Diese Erkrankung tritt auf, wenn sich im Mittelohr hinter dem Trommelfell Flüssigkeit ansammelt und infiziert wird. Diese Flüssigkeitsansammlung ist auch bei einer anderen Erkrankung, der Otitis media mit Erguss, häufig. Jede Art von Flüssigkeitsansammlung kann schmerzhaft sein und Kindern das Hören erschweren, was sich besonders nachteilig auswirkt, wenn sie sprechen lernen.
Beide Erkrankungen sind schwer zu diagnostizieren, da sie vage Symptome haben: Manchmal ziehen die Kinder an den Ohren oder haben Fieber, und manchmal gibt es keine Symptome. Außerdem können kleine Kinder oft nicht beschreiben, wo sie Schmerzen haben.
Forscher der University of Washington haben nun eine neue Smartphone-App entwickelt, mit der sich Flüssigkeit hinter dem Trommelfell einfach mit einem Stück Papier und dem Mikrofon und Lautsprecher eines Smartphones feststellen lässt. Das Smartphone sendet über einen kleinen Papiertrichter eine Reihe von leisen Signaltönen in das Ohr, und je nachdem, wie die Töne zum Telefon reflektiert werden, bestimmt die App die Wahrscheinlichkeit, dass Flüssigkeit vorhanden ist, mit einer Entdeckungswahrscheinlichkeit von 85 %. Dies ist vergleichbar mit den aktuellen Methoden, die von Fachleuten verwendet werden, um Flüssigkeit im Mittelohr zu erkennen, die spezialisierte Werkzeuge verwenden, die Akustik oder einen Luftzug verwenden.
Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse am 15. Mai in Science Translational Medicine.
„Die Entwicklung eines präzisen Screening-Tools auf einem so allgegenwärtigen Gerät wie einem Smartphone kann sowohl für Eltern als auch für Gesundheitsdienstleister in ressourcenbeschränkten Regionen von entscheidender Bedeutung sein“, sagte Co-Autor Shyam Gollakota, ein außerordentlicher Professor an der Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering der UW. „Ein entscheidender Vorteil unserer Technologie ist, dass sie außer einem Blatt Papier und einer auf dem Smartphone laufenden Software-App keine zusätzliche Hardware erfordert.“
Wenn eine Ohrinfektion diagnostiziert ist, kann sie leicht mit Beobachtung oder Antibiotika behandelt werden, und anhaltende Flüssigkeit kann von einem Arzt überwacht oder abgelassen werden, um die Symptome von Schmerzen oder Hörverlust zu lindern. Ein schnelles Screening zu Hause könnte Eltern helfen zu entscheiden, ob sie ihr Kind zum Arzt bringen müssen oder nicht.
Diese App funktioniert, indem sie Töne ins Ohr sendet und misst, wie sich diese Schallwellen verändern, wenn sie am Trommelfell abprallen. Das System des Teams besteht aus einem Smartphone und einem normalen Stück Papier, das der Arzt oder die Eltern ausschneiden und zu einem Trichter falten können. Der Trichter liegt auf der Ohrmuschel auf und leitet die Schallwellen in den und aus dem Gehörgang. Wenn das Telefon einen 150 Millisekunden langen Dauerton – der sich wie Vogelgezwitscher anhört – durch den Trichter abspielt, prallen die Schallwellen am Trommelfell ab, wandern durch den Trichter zurück und werden vom Mikrofon des Smartphones zusammen mit dem ursprünglichen Zwitschern aufgefangen. Je nachdem, ob sich Flüssigkeit im Trichter befindet, interferieren die reflektierten Schallwellen unterschiedlich mit den ursprünglichen Zirp-Schallwellen.
„Es ist, als ob man ein Weinglas anklopft“, sagt Justin Chan, Mitautor der Studie und Doktorand an der Allen School. „Je nachdem, wie viel Flüssigkeit sich darin befindet, erhält man unterschiedliche Töne. Mit Hilfe von maschinellem Lernen können wir das Vorhandensein von Flüssigkeit erkennen.“
Wenn sich keine Flüssigkeit hinter dem Trommelfell befindet, vibriert das Trommelfell und sendet eine Vielzahl von Schallwellen zurück. Diese Schallwellen stören das ursprüngliche Zirpen nur geringfügig und erzeugen eine breite, flache Senke im Gesamtsignal. Wenn sich hinter dem Trommelfell jedoch Flüssigkeit befindet, vibriert es nicht so stark und reflektiert die ursprünglichen Schallwellen zurück. Sie stören das ursprüngliche Zirpen stärker und erzeugen eine schmale, tiefe Senke im Signal.
Um einen Algorithmus zu trainieren, der Veränderungen im Signal erkennt und die Ohren als flüssig oder nicht flüssig klassifiziert, testete das Team 53 Kinder im Alter von 18 Monaten bis 17 Jahren im Seattle Children’s Hospital. Bei etwa der Hälfte der Kinder war eine Operation zum Einsetzen eines Ohrschlauchs vorgesehen, ein üblicher Eingriff bei Patienten mit chronischen oder wiederkehrenden Fällen von Ohrensaft. Die andere Hälfte sollte sich einem anderen chirurgischen Eingriff unterziehen, der nichts mit den Ohren zu tun hat, z. B. einer Mandelentfernung.
