Predicting the outcome of IVF treatments using forward selection regression and linear discriminant analysis

Abstract

As more and more In Vitro Fertilizaiton (IVF) treatments are performed each year, there is a need to better predict the outcomes of different stages of the treatment and hence get a better understanding of which hormonal and physical parameters affect the treatment outcome and in what way. In this study, the effect of interaction between baseline AMH (anti-mullerian hormone) and DFI (DNA fragmentation index) on the chance of obtaining at least one good quality embryo was investigated, but no significance was found. Then, a statistical approach was used to find predictive models for each stage of the treatment. Linear regressions were fitted to predict continuous target variables and linear discriminant analysis (LDA) was performed to predict the binary ones. It was found that baseline AMH (anti-mullerian hormone), baseline FSH (follicle stimulating hormone), and female age significantly affect the number of retrieved oocytes (commonly referred to as eggs). Further, high BMI (body-mass index) was shown to have a significant negative impact on fertilization rate and the chance of receiving at least one good quality embryo. Finally, it was shown that the number of collected oocytes has a significant impact on fertilization rate, and that fertilization rate has a significant impact on the chance of receiving at least one good quality embryo. The best models found for predicting pregnancy and live birth did not significantly outperform the naive models which they were compared to. Hence, no significant conclusions were drawn from these models. All patients in the data set went through their first IVF treatment, defined by a first and single egg retrieval. All proven significance is on a 95\% level.

Popular Abstract (Swedish)

Vad är det egentligen som avgör vilka som får barn och vilka som blir utan? Hur tidigt kan man avgöra om en behandling kommer lyckas? För varje år som går är det fler och fler par som vill men inte kan få barn och därför söker hjälp med provrörsbefruktning. Bara i Sverige har antalet behandlingar per år ökat från 3 000 behandlingar år 1990 till hela 22 000 år 2020. Alla söker de samma sak: ett litet barn att få föda, fostra och älska. Dagens behandlingar är effektiva och många får det barn de drömt om, men det är fortfarande långt ifrån alla.

Det har visats att tidiga behandlingsresultat kan bidra till att förutspå utfallet i de senare stegen i behandlingen. Redan från start, vid äggplockningen, kan man med vetskapen om antalet ägg som plockas förutspå hur stor andel av äggen som blir befruktade. Graden av befruktning kan i sin tur användas för att förutspå parets chans att få minst ett embryo av hög kvalitet, vilket är av allra högsta vikt för att bli gravid och föda ett levande barn.

Även rena grundförutsättningar verkar spela stor roll för utfallet av behandlingen. Kvinnans BMI (body-mass index) är negativt korrelerat med både andelen ägg som blivit fertiliserade samt chansen att få ett embryo av hög kvalitet. En hel del forskning har gjorts på BMI sedan tidigare och den här studien bekräftade de samband som hittats innan: att kvinnor med högre BMI får lägre andel fertiliserade ägg och har en lägre chans att bli fertiliserade.

Flertalet studier har dessutom gjorts på sambandet mellan kvinnans ålder och IVF-behandlingens utfall, där majoriteten visar på att en högre ålder påverkar fertiliteten negativt. I denna studie hittades däremot att antalet plockade ägg ökade med en stigande ålder. Detta är spännande eftersom kvinnans ålder idag anses vara en kritisk faktor för huruvida en lyckad behandling kan uppnås eller inte.

Reproduktionen är säkerligen ett komplext system som kommer forskas på långt framöver med nya samband som uppdagas allteftersom. I den traditionella forskningen inom provrörsbefruktning används ofta linjär och logistisk regression med en eller två förutbestämda parametrar. I den här studien användes istället statistiska metoder för att välja vilka parametrar som skulle ingå i modellen. Det gör att mindre intuitiva samband kan uppdagas.

Den datan som användes i den här studien har också använts i ett tidigare forskningsprojekt. Där hittade de att interaktionen mellan ett kvinnligt hormon som kallas AMH (anti-mullerian hormone) och spermans DNA fragmentation index påverkar chansen att få minst ett högkvalitativt embryo. Det resultatet kunde inte styrkas när det testades i den senare studien.

• author: Ekman, Agnes and Fahlberg, Linnéa
• supervisor: Andreas Jakobsson
• organization: Mathematical Statistics
• alternative title: Livets gåta - så förutspås utfallet i IVF-behandlingar
• course: FMSM01 20212
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Mathematics and Statistics
• publication/series: Master's Theses in Mathematical Sciences
• report number: LUTFMS-3439-2022
• ISSN: 1404-6342
• other publication id: 2022:E11
• language: English
• id: 9076165
• date added to LUP: 2022-03-02 09:20:02
• date last changed: 2022-08-23 13:56:02