Tento stav nastává, když se ve středním uchu za ušním bubínkem nahromadí tekutina, která se zanítí. Toto nahromadění je běžné také u jiného onemocnění zvaného zánět středního ucha s výpotkem. Jakékoli nahromadění tekutiny může být bolestivé a ztěžuje dětem slyšení, což může být obzvláště škodlivé, když se učí mluvit.
Obě onemocnění se obtížně diagnostikují, protože mají nejasné příznaky: Někdy si děti tahají za uši nebo mají horečky a někdy nemají žádné příznaky. Malé děti navíc nemusí být schopné popsat, kde je bolí.
Nyní vědci z Washingtonské univerzity vytvořili novou aplikaci pro chytré telefony, která dokáže zjistit tekutinu za ušním bubínkem jednoduše pomocí kousku papíru a mikrofonu a reproduktoru chytrého telefonu. Chytrý telefon vydává do ucha přes malý papírový trychtýřek sérii jemných slyšitelných cvrlikání a podle toho, jak se cvrlikání odráží zpět do telefonu, aplikace určí pravděpodobnost přítomnosti tekutiny s pravděpodobností detekce 85 %. To se vyrovná současným metodám používaným odborníky k detekci tekutiny ve středním uchu, které zahrnují specializované nástroje využívající akustiku nebo foukání vzduchu.
Tým své výsledky zveřejnil 15. května v časopise Science Translational Medicine.
„Navržení přesného screeningového nástroje na něčem tak všudypřítomném, jako je chytrý telefon, může změnit pravidla hry pro rodiče i poskytovatele zdravotní péče v regionech s omezenými zdroji,“ uvedl spoluautor Shyam Gollakota, docent na Fakultě počítačových věd Paula G. Allena na UW & Engineering. „Klíčovou výhodou naší technologie je, že nevyžaduje žádný další hardware kromě kusu papíru a softwarové aplikace spuštěné na chytrém telefonu.“
Po diagnostice lze ušní infekce snadno léčit pozorováním nebo antibiotiky a přetrvávající tekutinu může lékař sledovat nebo vypustit, aby zmírnil příznaky bolesti nebo ztráty sluchu. Rychlý domácí screening by mohl rodičům pomoci rozhodnout, zda je nutné vzít dítě k lékaři.
Tato aplikace funguje tak, že vysílá zvuky do ucha a měří, jak se tyto zvukové vlny mění, když se odrážejí od ušního bubínku. Systém týmu zahrnuje chytrý telefon a obyčejný kus papíru, který může lékař nebo rodič rozstřihnout a složit do trychtýře. Trychtýř spočívá na vnějším uchu a vede zvukové vlny dovnitř a ven ze zvukovodu. Když telefon přehrává nepřetržitý 150 milisekundový zvuk – který zní jako ptačí cvrlikání – skrze trychtýř, zvukové vlny se odrážejí od ušního bubínku, putují zpět trychtýřem a jsou zachyceny mikrofonem smartphonu spolu s původním cvrlikáním. V závislosti na tom, zda je uvnitř tekutina, odražené zvukové vlny různě interferují s původními zvukovými vlnami cvrkotu.
„Je to jako ťukat na skleničku s vínem,“ řekl spoluautor prvního příspěvku Justin Chan, doktorand na Allen School. „V závislosti na tom, kolik je v ní kapaliny, získáte různé zvuky. Pomocí strojového učení na těchto zvucích můžeme zjistit přítomnost tekutiny.“
Když za ušním bubínkem není žádná tekutina, bubínek vibruje a vysílá zpět různé zvukové vlny. Tyto zvukové vlny mírně ruší původní cvrkot a vytvářejí široký, mělký propad v celkovém signálu. Když je však za ušním bubínkem tekutina, bubínek nevibruje tak dobře a odráží původní zvukové vlny zpět. Ty ruší původní cvrkot silněji a vytvářejí v signálu úzký, hluboký propad.
Pro trénink algoritmu, který detekuje změny v signálu a klasifikuje uši, zda mají tekutinu, nebo ne, testoval tým v dětské nemocnici v Seattlu 53 dětí ve věku od 18 měsíců do 17 let. Přibližně polovina dětí měla podstoupit operaci umístění ušní trubičky, což je běžná operace u pacientů s chronickým nebo opakovaným výskytem ušní tekutiny. Druhá polovina měla podstoupit jinou operaci, která s ušima nesouvisí, například odstranění mandlí.
