可解释的人工智能技术揭示成功进行体外受精治疗的理想卵泡大小

Explainable AI techniques reveal ideal follicle sizes for successful IVF treatments

在体外受精（IVF）治疗中，医生通过超声波扫描监测卵巢中卵泡（含有卵子的小囊）的大小，以决定何时给予被称为“触发”的激素注射，准备卵子采集并确保它们准备好与精子结合形成胚胎。触发时机的选择至关重要，因为如果卵泡过小或过大，其效果会降低。卵子被采集并受精后，会选择一个胚胎植入子宫，以期实现怀孕。

研究人员使用“可解释的人工智能”技术——一种允许人类理解其工作原理的人工智能——分析了超过19,000名已完成IVF治疗的患者的历史数据。他们探讨了哪些卵泡大小与更高的成熟卵子获取率和更高的婴儿出生率相关联。

研究发现，在更大比例的卵泡大小介于13-18毫米之间时给予激素注射，与较高的成熟卵子获取率和更高的婴儿出生率有关。目前，临床医生使用超声波扫描测量主要（最大）卵泡的大小，并通常在两个或三个主要卵泡直径大于17或18毫米时给予触发注射。

研究结果表明，最大化中等大小卵泡的比例可以优化成熟卵子的数量，并提高婴儿出生率。研究团队认为，这些发现突显了人工智能在个性化IVF治疗中的潜力，以改善患者的临床结果并最大化他们带回家婴儿的机会。团队计划开发一种利用其研究成果的AI工具，以个性化IVF治疗并在IVF过程的每一步支持临床医生的决策。他们将申请资金，将该工具引入临床试验。

这项研究由伦敦帝国理工学院、格拉斯哥大学、圣安德鲁斯大学的研究人员以及帝国理工医疗保健NHS信托基金会的临床医生共同领导，发表在《自然通讯》上。

伦敦帝国理工学院NIHR临床科学家、帝国理工医疗保健NHS信托基金会生殖内分泌学顾问Ali Abbara博士表示：“IVF为许多无法自然受孕的患者提供了帮助和希望，但这种治疗具有侵入性、昂贵且耗时。当它失败时，这对患者来说可能是非常痛苦的。因此，确保这种治疗尽可能有效非常重要。”

他补充说：“人工智能可以提供一种新的范式来提供IVF治疗，并可能为患者带来更好的结果。IVF会产生大量丰富数据，这使得医生在为患者制定治疗决策时难以充分利用所有数据。我们的研究表明，人工智能方法非常适合分析复杂的IVF数据。未来，人工智能可以用于提供准确的建议，以改善决策并辅助个性化治疗，从而使每对夫妇都有最好的机会拥有宝宝。”

伦敦帝国理工学院代谢、消化和生殖系的NIHR高级研究员、帝国理工医疗保健NHS信托基金会内分泌学顾问Waljit Dhillo教授表示：“我们的研究结果可能会开辟一条新途径，以最大化IVF治疗的成功率，从而导致更多的怀孕和婴儿出生。我们的研究是首次分析大型数据集，证明人工智能可以比现有方法更精确地识别最有可能产生成熟卵子的具体卵泡大小。”

来自伦敦帝国理工学院计算机系的Thomas Heinis博士补充说：“可解释的人工智能可以成为医疗保健中的宝贵资源。在做出最佳决策至关重要的情况下，这种方法可以支持医生的决策并为患者带来更好的结果。重要的是，我们预计计算能力在未来几年将呈指数级增长，使我们能够以前所未有的方式利用精确数据进行决策。”

据统计，每六对夫妇中就有一对面临不孕不育的问题，而IVF已成为帮助患者受孕的重要干预措施。触发注射是IVF治疗中的关键决策之一，例如使用人绒毛膜促性腺激素（hCG）等激素注射，以使卵子成熟以便采集。触发注射的时间会影响成熟卵子的数量和治疗的成功率。

目前，临床医生使用超声波扫描测量主要卵泡的大小，并通常在两个或三个主要卵泡直径大于17或18毫米时给予触发注射。然而，这种方法缺乏精度，也没有考虑每个卵泡的大小及其产生成熟卵子的可能性。

在这项回顾性研究中，研究团队使用人工智能技术分析了2005年至2023年间在英国11家诊所（包括帝国理工医疗保健NHS信托基金会的IVF诊所）和波兰两家诊所接受治疗的18至49岁之间的19,082名患者的数据。他们检查了触发注射前后几天的各个卵泡大小。

研究人员发现，13-18毫米之间的中等大小卵泡与更多的成熟卵子被采集有关。数据显示，在触发注射当天有更多卵泡处于这个范围内的患者，临床结果更好。

此外，他们还发现，刺激卵巢时间过长，导致触发注射当天有更多大于18毫米的大卵泡，可能导致黄体酮激素过早升高。这会对子宫内膜的正常发育产生负面影响，进而减少胚胎着床和活产的机会。

这些基于人工智能的见解可以帮助团队开发基于数据的证据指导的IVF协议，以提高治疗效率。

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