Forskere udvikler smartphone-baseret ægløsningstest

Efterforskere fra Brigham and Women's Hospital er ved at udvikle en automatiseret, lavprisværktøj til at forudsige en kvindes ægløsning og hjælp til familieplanlægning. Udbytte af fremskridt på flere områder, herunder mikrofluidik, kunstig intelligens (AI) og smartphones allestedsnærværende, holdet har bygget et ægløsningstestværktøj, der automatisk kan detektere bregnemønstre - en markør for ægløsning - i en spytprøve. Holdet evaluerede enhedens ydeevne ved hjælp af kunstigt spyt i laboratoriet og validerede resultater i menneskelige spytprøver fra seks forsøgspersoner, observerer mere end 99 procent nøjagtighed i effektivt at forudsige ægløsning. Holdets resultater offentliggøres i Lab on a Chip .

"Før vi startede dette projekt, vi var ikke klar over, at et sådant behov eksisterede. Da vi sidste år offentliggjorde en teknologi til at analysere sædceller for at opdage mandlig infertilitet, vi blev kontaktet af dem, der havde læst om vores arbejde og tænkte på, om vi kunne udvikle et smart-telefonbaseret system til at give ægløsningstest derhjemme, " sagde den tilsvarende forfatter Hadi Shafiee, Ph.D., hovedefterforsker ved BWH-afdelingen for ingeniørvidenskab i medicin og nyreafdelingen for medicin. "Vores undersøgelse viser, at en nøjagtig, automatiseret og billig test er faktisk mulig."

Nuværende metoder til overvågning af kvindens fertilitet er ofte dyre eller subjektive. Disse metoder omfatter ægløsningsdetektion gennem bestemmelse af luteiniserende hormon (LH) niveau (en klinisk blodprøve eller hjemme-urin "dip stick" test), rektal eller basal kropstemperaturanalyse, cervikal slimkarakterisering og spytbregneanalyse. Spytbregne refererer til det unikke udseende af tørret spyt fra en kvinde, der har ægløsning - når det samles på et objektglas, spyt antager en krystalliseret struktur, der ligner bregneblade. Selvom det er relativt billigt og enkelt, spytbregneanalyse er yderst subjektiv; når det udføres af den lægmand, denne tilgang er tilbøjelig til at misfortolke.

For at overkomme denne udfordring, Shafiee og kolleger udviklede en automatiseret proces til at detektere bregne i en spytprøve. Den udviklede AI-algoritme blev fortrænet med 1,4 millioner ImageNet-billeder og genoptrænet med mere end 1500 spytbregnebilleder for at kunne klassificere spytbilleder i to kategorier:ægløsnings- og ikke-ægløsningsprøver.

Holdet evaluerede derefter systemets evne til at skelne mellem ægløsnings- og ikke-ægløsningsprøver fra menneskespyt fra seks forsøgspersoner. Kvinderne indsamlede og testede deres spytprøver ved hjælp af mobiltelefonsystemet under både ægløsnings- og ikke-ægløsningsfaser af deres menstruationscyklus (resultaterne blev bekræftet ved hjælp af en urintest). For at udføre testen, spyt blev opsamlet på en mikrofluidisk enhed, udtværet, og lad det lufttørre. Den mikrofluidiske enhed med den lufttørrede prøve blev derefter indsat i en 3-D-printet optisk vedhæftning fastgjort til en smartphone. Softwaren analyserede derefter bregnemønstrene, korrekt identifikation af ægløsning i 99 procent af prøverne og ikke-ægløsning i 100 procent af prøverne.

"En af de største fordele ved denne metode er omkostningerne - hvorimod omkostningerne ved ikke-genanvendelige urinstikprøver kan lægge op til $210 til $240 i løbet af seks måneder, vores enhed repræsenterer muligheden for et engangskøb, " sagde medforfatter Manoj Kumar Kanakasabapathy, en senior forskningsassistent i Shafiee-laboratoriet. "Ud over menneskelig ægløsning, der er applikationer her også til dyreavl og endda til tørre øjensygdomme, som også kan producere bregne-lignende mønstre i prøver fra øjenslimhinder."

"Et af de største problemer med spytbaserede tests, vi indså, var, at brugerne har svært ved at fortolke bregnemønstrene, " sagde Prudhvi Thirumalaraju, en anden medforfatter til denne undersøgelse og en senior forskningsassistent i Shafiees laboratorium. "Vi regnede med, at fremskridt inden for kunstig intelligens kan bruges her, at hjælpe folk med at få objektive resultater på deres smartphones."

Det nye system er begrænset af nogle af de samme begrænsninger som traditionelle ægløsningstests, og kan ikke påvise ægløsning hos kvinder med østrogenubalance, cyster i æggestokkene, og dem, der tager fertilitetsmedicin. Rygning eller alkoholforbrug kan også forstyrre nøjagtig detektion. Enheden vil kræve yderligere test i en større population og godkendelse af Federal Drug Administration, før den kan bringes på markedet.