Ανάπτυξη νευρωνικού δικτύου με κλινικές, εργαστηριακές και εμβρυολογικές παραμέτρους ως μοντέλο πρόβλεψης της έκβασης των κύκλων υποβοηθούμενης αναπαραγωγής
Authors: Βογιατζή Παρασκευή 
Published: September 2021

Εισαγωγή: H Ιατρικώς Υποβοηθούμενη Αναπαραγωγή (Ι.Υ.Α.) αποτελεί επί τέσσερις δεκαετίες ένα ραγδαία εξελισσόμενο κλάδο για την πρόληψη και αντιμετώπιση της υπογονιμότητας, όμως με σταθερά χαμηλά ποσοστά επιτυχίας παγκοσμίως, σε σύγκριση με τα αναμενόμενα ως προς το βαθμό της ιατρικής παρέμβασης στη διαδικασία της ανθρώπινης αναπαραγωγής. Ακολουθώντας τις τεχνολογικές εξελίξεις σε άλλα ιατρικά πεδία, στο πεδίο της Ι.Υ.Α. τα μοντέλα πρόβλεψης έχουν αξιοποιηθεί ελάχιστα ως συμπληρωματικό εργαλείο λήψης ιατρικών αποφάσεων και εκτίμησης πιθανών παραγόντων που συμβάλλον στη θετική ή αρνητική έκβαση της Ι.Υ.Α. αλλά με διαφορετικά επίπεδα ακρίβειας και περιορισμούς που θέτουν όρια στην καθημερινή εφαρμογή τους. Τα πιο εξελιγμένα συστήματα, όπως τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα (Τ.Ν.Δ.) που βασίζονται στη Τεχνητή Νοημοσύνη, επιδεικνύουν ευελιξία με τη δυνατότητα διαρκούς εκμάθησης και αναπροσαρμογής, επιδεικνύοντας παράλληλα σταθερότητα και υψηλή απόδοση, χαρακτηριστικά που υπερτερούν για τη βελτίωση των διαδικασιών των Μονάδων Υποβοηθούμενης Αναπαραγωγής, των αντίστοιχων ποσοστών επιτυχίας και υποστηρίζοντας τις ιατρικές αποφάσεις με στόχο την εξατομικευμένη διαχείριση των υπογόνιμων ασθενών.Σκοπός: H ανάπτυξη ενός καινοτόμου, αποδοτικού και αξιόπιστου Τ.Ν.Δ. με κλινικές, εργαστηριακές και εμβρυολογικές παραμέτρους για την πρόβλεψη της έκβασης των επερχόμενων κύκλων Ι.Υ.Α. και η στατιστικά τεκμηριωμένη ανάδειξη των μελετώμενων παραγόντων, ως προς τον ρόλο τους στη κλινική έκβαση της υποβοηθούμενης αναπαραγωγής, με τελικό αποτέλεσμα τη γέννηση ζώντος νεογνού.Υλικό και μέθοδος: Η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε μέσω της αναδρομικής και μη ιχνηλάσιμης καταγραφής 118 παραμέτρων σε ένα ομαλοποιημένο πληθυσμό 256 υπογονιμων ζευγαριων που υπεβλήθησαν σε 426 κύκλους εξωσωματικής γονιμοποίησης στην Μονάδα Υποβοηθούμενης Αναπαραγωγής του Π.Γ.Ν. «Αττικόν» (Ιούλιος 2010-Φεβρουάριος 2017), μετά από σχετικές εγκρίσεις από τους αρμόδιους φορείς της Επιτροπής Βιοηθικής και του Επιστημονικού Συμβουλίου του Νοσοκομείου και σύμφωνα με προκαθορισμένα κριτήρια επιλεξιμότητας και αποκλεισμού. Δημιουργήθηκε μια δυναμική βάση δεδομένων με δημογραφικά στοιχεία, χαρακτηριστικά κύκλων Ι.Υ.Α., κλινικές, εργαστηριακές και εμβρυολογικές παραμέτρους, περιλαμβάνοντας και τη κλινική έκβαση για το σύνολο των περιστατικών. Πραγματοποιήθηκε παραμετροποίηση των τιμών και κωδικοποίηση σε αριθμητικά και ποιοτικά δεδομένα, ενώ ακολούθησε στατιστική αξιολόγηση για το σύνολο των καταγεγραμμένων παραγόντων με προγραμματισμό στο λογισμικό SAS 9.4, επιλέγοντας τη κατάλληλη στατιστική δοκιμασία για τα μελετώμενα δεδομένα, ενώ εφαρμόστηκαν μοντέλα λογιστικής παλινδρόμησης για την ανάδειξη των συσχετισμών με τη κλινική έκβαση της Ι.Υ.Α. Με βάση τους παράγοντες που αναδείχθηκαν, αναπτύχθηκε καινοτόμο Τ.Ν.Δ. με προγραμματισμό στο λογισμικό MATLAB, το οποίο και επικυρώθηκε ως προς τη σταθερότητά του με την επανάληψη της διαδικασίας εκπαίδευσης και δοκιμής σε 10 ομάδες που περιλάμβαναν τυχαία δεδομένα. Η αποδοτικότητα και ακρίβεια του κατασκευασμένου Τ.Ν.