An intelligent clinical decision support system for predicting the outcome of an assisted reproductive technology protocol at various stages of its implementation
Authors: Синотова С.Л. , Солодушкин С.И. , Плаксина А.Н. , Макутина В.А. 
Published: July 2024

В статье описана логика работы интеллектуальной системы поддержки принятия врачебных решений (СППВР), в основе которой лежит набор моделей машинного обучения, позволяющих предсказывать исход протокола вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) на различных этапах его проведения. Для создания всех прогностических моделей использовались данные регистра протоколов ВРТ, позволяющего отследить влияние анамнеза женщин и хода протокола на состояние организма ребенка от рождения до достижения трех лет. Исход протокола ВРТ выражается в вероятности наступления беременности, наиболее распространенных осложнениях ее течения, таких как истмико-цервикальная недостаточность, гипертонические расстройства, предлежание плаценты, гестационный сахарный диабет, нарушения количества околоплодных вод и преждевременный разрыв плодных оболочек, в сроке и способе родов, а также в здоровье рожденного ребенка в течение трех лет. Учитывается влияние прогнозируемых осложнений течения беременности на результат родов, а также влияние осложнений течения беременности, срока и способа родов на здоровье рожденного ребенка, которое описывается прогнозируемыми группами здоровья и группой диагнозов в соответствии с МКБ-10. СППВР предусмотрена для протоколов экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), в том числе с применением интрацитоплазматического введения сперматозоида в ооцит (ИСКИ) и криопереноса. СППВР содержит 77 прогностических моделей, из них 72 модели – бинарные классификаторы, 5 регрессионных моделей. Для создания моделей машинного обучения использован алгоритм случайного леса. Значение ROC-AUC бинарных классификаторов системы – 0,936 95 % ДИ [0,914; 0,958], доля правильных ответов бинарных классификаторов – 0,897 95 % ДИ [0,880; 0,915], критерий Фишера для регрессионных моделей не опровергает гипотезу адекватности моделей. Применение такой системы позволит получать объективную оценку, основанную на большом количестве данных, что значимо для специалистов в области ВРТ, и наглядно показывать клиентам центров ВРТ основные этапы предстоящего процесса.

The article describes the logic of an intelligent clinical decision support system (CDSS), which is based on a set of machine learning models that allow predicting the outcome of an assisted reproductive technologies (ART) protocol at various stages of its implementation. To create all the prognostic models, data from the register of ART protocols, which enables tracing the influence of the woman's history and the course of the protocol on the health of the child from birth to three years of age, were used. The outcome of the ART protocol is expressed in the likelihood of pregnancy, the most common complications of its course, such as isthmic-cervical insufficiency, arterial hypertension, placenta previa, gestational diabetes mellitus, disturbances in the amount of amniotic fluid and premature rupture of the membranes, in a term and method of delivery, as well as in the state of health of the born child for three years. The impact of predicted pregnancy complications on the outcome of childbirth as well as the impact of predicted pregnancy complications, the date and method of delivery on the health of the born child, described in the health group and the predicted group of ICD-10 diagnoses, are taken into consideration. The CDSS is provided for in vitro fertilization protocols, including those using intracytoplasmic spermatozoa injection into the oocyte (IVF/ISKI) and cryotransfer. The CDSS contains 77 predictive models, of which 72 models are binary classifiers, 5 are regression models. Random Forest Algorithm was employed to create all machine learning models. The ROC-AUC value of the binary classifiers of the system is 0.936 95% CI [0.914; 0.958], the accuracy of binary classifiers is 0.897 95% CI [0.880; 0.915], F-test for regression models does not refute the model adequacy hypothesis. The application of such a system will make it possible to obtain an objective assessment drawing on a large amount of data, which is of particular interest for specialists in the field of ART, and to visually demonstrate to the clients of ART centers the main stages of the upcoming process.