„Na této studii je opravdu unikátní to, že jsme použili zlatý standard pro diagnostiku ušních infekcí,“ uvedl spoluautor studie Dr. Sharat Raju, chirurgický rezident v oboru otolaryngologie – chirurgie hlavy a krku na Lékařské fakultě UP. „Když zavádíme ušní trubičky, provedeme řez do ušního bubínku a vypustíme veškerou přítomnou tekutinu. To je nejlepší způsob, jak zjistit, zda je za bubínkem tekutina. Takže tyto operace vytvořily ideální prostředí pro tuto studii.“
Po poskytnutí informovaného souhlasu rodičů tým zaznamenával cvrkot a jeho výsledné zvukové vlny z uší pacientů bezprostředně před operací. Mnoho dětí na cvrkot reagovalo úsměvem nebo smíchem.
U dětí, kterým byly zavedeny ušní trubičky, operace odhalila, že 24 uší má tekutinu za bubínkem, zatímco 24 uší ji nemá. U dětí plánovaných na další operace měly dvě uši vypouklé bubínky charakteristické pro ušní infekci, zatímco ostatních 48 uší bylo v pořádku. Algoritmus správně určil pravděpodobnost výskytu tekutiny v 85 % případů, což je srovnatelné se současnými metodami, které specializovaní lékaři používají k diagnostice tekutiny ve vnitřním uchu.
Poté tým testoval algoritmus na 15 uších patřících mladším dětem ve věku od 9 do 18 měsíců. Správně klasifikoval všech pět uší, které byly pozitivní na přítomnost tekutiny, a devět z deseti uší, tedy 90 %, které tekutinu neměly.
„I když byl náš algoritmus trénován na starších dětech, stále dobře funguje i pro tuto věkovou skupinu,“ uvedl spoluautor Dr. Randall Bly, odborný asistent otolaryngologie – chirurgie hlavy a krku na lékařské fakultě UW, který působí v dětské nemocnici v Seattlu. „To je velmi důležité, protože tato skupina má vysoký výskyt ušních infekcí.“
Protože vědci chtějí, aby rodiče mohli tuto technologii používat doma, tým vyškolil rodiče, jak systém používat u vlastních dětí. Rodiče a lékaři složili papírové trychtýře, otestovali 25 uší a porovnali výsledky. Rodiče i lékaři úspěšně odhalili šest uší naplněných tekutinou. Rodiče i lékaři se také shodli na 18 z 19 uší bez tekutiny. Křivky zvukových vln vytvořené testy rodičů i lékařů navíc vypadaly podobně.
„Schopnost zjistit, jak často a jak dlouho je tekutina přítomna, by nám mohla pomoci při rozhodování o nejlepší léčbě pacientů a rodičů,“ řekl Bly. „Mohlo by to také pomoci poskytovatelům primární péče zjistit, kdy je třeba odeslat pacienta ke specialistovi.“
Tým také testoval algoritmus na různých chytrých telefonech a používal různé druhy papíru k vytvoření nálevky. Výsledky byly konzistentní bez ohledu na typ telefonu nebo papíru. Výzkumníci plánují komercializaci této technologie prostřednictvím spinoutové společnosti Edus Health a následné zpřístupnění aplikace veřejnosti.
„Tekutina za ušním bubínkem je u dětí tak častá, že existuje přímá potřeba dostupného a přesného screeningového nástroje, který lze použít doma nebo v klinickém prostředí,“ řekl Raju. „Pokud by rodiče mohli použít přístroj, který již mají, k rychlému fyzikálnímu vyšetření, které může říci: ‚Vaše dítě s největší pravděpodobností nemá ušní tekutinu‘ nebo ‚Vaše dítě pravděpodobně má ušní tekutinu, měli byste se objednat ke svému pediatrovi‘, bylo by to obrovské.“
Rajalakshmi Nandakumar, doktorandka na Allen School, je také spoluautorkou této práce. Tento výzkum byl financován National Science Foundation, National Institutes of Health a Seattle Children’s Sie-Hatsukami Research Endowment.