Ứng dụng kỹ thuật time-lapse kết hợp trí tuệ nhân tạo để chọn lựa phôi tiềm năng trong thụ tinh trong ống nghiệm

ThS Lê Nhật Quang, Ths Nguyễn Thị Phương Dung
IVFMD, Bệnh viện Mỹ Đức

Đánh giá và chọn lựa phôi tiềm năng để sử dụng cho bệnh nhân đóng vai trò rất quan trọng đối với sự thành công của thụ tinh trong ống nghiệm (TTTON). Do đó, đánh giá và chọn lựa phôi luôn được quan tâm và cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả TTTON. Hiện nay, hầu hết các trung tâm TTTON trên thế giới đều đánh giá phôi dựa trên các đặc điểm hình thái tại các thời điểm phát triển của phôi để chọn lựa phôi có tiềm năng. Trong những năm gần đây, kỹ thuật nuôi cấy phôi kết hợp camera quan sát liên tục (time-lapse) được sử dụng ngày càng phổ biến nhằm hỗ trợ tốt hơn cho việc đánh tiến trình phát triển của phôi.

Vai trò và thách thức của kỹ thuật time-lapse trong chọn phôi tiềm năng

Kỹ thuật time-lapse giúp ghi nhận hình ảnh phôi trong suốt quá trình nuôi cấy bên ngoài cơ thể. Trên cơ sở đó, chuyên viên phôi học có thể phân tích tiến trình phát triển của phôi chính xác theo từng thời điểm cũng như cách thức tế bào phôi phân chia. Đồng thời, các đặc điểm hình thái không tốt như phôi bào đa nhân, phôi phân chia không đều, phôi phân chia trực tiếp từ 1 tế bào thành nhiều hơn 2 tế bào hoặc các rối loạn khác trong tiến trình phân chia tế bào được phát hiện để chọn phôi tiềm năng tốt hơn.

Khai thác thông tin của phôi được ghi nhận từ time-lapse hiệu quả sẽ giúp chọn phôi tiềm năng chính xác hơn, cải thiện kết quả ở những lần chuyển phôi đầu tiên. Nhờ đó, có thể rút ngắn thời gian đạt được kết cục em bé sinh, cải thiện hiệu quả chi phí trong điều trị. Trên cơ sở đó, kỹ thuật time-lapse có thể phát huy hiệu quả trên mọi bệnh nhân TTTON. Tuy nhiên, với nguồn lực có hạn thì kỹ thuật time-lapse có thể ưu tiên áp dụng cho nhóm bệnh nhân lớn tuổi (>35 tuổi), nhóm bệnh nhân thất bại làm tổ nhiều lần chưa rõ nguyên nhân liên quan đến chất lượng phôi.

Trên thực tế, liệu kỹ thuật time-lapse có phát huy được vai trò như mong đợi hay không phụ thuộc vào cách thức chúng ta áp dụng và khai thác dữ liệu hiệu quả như thế nào. Các phương pháp đánh giá chất lượng phôi dựa trên hình thái hiện nay có độ dao động cao, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm cá nhân của chuyên viên phôi học. Kỹ thuật time-lapse có thể hỗ trợ thông tin tốt hơn cho chuyên viên phôi học trong quá trình đánh giá chất lượng phôi. Tuy vậy, chuyên viên phôi học cũng cần nhiều nhiều thời gian để phân tích và và đánh giá phôi. Hơn nữa, có nhiều thông số động học cũng như các đặc điểm hình thái mà con người không thể tự tổng hợp và phân tích cùng lúc để chọn lựa phôi có tiềm năng làm tổ cao nhất sử dụng cho bệnh nhân. Tất cả điều này tạo nên thách thức chung là làm sao để khai thác hiệu quả nguồn dữ liệu về phôi thu nhận từ hệ thống time-lapse nhằm chọn phôi tiềm năng tốt nhất.

