Application of artificial intelligence to improve the effectiveness of assisted reproductive technology programs

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Infertility affects up to 17.5% of couples of reproductive age, which significantly increases the demand for assisted reproductive technologies (ART). Despite various transformations and modernisation of programmes, the live birth rate with in vitro fertilisation (IVF) remains low, resulting in the need for several protocols to achieve live births. An important factor in the success of IVF is the qualification of specialists, but despite its high level, the human factor and a certain amount of subjectivity in the work of reproductologists and embryologists cannot be avoided. Artificial Intelligence (AI) offers significant opportunities to improve various aspects of IVF, for example, AI models can accurately predict hormone doses, and automate ultrasound monitoring, reducing examination time. AI also improves sperm selection for intracytoplasmic injection and helps select embryos with the best chance of implantation, improving accuracy and reducing subjective evaluation. In addition, AI can play an important role in training professionals, improving their skills and increasing the accuracy of decision-making. The introduction of AI into clinical practice is a promising area for improving IVF outcomes.

About the authors

D. D. Gromenko

Bashkir State Medical University, Ministry of Health of Russia

Author for correspondence.
Email: dasha.gromenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5638-1779
SPIN-code: 4628-0186
Russian Federation, Ufa

A. G. Yashchuk

Bashkir State Medical University, Ministry of Health of Russia

Email: dasha.gromenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2645-1662
SPIN-code: 2607-9150

Professor, MD

Russian Federation, Ufa

I. D. Gromenko

Medical Center “Family”

Email: dasha.gromenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8582-660X
SPIN-code: 1500-2105
Russian Federation, Ufa

S. F. Nasyrova

Bashkir State Medical University, Ministry of Health of Russia

Email: dasha.gromenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2313-7232
SPIN-code: 7260-5293

Associate Professor, Candidate of Medical Sciences

Russian Federation, Ufa

References

  1. Cox C.M., Thoma M.E., Tchangalova N. еt al. Infertility prevalence and the methods of estimation from 1990 to 2021: a systematic review and meta-analysis. Hum Reprod Open. 2022; 2022 (4): hoac051. doi: 10.1093/hropen/hoac051
  2. Регистр вспомогательных репродуктивных технологий. Отчет за 2022 год. Российская ассоциация репродукции человека [Registry of Assisted Reproductive Technologies. Report for 2022. Russian Association of Human Reproduction (in Russ.)].
  3. Chambers GM., Dyer S., Zegers-Hochschild F. et al. International Committee for Monitoring Assisted Reproductive Technologies world report: assisted reproductive technology, 2014. Hum Reprod. 2021; 36 (11): 2921–34. doi: 10.1093/humrep/deab198
  4. Ratna M.B., Bhattacharya S., McLernon D.J. External validation of models for predicting cumulative live birth over multiple complete cycles of IVF treatment [published correction appears in Hum Reprod. 2024 May 10: deae099. doi: 10.1093/humrep/deae099]. Hum Reprod. 2023; 38 (10): 1998–2010. doi: 10.1093/humrep/dead165
  5. Storr A., Venetis CA., Cooke S. Inter-observer and intra-observer agreement between embryologists during selection of a single Day 5 embryo for transfer: a multicenter study. Hum Reprod. 2017; 32 (2): 307–14. doi: 10.1093/humrep/dew330
  6. Khosravi P., Kazemi E., Zhan Q. et al. Deep learning enables robust assessment and selection of human blastocysts after in vitro fertilization. NPJ Digit Med. 2019; 2: 21. doi: 10.1038/s41746-019-0096-y
  7. Trolice MP., Curchoe C., Quaas AM. Artificial intelligence-the future is now. J Assist Reprod Genet. 2021; 38 (7): 1607–12. doi: 10.1007/s10815-021-02272-4
  8. Wang R., Pan W., Jin L. et al. Artificial intelligence in reproductive medicine. Reproduction. 2019; 158 (4): R139-R154. doi: 10.1530/REP-18-0523
  9. Селиверстов П.В., Гриневич В.Б., Шаповалов В.В. и др. Повышение эффективности скрининга хронических неинфекционных заболеваний с использованием технологий на основе искусственного интеллекта. Лечащий врач. 2024; 27 (4): 97–104 [Seliverstov P.V., Grinevich V.B., Shapovalov V.V. et al. Improving the effectiveness of screening for chronic noncommunicable diseases using artificial intelligence-based technologies. Lechaschi Vrach. 2024; 27 (4): 97–104 (in Russ.)]. doi: 10.51793/OS.2024.27.4.014
  10. Клинические рекомендации «Женское бесплодие», 2024 [Clinical Guidelines “Female Infertility”, 2024 (in Russ.)].
  11. Fanton M., Nutting V., Rothman A. et al. An interpretable machine learning model for individualized gonadotrophin starting dose selection during ovarian stimulation. Reprod Biomed Online. 2022; 45 (6): 1152–9. doi: 10.1016/j.rbmo.2022.07.010
  12. Kuokkanen S., Pal L. Follicle-stimulating hormone (and luteinizing hormone) in ovarian stimulation: Does the dose matter for cycle success? Fertil Steril. 2023; 119 (2): 166–9. doi: 10.1016/j.fertnstert.2022.12.019
  13. Correa N., Cerquides J., Arcos J.L. et al. Supporting first FSH dosage for ovarian stimulation with machine learning. Reprod Biomed Online. 2022; 45 (5): 1039–45. doi: 10.1016/j.rbmo.2022.06.010
  14. Hariton E., Pavlovic Z., Fanton M. et al. Applications of artificial intelligence in ovarian stimulation: a tool for improving efficiency and outcomes. Fertil Steril. 2023; 120 (1): 8–16. doi: 10.1016/j.fertnstert.2023.05.148
  15. Robertson I., Chmiel F.P., Cheong Y. Streamlining follicular monitoring during controlled ovarian stimulation: a data-driven approach to efficient IVF care in the new era of social distancing. Hum Reprod. 2021; 36 (1): 99–106. doi: 10.1093/humrep/deaa251
  16. Mathur P., Kakwani K., Diplav et al. Deep Learning based Quantification of Ovary and Follicles using 3D Transvaginal Ultrasound in Assisted Reproduction. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2020; 2020: 2109–12. doi: 10.1109/EMBC44109.2020.9176703
  17. Noor N., Vignarajan C.P., Malhotra N. et al. Three-Dimensional Automated Volume Calculation (Sonography-Based Automated Volume Count) versus Two-Dimensional Manual Ultrasonography for Follicular Tracking and Oocyte Retrieval in Women Undergoing in vitro Fertilization-Embryo Transfer: A Randomized Controlled Trial. J Hum Reprod Sci. 2020; 13 (4): 296–302. doi: 10.4103/jhrs.JHRS_91_20
  18. Lersten I.L., Grau L., Jahandideh S. et al. High estradiol levels in fresh embryo transfer cycles are not associated with detrimental impact on birth outcomes. J Assist Reprod Genet. 2024; 41 (4): 893–902. doi: 10.1007/s10815-024-03062-4
  19. Hariton E., Chi E.A., Chi G. et al. A machine learning algorithm can optimize the day of trigger to improve in vitro fertilization outcomes. Fertil Steril. 2021; 116 (5): 1227–35. doi: 10.1016/j.fertnstert.2021.06.018
  20. Fanton M., Nutting V., Solano F. et al. An interpretable machine learning model for predicting the optimal day of trigger during ovarian stimulation. Fertil Steril. 2022; 118 (1): 101–8. doi: 10.1016/j.fertnstert.2022.04.003
  21. Polyzos N.P., Drakopoulos P., Parra J. et al. Cumulative live birth rates according to the number of oocytes retrieved after the first ovarian stimulation for in vitro fertilization/intracytoplasmic sperm injection: a multicenter multinational analysis including ~15,000 women. Fertil Steril. 2018; 110 (4): 661-670.e1. doi: 10.1016/j.fertnstert.2018.04.039
  22. Fanton M., Cho J.H., Baker V.L. et al. A higher number of oocytes retrieved is associated with an increase in fertilized oocytes, blastocysts, and cumulative live birth rates. Fertil Steril. 2023; 119 (5): 762–9. doi: 10.1016/j.fertnstert.2023.01.001
  23. World Health Organization. Laboratory manual for the examination and processing of human semen. 6th ed. WHO, 2021. URL: https://apps.who.int/iris/handle/10665/343208
  24. Amann R.P., Waberski D. Computer-assisted sperm analysis (CASA): capabilities and potential developments. Theriogenology. 2014; 81 (1): 5-17.e1-3. doi: 10.1016/j.theriogenology.2013.09.004
  25. Goodson S.G., White S., Stevans A.M. et al. CASAnova: a multiclass support vector machine model for the classification of human sperm motility patterns. Biol Reprod. 2017; 97 (5): 698–708. doi: 10.1093/biolre/iox120
  26. Somasundaram D., Nirmala M. Faster region convolutional neural network and semen tracking algorithm for sperm analysis. Comput Methods Programs Biomed. 2021; 200: 105918. doi: 10.1016/j.cmpb.2020.105918
  27. Dai C., Zhang Z., Jahangiri S. et al. Automated motility and morphology measurement of live spermatozoa. Andrology. 2021; 9 (4): 1205–13. doi: 10.1111/andr.13002
  28. Montjean D., Godin Pagé M.H., Pacios C. et al. Automated Single-Sperm Selection Software (SiD) during ICSI: A Prospective Sibling Oocyte Evaluation. Med Sci (Basel). 2024; 12 (2): 19. doi: 10.3390/medsci12020019
  29. Методические рекомендации «Оценка ооцитов и эмбрионов в лаборатории ВРТ». Российская Ассоциация Репродукции Человека, Секция «Клиническая эмбриология», 2021 [Methodological recommendations “Evaluation of oocytes and embryos in the laboratory of assisted reproductive technologies”. Russian Association of Human Reproduction, Section “Clinical Embryology”, 2021 (in Russ.)].
  30. Bormann C.L., Thirumalaraju P., Kanakasabapathy M.K. et al. Consistency and objectivity of automated embryo assessments using deep neural networks. Fertil Steril. 2020; 113 (4): 781-787.e1. doi: 10.1016/j.fertnstert.2019.12.004
  31. Fordham D.E., Rosentraub D., Polsky A.L. et al. Embryologist agreement when assessing blastocyst implantation probability: is data-driven prediction the solution to embryo assessment subjectivity? Hum Reprod. 2022; 37 (10): 2275–90. doi: 10.1093/humrep/deac171
  32. Bormann C.L., Kanakasabapathy M.K., Thirumalaraju P. et al. Performance of a deep learning based neural network in the selection of human blastocysts for implantation. Elife. 2020; 9: e55301. doi: 10.7554/eLife.55301
  33. Farias A.F., Chavez-Badiola A., Mendizabal-Ruiz G. et al. Automated identification of blastocyst regions at different development stages. Sci Rep. 2023; 13 (1): 15. doi: 10.1038/s41598-022-26386-6
  34. Diakiw S.M., Hall J.M.M., VerMilyea M. et al. An artificial intelligence model correlated with morphological and genetic features of blastocyst quality improves ranking of viable embryos. Reprod Biomed Online. 2022; 45 (6): 1105–17. doi: 10.1016/j.rbmo.2022.07.018
  35. Fitz V.W., Kanakasabapathy M.K., Thirumalaraju P. et al. Should there be an "AI" in TEAM? Embryologists selection of high implantation potential embryos improves with the aid of an artificial intelligence algorithm. J Assist Reprod Genet. 2021; 38 (10): 2663–70. doi: 10.1007/s10815-021-02318-7
  36. Cherouveim P., Jiang V.S., Kanakasabapathy M.K. et al. Quality assurance (QA) for monitoring the performance of assisted reproductive technology (ART) staff using artificial intelligence (AI). J Assist Reprod Genet. 2023; 40 (2): 241–9. doi: 10.1007/s10815-022-02649-z

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».