„Das Besondere an dieser Studie ist, dass wir den Goldstandard für die Diagnose von Ohrinfektionen verwendet haben“, sagte Dr. Sharat Raju, Mitautor der Studie und Assistenzarzt für HNO-Heilkunde, Kopf- und Halschirurgie an der UW School of Medicine. „Wenn wir Ohrschläuche einsetzen, machen wir einen Einschnitt in das Trommelfell und leiten die Flüssigkeit ab. Das ist der beste Weg, um festzustellen, ob sich Flüssigkeit hinter dem Trommelfell befindet. Nachdem die Eltern ihr Einverständnis gegeben hatten, zeichnete das Team die Zwitschergeräusche und die daraus resultierenden Schallwellen aus den Ohren der Patienten unmittelbar vor der Operation auf. Viele der Kinder reagierten auf das Zirpen mit einem Lächeln oder Lachen.
Bei den Kindern, denen ein Ohrschlauch eingesetzt wurde, stellte sich bei der Operation heraus, dass 24 Ohren Flüssigkeit hinter dem Trommelfell aufwiesen, während 24 Ohren dies nicht taten. Bei den Kindern, die für andere Operationen vorgesehen waren, wiesen zwei Ohren wulstige Trommelfelle auf, die auf eine Ohrinfektion hindeuten, während die anderen 48 Ohren in Ordnung waren. Der Algorithmus erkannte die Wahrscheinlichkeit von Flüssigkeit in 85 % der Fälle richtig, was mit den derzeitigen Methoden vergleichbar ist, die spezialisierte Ärzte zur Diagnose von Flüssigkeit im Innenohr verwenden.
Dann testete das Team den Algorithmus an 15 Ohren jüngerer Kinder im Alter zwischen neun und 18 Monaten. Alle fünf Ohren, die positiv auf Flüssigkeit reagierten, wurden korrekt klassifiziert, und neun von zehn Ohren, d. h. 90 %, wiesen keine Flüssigkeit auf.
„Obwohl unser Algorithmus an älteren Kindern trainiert wurde, funktioniert er auch für diese Altersgruppe gut“, sagte Mitautor Dr. Randall Bly, Assistenzprofessor für HNO-Heilkunde und Kopf- und Halschirurgie an der UW School of Medicine, der am Seattle Children’s Hospital praktiziert. „
Da die Forscher möchten, dass die Eltern diese Technologie zu Hause anwenden können, schulte das Team die Eltern, wie sie das System bei ihren eigenen Kindern einsetzen können. Eltern und Ärzte falteten Papiertrichter, testeten 25 Ohren und verglichen die Ergebnisse. Sowohl die Eltern als auch die Ärzte erkannten erfolgreich die sechs mit Flüssigkeit gefüllten Ohren. Auch bei 18 der 19 Ohren ohne Flüssigkeit waren sich Eltern und Ärzte einig. Außerdem sahen die Schallwellenkurven, die bei den Tests von Eltern und Ärzten erzeugt wurden, ähnlich aus.
„Die Möglichkeit, zu wissen, wie oft und wie lange Flüssigkeit vorhanden war, könnte uns helfen, die besten Behandlungsentscheidungen mit Patienten und Eltern zu treffen“, sagte Bly. „
Das Team testete den Algorithmus auch auf verschiedenen Smartphones und verwendete verschiedene Papiersorten, um den Trichter zu erstellen. Die Ergebnisse waren unabhängig von der Art des Telefons oder Papiers konsistent. Die Forscher planen, diese Technologie über ein ausgegründetes Unternehmen, Edus Health, zu vermarkten und die App dann der Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen.
„Flüssigkeit hinter dem Trommelfell ist bei Kindern so häufig, dass ein direkter Bedarf an einem zugänglichen und genauen Screening-Tool besteht, das zu Hause oder im klinischen Umfeld eingesetzt werden kann“, sagte Raju. „Wenn Eltern ein Gerät verwenden könnten, das sie bereits haben, um eine schnelle körperliche Untersuchung durchzuführen, die ihnen sagen kann: ‚Ihr Kind hat wahrscheinlich keine Flüssigkeit im Ohr‘ oder ‚Ihr Kind hat wahrscheinlich Flüssigkeit im Ohr, Sie sollten einen Termin mit Ihrem Kinderarzt vereinbaren‘, wäre das ein großer Fortschritt.“
Rajalakshmi Nandakumar, eine Doktorandin an der Allen School, ist ebenfalls Mitautorin dieser Arbeit. Diese Forschungsarbeit wurde von der National Science Foundation, den National Institutes of Health und dem Seattle Children’s Sie-Hatsukami Research Endowment finanziert.