Hiệu quả lâm sàng của kỹ thuật time-lapse trong TTTON

Mặc dù kỹ thuật time-lapse đã bắt đầu được ứng dụng thường qui vào TTTON từ năm 2010 và gia tăng nhanh chóng trong những năm gần đây, hiệu quả lâm sàng của kỹ thuật này so với nuôi cấy và lựa chọn phôi truyền thống vẫn còn đang được khẳng định. Một số nghiên cứu ngẫu nhiên có chứng cho thấy việc áp dụng time-lapse có cải thiện tỉ lệ thai diễn tiến và kết cục sinh sau TTTON so với nuôi cấy và chọn lựa phôi thường qui. Nghiên cứu của Siristatidis và cộng sự (2015) khảo sát trên 239 bệnh nhân và được chia thành 2 nhóm: nuôi cấy phôi bằng kĩ thuật time-lapse và nuôi cấy thông thường. Các kết quả tỉ lệ thai lâm sàng, tỉ lệ thai diễn tiến và tỉ lệ trẻ sinh sống ghi nhận cao hơn có ý nghĩa thống kê ở nhóm chuyển phôi được chọn lựa bằng time-lapse so với nuôi cấy và chọn phôi thường qui, lần lượt đạt 65,71% so với 39,05%; 55,71% so với 31,36% và 45,71% so với 28,40%; p<0,001. Phân tích cộng gộp của Pribenszky và cộng sự (2017) cho thấy chọn lựa phôi với kỹ thuật time-lapse giúp cải thiện tỉ lệ thai diễn tiến (OR 1,542; p<0,001), tỉ lệ trẻ sinh sống (OR 1,668; p=0,009), và giảm tỉ lệ mất thai sớm (OR 0,662; p=0,019). Tuy vậy, báo cáo mới nhất của Cochrane vào năm 2019 cho thấy kết quả thai diễn tiến, em bé sinh cũng như tỉ lệ sẩy thai chưa khác biệt rõ giữa việc có áp dụng so với không áp dụng kỹ thuật time-lapse. Nghĩa là mức độ chứng cứ cho việc cải thiện hiệu quả lâm sàng khi ứng dụng kỹ thuật time-lapse vẫn còn thấp. Điều này đang đặt ra thách thức cho việc áp dụng time-lapse thường qui vào TTTON: làm thế nào để khai thác hiệu quả ứng dụng time-lapse.

Trí tuệ nhân tạo kết hợp với kỹ thuật time-lapse như thế nào?

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence - AI) đã được phát triển và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống, trong đó có y tế. Trí tuệ nhân tạo là một ngành thuộc lĩnh vực khoa học máy tính, được con người lập trình để mô phỏng hành động của con người. Trí tuệ nhân tạo có khả năng học hỏi liên tục từ nguồn dữ liệu lớn để tích luỹ kinh nghiệm xử lý thông tin. Nhờ đó, trí tuệ nhân tạo có thể xử lí được nhiều dữ liệu có quy mô lớn và phức tạp một cách có hệ thống, khoa học với tốc độ rất nhanh so với con người.

Nhằm khắc phục các nhược điểm của cách đánh giá và chọn lựa phôi dựa trên hình thái hay các thông số động học được ghi nhận nhờ time-lapse, trí tuệ nhân tạo đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công nhằm xử lý lượng lớn thông tin về phôi, phân loại phôi theo tiềm năng đậu thai. Theo đó, dữ liệu hình ảnh phôi từ hệ thống time-lapse được tổng hợp, xử lí thông qua mô hình trí tuệ nhân tạo để phân loại chất lượng phôi và tiên lượng được hiệu quả khi sử dụng phôi. Đồng thời, các thuật toán trong mô hình trí tuệ nhân tạo được thiết lập tự động và liên tục được cập nhật dữ liệu mới nhất từ hệ thống để nâng cao tính chính xác trong quá trình xử lý thông tin. Từ đó, mô hình trí tuệ nhân tạo hỗ trợ chuyên viên phôi học chọn lựa chính xác phôi tốt nhất chuyển cho bệnh nhân.

Công nghệ trí tuệ nhân tạo kết hợp với time-lapse sẽ giúp tiết kiệm thời gian, công sức, loại bỏ được yếu tố chủ quan của chuyên viên phôi học, nâng cao độ chính xác trong quá trình đánh giá và chọn lựa phôi. Nhờ đó, việc chọn lựa đúng một phôi tiềm năng nhất cho mỗi lần chuyển phôi tốt hơn, hạn chế việc chuyển nhiều hơn một phôi gây nên tình trạng đa thai, giúp mang lại một thai kì khoẻ mạnh cho mẹ và bé, nâng cao tỉ lệ thành công của TTTON, góp phần giảm thời gian và chi phí cho bệnh nhân.

