Czy sztuczna inteligencja zrewolucjonizuje diagnostykę męskiej niepłodności? Problem dotyczy 7 na 10 badanych

Gdy para zmaga się z problemem niepłodności, diagnostyka powinna być prowadzona równolegle u obojga partnerów. Podstawowym krokiem po stronie mężczyzny pozostaje badanie nasienia. Jak pokazują statystyki, wśród osób szukających pomocy medycznej nieprawidłowości są zjawiskiem powszechnym.

W polskim badaniu przeprowadzonym na grupie 870 mężczyzn z par z obniżoną płodnością aż u 68,5% stwierdzono co najmniej jeden parametr nasienia poza normą. Co więcej, w przypadku 40,7% badanych zdiagnozowano złożone nieprawidłowości. Te liczby jasno pokazują, jak kluczowy jest rozwój metod analitycznych, zwłaszcza w trudniejszych diagnostycznie przypadkach.

Milion obrazów na godzinę

Jednym z najbardziej obiecujących kierunków w andrologii staje się wykorzystanie sztucznej inteligencji do analizy obrazu. Algorytmy sprawdzają się tam, gdzie ludzkie oko i standardowe metody laboratoryjne osiągają granice możliwości – na przykład w wykrywaniu niezwykle rzadkich komórek.

Szczególnym wyzwaniem jest azoospermia, czyli stan, w którym w standardowym badaniu ejakulatu nie stwierdza się obecności plemników. Odpowiedzią na ten problem może być opracowany w Stanach Zjednoczonych system STAR (Sperm Tracking and Recovery). To innowacyjne rozwiązanie łączy szybkie obrazowanie mikroskopowe, mikroprzepływy oraz algorytmy sztucznej inteligencji.

System analizuje ponad milion obrazów próbki na godzinę, tropiąc pojedyncze plemniki, które mogłyby zostać przeoczone w rutynowej procedurze. Gdy je zlokalizuje, umożliwia ich wyizolowanie, co daje szansę na ich późniejsze wykorzystanie w procedurach wspomaganego rozrodu.

– STAR jest szczególnie interesujący dlatego, że został opracowany do sytuacji, w której standardowa ocena może być wyjątkowo trudna – poszukiwania pojedynczych plemników u mężczyzn z azoospermią. W takim zastosowaniu AI może mieć dużą wartość, ponieważ jest w stanie przeanalizować ogromną liczbę obrazów i wskazywać bardzo rzadkie komórki. Jednocześnie podchodziłabym do tej technologii z ostrożnością. Dostępne dane kliniczne są jeszcze ograniczone, a sama możliwość wykrycia większej liczby pojedynczych plemników nie oznacza automatycznie poprawy skuteczności leczenia niepłodności – studzi nadmierny entuzjazm Katarzyna Stempnakowska, specjalista laboratoryjnej diagnostyki medycznej z Medycznych Laboratoriów Diagnostycznych INVICTA.

Komputer już wspiera laboratoria: metoda CASA

Wdrażanie algorytmów uczenia maszynowego to kolejny krok ewolucji, ale cyfryzacja diagnostyki nasienia trwa od lat. Przykładem powszechnie stosowanego wsparcia jest komputerowo wspomagana analiza nasienia (CASA).

Technologia ta śledzi tor ruchu plemników, automatycznie ocenia ich koncentrację oraz ruchliwość, a także wylicza precyzyjne parametry kinetyczne (np. prędkość). Dzięki temu diagności otrzymują standaryzowane, powtarzalne i obiektywne dane ilościowe.

– Przewagą CASA nad wyłącznie manualną oceną jest przede wszystkim większa standaryzacja i obiektywizacja analizy oraz możliwość szybkiej oceny dużej liczby plemników. System ma jednak swoje ograniczenia, między innymi przy bardzo niskim stężeniu plemników czy obecności innych elementów w próbce. W takich przypadkach diagnosta może zdecydować o wykonaniu analizy manualnej. Ostateczny wybór metody jest więc zawsze uzależniony od oceny konkretnego materiału przez specjalistę – wyjaśnia Katarzyna Stempnakowska.

Nie tylko liczba, ale jakość: badanie fragmentacji DNA

Nowoczesna diagnostyka męskiej płodności nie ogranicza się wyłącznie do liczenia plemników i oceny ich budowy. Równie istotna jest jakość materiału genetycznego. Uszkodzenia w strukturze DNA mogą bezpośrednio wpływać na szanse zapłodnienia i prawidłowy rozwój zarodka.

W zaawansowanych laboratoriach standardem staje się ocena fragmentacji DNA plemników metodą TUNEL z wykorzystaniem cytometrii przepływowej (badanie to na polskim rynku diagnostycznym jest rozwijane od 2007 roku, a w technologii cytometrii od 2017 r.). Rozwiązanie to pozwala na bezpośrednie wykrycie pęknięć w niciach DNA, a aparatura analizuje nawet 10 tysięcy komórek w pojedynczym badaniu. Tak duża próba eliminuje subiektywizm obserwatora i gwarantuje wysoką reprezentatywność wyniku.

– Nasze obecne podejście dobrze pokazuje, że technologia już dziś może znacząco zwiększać możliwości diagnostyczne zarówno poprzez komputerową analizę obrazu w CASA, jak i możliwość oceny tysięcy komórek w cytometrii. Nadal pozostaje jednak narzędziem w rękach specjalisty i elementem kontrolowanego systemu jakości – podkreśla ekspertka.

Algorytm narzędziem, człowiek decydentem

Rozwój technologii rodzi pytania o przyszłość personelu medycznego. Eksperci zaznaczają jednak, że nawet najbardziej zaawansowane sieci neuronowe nie zastąpią certyfikowanego personelu. Kluczem do wiarygodnego wyniku pozostają akredytowane procedury (np. Polskiego Centrum Akredytacji), zwalidowane normy oraz ścisły nadzór specjalistów laboratoryjnych.

– W diagnostyce sama zaawansowana technologia nie jest wystarczająca. Musi mieć jasno określone zastosowanie i ograniczenia, zostać odpowiednio zwalidowana i funkcjonować pod nadzorem specjalisty. AI może być kolejnym etapem rozwoju andrologii, szczególnie przy analizie bardzo dużej liczby obrazów i wyszukiwaniu niezwykle rzadkich zdarzeń. O jej znaczeniu zdecyduje jednak przede wszystkim rzeczywista wartość kliniczna dla pacjentów – podsumowuje Katarzyna Stempnakowska.