Potluri (2019)
Vaishnavi Potluri, Preethi Sangeetha Kathiresan, Hemanth Kandula, Prudhvi Thirumalaraju, Manoj Kumar Kanakasabapathy, Sandeep Kota Sai Pavan, Divyank Yarravarapu, Anand Soundararajan, Karthik Baskar, Raghav Gupta, Neeraj Gudipati, John C. Petrozza en Hadi Shafiee
An inexpensive smartphone-based device for point-of-care ovulation testing
De mogelijkheid om nauwkeurig de ovulatie te voorspellen met goedkope diagnostische gegevens kan een grote hulp zijn voor paren die liever natuurlijke gezinsplanning toepassen. Op dit ogenblik zijn het opsporen van ovulatiespecifieke hormonen in urinemonsters en monitoring van de basale lichaamstemperatuur met technologische hulpmiddelen echter relatief duur. De analyse van het varenfenomeen in het speeksel daarentegen is relatief goedkoop en eenvoudig, waardoor het een aantrekkelijk alternatief vormt voor de meeste beschikbare benaderingen.
Tijdens de folliculaire fase van de menstruele cyclus gaat de stijging van oestradiolniveaus in het bloed gepaard met een toename van speekselelektrolyten, wat resulteert in het varenfenomeen. Dit is een gekristalliseerde structuur, die op varens lijkt en niet alleen in cervixslijm, maar ook in gedroogd speeksel kan worden teruggevonden. Het varenfenomeen wordt bij ovulerende vrouwen binnen een venster van 4 dagen rond de dag van de eisprong waargenomen. De huidige ovulatietests op basis van speeksel zijn echter handmatig en heel subjectief, waardoor ze vaak verkeerd worden geïnterpreteerd door de consument.
Systemen van Artificiële Intelligentie (AI) hebben al aangetoond dat ze uitzonderlijk goed presteren in toepassingen zoals het voorspellen van een cardiovasculair risico, zoals huidkankerscreening, en diabetische retinopathiedetectie. Daarnaast worden smartphonecamera’s gebruikt voor zowel kwantitatieve als kwalitatieve detectie van klinisch relevante biomarkers bij het opsporen van ziekte of behandeling zoals hiv/aids, syfilis, herpes, sikkelcelanemie, mannelijke infertiliteit en Zika.
In dit artikel wordt een verslag gegeven van de eerste tests op een eenvoudig, goedkoop en geautomatiseerd apparaat voor ovulatiedetectie, dat gekoppeld wordt aan de smartphone . Het apparaat maakt gebruik van AI voor de nauwkeurige detectie van het varenfenomeen in een klein volume (∼100 μL) van een speekselmonster. Een neuraal netwerk analyseert snel (<31 seconden) in luchtgedroogde speekselmonsters het varenfenomeen. Daarvoor wordt de MobileNet-architectuur gebruikt, die vooraf getraind is met 1,4 miljoen ImageNet-beelden van het varenfenomeen. Zo kon het smartphone-apparaat in een test met 200 beelden van menselijk speeksel in de menstruele cyclus de ovulatie detecteren met een nauwkeurigheid van 99,5%.
Zes gezonde vrouwen van 20 tot en met 22 jaar hebben aan de studie deelgenomen. Ze hadden normale menstruatiecycli; ze gebruikten geen tabak en alcohol en ze gebruikten geen hormonale anticonceptie gedurende de studieperiode.
De speekselmonsters werden vroeg in de ochtend voorafgaand aan het tandenpoetsen verzameld tijdens hun ovulatoire en niet-ovulatoire fasen. De twee verschillende fasen werden geïdentificeerd met behulp van de Clear Blue® urinetest (LH + oestrogeen) als referentie. De monsters werden geanalyseerd met behulp van een optisch systeem gebaseerd op de smartphone. Tijdens de trainingsfase van het netwerk werd ook een handmatige analyse op de aanwezigheid van het varenfenomeen uitgevoerd met behulp van een klassieke microscoop.
De analyse van de beelden gebeurde met een snelheid van ∼ 5 frames per seconde. Het resultaat kon op minder dan 31 seconden worden aangegeven.
De totale materiaalkosten voor deze aanpak bedraagt ∼ $ 14 USD. Het apparaat is bovendien volledig herbruikbaar. Tests op basis van urine kunnen variëren van $ 1-2 per test, ze zijn echter niet herbruikbaar en dus per cyclus kan de volledige urinetest voor een gebruiker in de VS ongeveer $ 35-40 kosten.
Aangezien de analyse met smartphone geen internetconnectie vereist, is dit apparaat vooral aantrekkelijk voor gebruik in gebieden waar geen internetverbindingen zijn.
Een van de beperkingen van het systeem is de onmogelijkheid om ovulatie te detecteren bij vrouwen met oestrogeenstoornissen, cysten in de eierstokken, en bij vrouwen die vruchtbaarheidsmedicatie nemen. Ook na roken of alcoholgebruik moet men voldoende tijd wachten vóór de test. Verder kan aanvulling met de basale lichaamstemperatuur helpen bij het overwinnen van de huidige beperkingen van het systeem.
Commentaar
Het is verheugend nieuws te merken dat Harvard-onderzoekers anno 2019 interesse betonen voor nieuwe technologieën voor natuurlijke gezinsplanning. Daar waar de speekseltests uit de jaren 1980 – een plastic microscoopje in de vorm van een lipstick – totaal onbetrouwbare gadgets waren, zijn ze blijkbaar dankzij de digitale techniek en artificiële intelligentie ontwikkeld tot betrouwbare parameters. Het is nu uitkijken naar vervolgonderzoek op grotere populaties en ook in moeilijkere omstandigheden om te zien of die hoge betrouwbaarheid in de praktijk stand houdt.
In de nabije toekomst kunnen deze tests zeker voor normaal vruchtbare vrouwen nuttig zijn bij kinderwens. Bij onvervulde kinderwens echter blijft de basale lichaamstemperatuur een noodzakelijk aanvullende parameter om een goed inzicht in de cyclus te verkrijgen.
Het probleem, dat ondanks deze mooie technologische ontwikkeling nog steeds niet is opgelost, is de tijdige voorspelling van de eisprong. Als men een bevruchting wil vermijden mag men immers niet uit het oog verliezen dat zaadcellen langer dan 4 dagen kunnen overleven.