Một số công trình ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong việc chọn lựa phôi tiềm năng

Năm 2018, Tiến sĩ Trần Đặng Đình Áng và cộng sự (Đại học New South Wales - Úc) đã công bố nghiên cứu sử dụng trí tuệ nhân tạo để dự đoán tỉ lệ có thai của phôi được sử dụng bằng cách phân tích dữ liệu của hệ thống time-lapse với ứng dụng IVY. Theo đó, IVY là mô hình trí tuệ nhân tạo được xây dựng từ việc phân tích các đoạn video ghi nhận quá trình phát triển của phôi nhờ kỹ thuật time-lapse và đối chiếu với kết cục thai của chính phôi đó. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mô hình IVY có khả năng dự đoán chính xác tiềm năng đậu thai của phôi đến 89%.

Một dự án khác được nhóm các Tiến sĩ người Úc bao gồm Jonathan Hall, Michelle Perugini và Don Perugini khởi động từ năm 2016 với ứng dụng “Life Whisperer”. Ứng dụng này phân tích dữ liệu hình ảnh phôi 2D để dự đoán khả năng có thai. Kết quả công bố tại Hội nghị ESHRE 2019 cho thấy Life Whisperer có khả năng chọn lựa phôi chính xác hơn 30,8% so với chuyên viên phôi học đánh giá dựa trên các tiêu chuẩn hình thái.

Hiện nay, nhiều dự án khác nghiên cứu áp dụng trí tuệ nhân tạo trong việc chọn lựa phôi đã và đang được khởi động trên khắp thế giới. Tại Việt Nam, số chu kì TTTON ngày càng tăng, kỹ thuật time-lapse được ứng dụng ngày càng rộng rãi, dữ liệu hình ảnh phôi ngày càng nhiều có thể cung cấp cơ sở cho việc triển khai các nghiên cứu áp dụng trí tuệ nhân tạo trong chọn lựa phôi tiềm năng. Kĩ thuật time-lapse cùng với trí tuệ nhân tạo đang và sẽ có thể mang đến nhiều thay đổi tích cực trong lĩnh vực TTTON.

Tài liệu tham khảo

1. Armstrong S, Bhide P, Jordan V, Pacey A, Marjoribanks J, Farquhar C. 2019. Time-lapse systems for embryo incubation and assessment in assisted reproduction.Cochrane Database of Systematic Reviews. Issue 5. Art. No.: CD011320.

2. Pribenszky C, Nilselid AM, Montag M. 2017. Time-lapse culture with morphokinetic embryo selection improves pregnancy and live birth chances and reduces early pregnancy loss: a meta-analysis. Reprod Biomed Online.35(5):511-520.

3. Quang, L. N., Tram, L. T. B., Thuy, N. H. M., Toan, P. D., Vinh, D. Q., & Huyen, N. T. T. 2018. Comparison of clinical outcome of frozen embryo transfer after embryo selection based on morphokinetic versus morphologic criteria for freezing. Biomedical Research and Therapy, 5(12), 2910-2917.

4. Siristatidis, C., Komitopoulou, M. A., Makris, A., Sialakouma, A., Botzaki, M., Mastorakos, G., Salamalekis, G., Bettocchi, S. & Palmer, G. A. 2015. Morphokinetic parameters of early embryo development via time lapse monitoring and their effect on embryo selection and ICSI outcomes: a prospective cohort study. J Assist Reprod Genet, 32, 563-70.

5. Tran, A., Cooke, S., Illingworth, P. J., & Gardner, D. K. (2018). Artificial intelligence as a novel approach for embryo selection. Fertility and Sterility, 110(4), e430.

6. Wu, L., Han, W., Wang, J., Zhang, X., Liu, W., Xiong, S., Han, S., Liu, J., Gao, Y. & Huang, G. 2017. Embryo culture using a time-lapse monitoring system improves live birth rates compared with a conventional culture system: a prospective cohort study. Hum Fertil (Camb), 1-8.