Schwanger dank künstlicher Intelligenz

Vor rund 43 Jahren begründete die In-vitro-Fertilisierung (IVF) die moderne Reproduktionsmedizin. Die Wahrscheinlichkeit durch diese Behandlung ein Kind zu bekommen, liegt laut österreichischem IVF-Register 2019 bei ca. 35 Prozent. Das Kinderwunsch Zentrum am Kepler Universitätsklinikum und das Software Competence Center Hagenberg (SCCH) arbeiten im Rahmen eines vom Land Oberösterreich über die Wirtschafts- und Forschungsstrategie (#upperVISION2030) geförderten Proje-tes daran, die Qualitätsbewertung der Blastozysten (im Frühstadium befindliche Embryonen) mit Hilfe von künstlicher Intelligenz (KI) zu verbessern und somit die Erfolgschancen für eine Schwangerschaft zu erhöhen.

Die österreichischen IVF-Zentren führten 2019 11.028 IVF-Behandlungen an 7.131 Paaren durch. Bei 9.172 wurde ein Embryo in die Gebärmutter transferiert, worauf es in 3.132 Fällen zu einer Schwangerschaft kam. Eine solche Behandlung ist mit hohem Aufwand und Kosten, sowie körperlichen und psychischen Belastungen für die Patientinnen verbunden. Bei einer IVF werden Eizellen in einer Laborumgebung befruchtet und die Embryonen spätestens im Blastozystenstadium (Tag 5 der Entwicklung) in die Gebärmutter eingesetzt. "Dabei trachtet man danach nur qualitativ hochwertige Blastozysten ein-zusetzen. Bisher passierte die Analyse unter dem Mikroskop und der mittlere Konsens einer Gruppe von spezialisierten EmbryologInnen entschied mit einem gewissen Maß an Subjektivität über „geeignete“ und „weniger geeignete“ Blastozysten", erklärt Univ.-Prof. Mag. Dr. Thomas Ebner, der das IVF Labor am KUK Kinderwunsch Zentrum leitet.

Künstliche Intelligenz für künstliche Befruchtung

Ziel des Projekts ist die Qualitätsbewertung der Blastozysten durch KI-Methoden so zu verbessern, dass die Wahrscheinlichkeit bei einem Transfer schwanger zu werden deutlich steigt. "Gerade hier kann KI einen wesentlichen Beitrag leisten. Es können verschiedene neuronale Netze eingesetzt werden, um unter anderem die Qualität einer Blastozyste, die beste vorhandene Blastozyste, die Anzahl der einzusetzenden Blastozysten oder die Wahrscheinlichkeit einer Schwangerschaft zu bestimmen", sagt Ebner. Gespeist und trainiert werden diese neuronalen Netze mit einzelnen Bilddaten, Zeitraffer-Serien und weiteren klinischen Parametern, wie beispielsweise dem Alter der Patientinnen.  

Trainingsdaten werden benötigt 

Eine große Herausforderung beim Einsatz von KI-Methoden, sind die großen Trainingsdatenmengen die benötigt werden. Speziell im medizinischen Bereich können geeignete Trainingsdaten für Klassifizierungsnetze nur mit großem Aufwand generiert werden, da es an Daten von Patientinnen, benötigte Fachkenntnisse zur Datenaufnahme u.v.m. fehlt. "In diesem Projekt werden zum ersten Mal Generative Adversarial Networks (GANs) eingesetzt, um synthetische Bilddaten von Blastozysten zu erzeugen und damit die Menge an Daten um ein Vielfaches zu erhöhen. So können wir den Trainingsprozess der Netze deutlich verbessern. Da das Problem der geringen Datenmenge gerade im medizinischen Bereich oft die Performance von KI-Anwendungen begrenzt, können die Ergebnisse des Projekts auch für viele weitere derartige Problemstellungen von Bedeu-tung sein", sagt Mag. Markus Manz, CEO des SCCH. 

Corporate Data SCCH - KUK Kinderwunschzentrum

Das Kepler Universitätsklinikum ist 2015 aus der Zusammenführung des Allgemeinen Krankenhauses der Stadt Linz, der Landesfrauen- und Kinderklinik und der Landes-Nervenklinik Wagner-Jauregg entstanden. Mit über 1800 Betten ist es mit etwa 6500 Mitarbeiter*innen das zweitgrößte Krankenhaus in Österreich. Das Kinderwunsch Zentrum am Kepler Universitätsklinikum ist seit seiner Gründung 1988 ein Schwerpunkt des Fachbereiches Frauenheilkunde und Geburtshilfe und heute Teil der Univ. Klinik für Gynäkologie, Geburtshilfe und Gyn. Endokrinologie unter der Leitung von Univ. Prof. Dr. Peter Oppelt MBA. Die wissenschaftliche Aktivität ist ein Schwerpunkt des Bereiches, der sich in einer Vielzahl an Publikationen widerspiegelt. Die morphologische und morphokinetische Beurteilung von Eizellen und Embryonen sowie die Time-Lapse Technologie ist ein Schwerpunkt des Zentrums.
www.lebenswunsch.at