using deep learning with large dataset of microscope images to develop an automated embryo grading system. Fertil. Reprod. 2019; 1: 51-6.
  27. Khan A., Gould S, Salzmann M. Automated monitoring of human embryonic cells up to the 5-cell stage in time-lapse microscopy images. In: 12th International Symposium on Biomedical Imaging. IEEE. 2015: 389-93. https://dx.doi.org/10.1109/ISBI.2015.7163894.
  28. Khan A., Gould S, Salzmann M. Deep convolutional neural networks for human embryonic cell counting. In: ECCV: European Conference on Computer Vision. ECCV 2016: Computer Vision - ECCV 2016 Workshops. Proceedings, Part I. Amsterdam, The Netherlands, October 8-10 and 15-16, 2016.
  29. Miyagi Y., Habara T., Hirata R., Hayashi N. Feasibility of deep learning for predicting live birth from a blastocyst image in patients classified by age. Reprod. Med. Biol. 2019; 18(2): 190-203. https://dx.doi.org/10.1002/ rmb2.12266.
  30. Jenkins J., Van der Poel S., Krussel J., Bosch E., Nelson S.M., Pinborg A. et al. Empathetic application of machine learning may address appropriate utilization of ART. Reprod. Biomed. Online. 2020; 41(4): 573-7. https:// dx.doi.org/10.1016/j.rbmo.2020.07.005.
  31. Krittanawong C., Zhang H., Wang Z., Aydar M., Kitai T. Artificial intelligence in precision cardiovascular medicine. J. Am. Coll. Cardiol. 2017; 69(21): 2657-64. https://dx.doi.org/10.1016/j.jacc.2017.03.571.
  32. Keane P.A., Topol E.J. With an eye to AI and autonomous diagnosis. NPJ Digit. Med. 2018; 1: 40. https://dx.doi.org/10.1038/s41746-018-0048-y.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© ООО «Бионика Медиа», 2021

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах