Onderzoekers van Brigham en Women's Hospital ontwikkelen een geautomatiseerd, goedkope tool om de ovulatie van een vrouw te voorspellen en te helpen bij gezinsplanning. Door te profiteren van de vooruitgang op verschillende gebieden, inclusief microfluïdica, kunstmatige intelligentie (AI) en de alomtegenwoordigheid van smartphones, het team heeft een ovulatietesttool gebouwd die automatisch varenpatronen kan detecteren - een marker van ovulatie - in een speekselmonster. Het team evalueerde de prestaties van het apparaat met behulp van kunstmatig speeksel in het laboratorium en valideerde resultaten in menselijke speekselmonsters van zes proefpersonen, het observeren van een nauwkeurigheid van meer dan 99 procent bij het effectief voorspellen van de ovulatie. De resultaten van het team worden gepubliceerd in Lab op een chip .

“Voordat we aan dit project begonnen, we wisten niet dat zo'n behoefte bestond. Toen we vorig jaar publiceerden over een technologie voor het analyseren van sperma om mannelijke onvruchtbaarheid te detecteren, we werden benaderd door mensen die over ons werk hadden gelezen en zich afvroegen of we een op smartphones gebaseerd systeem konden ontwikkelen om thuis ovulatietesten uit te voeren, " zei corresponderende auteur Hadi Shafiee, doctoraat, hoofdonderzoeker bij de BWH Division of Engineering in Medicine en Renal Division of Medicine. "Onze studie geeft aan dat een nauwkeurige, geautomatiseerde en goedkope test is inderdaad mogelijk."

De huidige methoden om de vruchtbaarheid van vrouwen te controleren zijn vaak kostbaar of subjectief. Deze methoden omvatten ovulatiedetectie door middel van bepaling van het luteïniserend hormoon (LH)-niveau (een klinische bloedtest of een "dipstick" -test thuis), rectale of basale lichaamstemperatuuranalyse, karakterisering van baarmoederhalsslijm en analyse van speekselvaren. Speekselvaren verwijst naar het unieke uiterlijk van gedroogd speeksel van een vrouw die ovuleert - wanneer het wordt verzameld op een glasplaatje, speeksel krijgt een gekristalliseerde structuur die lijkt op varenbladeren. Hoewel relatief goedkoop en eenvoudig, speekselvarenanalyse is zeer subjectief; wanneer uitgevoerd door de leek, deze benadering is vatbaar voor verkeerde interpretatie.

Om deze uitdaging te overwinnen, Shafiee en collega's ontwikkelden een geautomatiseerd proces voor het detecteren van varens in een speekselmonster. Het ontwikkelde AI-algoritme is vooraf getraind met 1,4 miljoen ImageNet-beelden en opnieuw getraind met meer dan 1500 speekselvarenbeelden om speekselbeelden te kunnen classificeren in twee categorieën:ovulatie- en niet-ovulatiemonsters.

Het team evalueerde vervolgens het vermogen van het systeem om ovulerende en niet-ovulerende menselijke speekselmonsters te onderscheiden van zes proefpersonen. De vrouwen verzamelden en testten hun speekselmonsters met behulp van het mobiele telefoonsysteem tijdens zowel de ovulatie- als de niet-ovulatiefase van hun menstruatiecyclus (resultaten werden bevestigd met behulp van een urinetest). Om de test uit te voeren, speeksel werd verzameld op een microfluïdisch apparaat, besmeurd, en aan de lucht laten drogen. Het microfluïdische apparaat met het aan de lucht gedroogde monster werd vervolgens in een 3D-geprinte optische bijlage geplaatst die op een smartphone was bevestigd. De software analyseerde vervolgens de varenpatronen, correct identificeren van ovulatie in 99 procent van de monsters en niet-ovulatie in 100 procent van de monsters.

"Een van de grootste voordelen van deze methode zijn de kosten, terwijl de kosten van niet-herbruikbare urinestaaftests kunnen oplopen tot $ 210 tot $ 240 in de loop van zes maanden, ons apparaat vertegenwoordigt de mogelijkheid van een eenmalige aankoop, " zei co-auteur Manoj Kumar Kanakasabapathy, een senior onderzoeksassistent in het Shafiee-laboratorium. "Naast de menselijke ovulatie, er zijn ook hier toepassingen voor het fokken van dieren en zelfs voor droge ogen, die ook varenachtige patronen kan produceren in monsters van oogslijmvlies."

"Een van de grootste problemen met op speeksel gebaseerde tests, wij realiseerden ons, was dat gebruikers het moeilijk vinden om de varenpatronen te interpreteren, " zei Prudhvi Thirumalaraju, een andere co-auteur van deze studie en een senior onderzoeksassistent in het laboratorium van Shafiee. "We dachten dat de vooruitgang in AI hier goed kan worden gebruikt, om mensen te helpen objectieve resultaten te krijgen op hun smartphones."

Het nieuwe systeem wordt beperkt door enkele van dezelfde beperkingen als traditionele ovulatietesten, en kan de ovulatie niet detecteren bij vrouwen met een verstoorde oestrogeenbalans, cysten in de eierstokken, en degenen die vruchtbaarheidsmedicijnen nemen. Roken of alcoholgebruik kunnen ook een nauwkeurige detectie verstoren. Het apparaat vereist aanvullende tests in een grotere populatie en goedkeuring door de Federal Drug Administration voordat het op de markt kan worden gebracht.