Δ. αξιολογήθηκε με τον υπολογισμό της ευαισθησίας, της ειδικότητας, της Θετικής Προγνωστικής Αξίας (PPV), της Αρνητικής Προγνωστικής Αξίας (NPV), του Ποσοστού Ψευδώς Θετικών τιμών (FPR), του Ποσοστού Ψευδώς Αρνητικών τιμών (FNR), της Συνολικής Ακρίβειας (OA) και της Αναλογίας Πιθανότητας (OR) για το σύνολο των 10 ξεχωριστών που αναπτύχθηκαν για τις ανάγκες της μελέτης. Αποτελέσματα: Από το σύνολο των 118 παραμέτρων που μελετήθηκαν, η στατιστική ανάλυση ανέδειξε την ηλικία της γυναίκας, την ηλικιακή ομάδα, την ηλικία εμμηναρχής και ειδικότερα σε ένα υπολογισμένο κατώφλι των 12 ετών, τη συνολική δόση των γοναδοτροπινών κατά το κύκλο Ι.Υ.Α., την μέτρηση πάχους του ενδομητρίου, τον αριθμό εμβρύων άριστης ποιότητας κατά τη 3η ημέρα της εργαστηριακής τους ανάπτυξης και την αντίστοιχη αναλογία προς τον αριθμό των διαθέσιμων εμβρύων, τον λόγο του αριθμού των εμβρύων προς εμβρυομεταφορά προς το συνολικό αριθμό των εμβρύων του κύκλου και τη διενέργεια εμβρυομεταφοράς σε «φρέσκο» ή σε επερχόμενο κύκλο μετά από κρυοσυντήρηση, ως παράγοντες που επέδειξαν στατιστική σημασία για την επιρροή τους στο κλινικό αποτέλεσμα της Ι.Υ.Α., με τη περεταίρω ανάδειξη του συσχετισμού τους μέσω μοντέλων λογιστικής παλινδρόμησης. Πραγματοποιήθηκε επιπρόσθετα και ανάλυση του συσχετισμού φύλλου και ηλικίας εμμηναρχής στο δείγμα που αφορούσε θετική κλινική έκβαση, επιβεβαιώνοντας μια τάση για θηλυκούς απογόνους σε γυναίκες με νεαρότερη ηλικία εμμηναρχής. Οι στατιστικά σημαντικές παράμετροι χρησιμοποιήθηκαν ως εισροές στο ανεπτυγμένο Τ.Ν.Δ., το οποίο παρουσίασε ευαισθησία 77,68%, ειδικότητα 74,55% και συνολική ακρίβεια 76,12% για το σετ εκπαίδευσης και ευαισθησία 71,05%, με ειδικότητα 70,91% και συνολική ακρίβεια 70,95% για σετ δοκιμών. Το σύστημα επέδειξε μικρή τυπική απόκλιση και διαφορά στους δείκτες απόδοσης, μεταξύ των σετ εκπαίδευσης και δοκιμών. Μετά την εκπαίδευση και δοκιμή του συστήματος με δέκα διαφορετικά σύνολα τυχαίων δεδομένων η ευαισθησία ήταν 69,2% ± 2,36%, η ειδικότητα ήταν 69,19% ± 2,8% (αναλογίες πιθανότητας 5,21 ± 1,27) με θετική προγνωστική αξία 36,96 ± 3,44 και αρνητική προγνωστική αξία 89,61 ± 1,09, ενώ επέδειξε συνολική ακρίβεια 69,19% ± 2,69%.Συμπεράσματα: Τα ευρήματα της μελέτης συγκλίνουν στην επανειλημμένη ανάδειξη του ρόλου ορισμένων παραμέτρων για τις οποίες υπήρχε τεκμηριωμένη βιβλιογραφία ως προς την επιρροή τους στο κλινικό αποτέλεσμα της Ι.Υ.Α. Για άλλες παράμετρους τα αποτελέσματα που παρουσιαστήκαν ήρθαν να προσθέσουν κλινική αξία και να «βαρύνουν» την επιστημονική άποψη σε ένα αντιφατικό περιβάλλον δεδομένων. Σημαντικότερα όμως, κάποιες παράμετροι δεν είχαν ποτέ πριν αναδειχθεί όπως για παράδειγμα ο ρόλος της εμμηναρχής στη κλινική έκβαση της Ι.Υ.Α. Στη τελική φάση της μελέτης και όπως είχε οριστεί από τον αρχικό της σχεδιασμό, κατασκευάστηκε ένα καινοτόμο Τ.Ν.Δ., βασισμένο στην έννοια της αξιοποίησης της τεχνητής νοημοσύνης στην υποβοηθούμενη αναπαραγωγή, επιδεικνύοντας αυξημένη απόδοση με υψηλή ευαισθησία και ειδικότητα ακόμη και μετά τη δοκιμή του και επικύρωση του με τη χρήση 10 τυχαίων συνόλων δεδομένων, επιδεικνύοντας αυξημένη σταθερότητα στη πρόβλεψη της γέννησης ζώντος νεογνού μετά από Ι.Υ.Α. Το παρόν σύστημα θα μπορούσε να αξιοποιηθεί στην υποστήριξη την εξατομικευμένης ιατρικής διαχείρισης του υπογόνιμου ζευγαριού, προσφέροντας επιπλέον τεκμηρίωση στις κλινικές αποφάσεις και μέσω της επιπρόσθετης εξωτερικής επικύρωσης και της συνεισφοράς με δεδομένα από άλλες Μ.Ι.Υ.Α. με τη ταυτόχρονη χρήση του, η απόδοσή του θα ενισχύονταν με τη προσαρμογή σε διαφορετικά περιβάλλοντα Μ.Ι.Υ.Α. και διαφορετικές τεχνικές προσεγγίσεις της υποβοηθούμενης αναπαραγωγής