Questa condizione si verifica quando il liquido si accumula nell’orecchio medio dietro il timpano e si infetta. Questo accumulo è comune anche in un’altra condizione chiamata otite media con effusione. Qualsiasi tipo di accumulo di fluido può essere doloroso e rendere difficile per i bambini sentire, il che può essere particolarmente dannoso quando stanno imparando a parlare.
Entrambe le condizioni sono difficili da diagnosticare perché hanno sintomi vaghi: A volte i bambini si tirano le orecchie o hanno la febbre, e a volte non ci sono sintomi. Inoltre, i bambini piccoli possono non essere in grado di descrivere dove fanno male.
Ora i ricercatori dell’Università di Washington hanno creato una nuova applicazione per smartphone che può rilevare il liquido dietro il timpano semplicemente utilizzando un pezzo di carta e un microfono e un altoparlante dello smartphone. Lo smartphone fa una serie di morbidi cinguettii udibili nell’orecchio attraverso un piccolo imbuto di carta e, a seconda del modo in cui i cinguettii vengono riflessi al telefono, l’app determina la probabilità di fluido presente con una probabilità di rilevamento dell’85%. Questo è alla pari con gli attuali metodi utilizzati dagli specialisti per rilevare il fluido nell’orecchio medio, che coinvolgono strumenti specializzati che utilizzano l’acustica o un soffio d’aria.
Il team ha pubblicato i suoi risultati 15 maggio in Science Translational Medicine.
“Progettare uno strumento di screening accurato su qualcosa di onnipresente come uno smartphone può cambiare il gioco per i genitori così come i fornitori di assistenza sanitaria in regioni con risorse limitate”, ha detto il co-autore Shyam Gollakota, un professore associato nella Scuola Paul G. Allen di Computer Science & Engineering della UW. “Un vantaggio chiave della nostra tecnologia è che non richiede alcun hardware aggiuntivo oltre a un pezzo di carta e un’applicazione software in esecuzione sullo smartphone.”
Una volta diagnosticate, le infezioni dell’orecchio possono essere facilmente trattate con osservazione o antibiotici, e il liquido persistente può essere monitorato o drenato da un medico per alleviare i sintomi di dolore o perdita dell’udito. Un rapido screening a casa potrebbe aiutare i genitori a decidere se hanno bisogno o meno di portare il loro bambino dal medico.
Questa applicazione funziona inviando suoni nell’orecchio e misurare come quelle onde sonore cambiano mentre rimbalzano sul timpano. Il sistema del team coinvolge uno smartphone e un normale pezzo di carta che il medico o il genitore può tagliare e piegare in un imbuto. L’imbuto si appoggia sull’orecchio esterno e guida le onde sonore dentro e fuori il canale uditivo. Quando il telefono riproduce un suono continuo di 150 millisecondi – che suona come il cinguettio di un uccello – attraverso l’imbuto, le onde sonore rimbalzano sul timpano, viaggiano indietro attraverso l’imbuto e vengono raccolte dal microfono dello smartphone insieme ai cinguettii originali. A seconda che ci sia del liquido all’interno, le onde sonore riflesse interferiscono con le onde sonore del cinguettio originale in modo diverso.
“È come picchiettare un bicchiere di vino”, ha detto il co-autore Justin Chan, uno studente di dottorato nella scuola Allen. “A seconda di quanto liquido c’è dentro, si ottengono suoni diversi. Usando l’apprendimento automatico su questi suoni, possiamo rilevare la presenza di liquido.”
Quando non c’è liquido dietro il timpano, il timpano vibra e invia una varietà di onde sonore indietro. Queste onde sonore interferiscono leggermente con il cinguettio originale, creando un ampio e poco profondo tuffo nel segnale complessivo. Ma quando il timpano ha del fluido dietro di sé, non vibra così bene e riflette le onde sonore originali. Essi interferiscono più fortemente con il cinguettio originale e creare un tuffo stretto e profondo nel segnale.
Per addestrare un algoritmo che rileva i cambiamenti nel segnale e classifica le orecchie come avendo fluido o no, il team ha testato 53 bambini di età compresa tra i 18 mesi e 17 anni presso il Seattle Children’s Hospital. Circa la metà dei bambini è stata programmata per sottoporsi a un intervento chirurgico per il posizionamento del tubo auricolare, un intervento comune per i pazienti con incidenti cronici o ricorrenti di liquido nell’orecchio. L’altra metà è stata programmata per sottoporsi a un diverso intervento chirurgico non collegato alle orecchie, come una tonsillectomia.
“Ciò che è davvero unico di questo studio è che abbiamo usato il gold standard per diagnosticare le infezioni dell’orecchio”, ha detto il co-autore Dr. Sharat Raju, uno specializzando in otorinolaringoiatria-chirurgia della testa e del collo presso la UW School of Medicine. “Quando mettiamo i tubi dell’orecchio, facciamo un’incisione nel timpano e dreniamo qualsiasi liquido presente. Questo è il modo migliore per dire se c’è del liquido dietro il timpano. Quindi questi interventi chirurgici hanno creato l’ambiente ideale per questo studio”.”
Dopo che i genitori hanno fornito il consenso informato, il team ha registrato i cinguettii e le loro onde sonore risultanti dalle orecchie dei pazienti immediatamente prima dell’intervento. Molti dei bambini hanno risposto ai cinguettii sorridendo o ridendo.
Tra i bambini che hanno ottenuto i loro tubi auricolari, l’operazione ha rivelato che 24 orecchie avevano fluido dietro il timpano, mentre 24 orecchie no. Per i bambini programmati per altri interventi chirurgici, due orecchie avevano timpani gonfi caratteristici di un’infezione dell’orecchio, mentre le altre 48 orecchie erano a posto. L’algoritmo ha identificato correttamente la probabilità di fluido l’85% delle volte, che è paragonabile ai metodi attuali che i medici specializzati usano per diagnosticare il fluido nell’orecchio interno.
Poi il team ha testato l’algoritmo su 15 orecchie appartenenti a bambini più giovani tra i nove e i 18 mesi di età. Ha classificato correttamente tutte le cinque orecchie che erano positive per il fluido e nove delle 10 orecchie, o il 90%, che non avevano fluido.
“Anche se il nostro algoritmo è stato addestrato su bambini più grandi, funziona ancora bene per questo gruppo di età”, ha detto il co-autore Dr. Randall Bly, un assistente professore di otorinolaringoiatria-chirurgia della testa e del collo presso la UW School of Medicine che pratica presso il Seattle Children’s Hospital. “Questo è fondamentale perché questo gruppo ha un’alta incidenza di infezioni dell’orecchio”.
Perché i ricercatori vogliono che i genitori siano in grado di utilizzare questa tecnologia a casa, il team ha formato i genitori su come utilizzare il sistema sui propri figli. Genitori e medici hanno piegato imbuti di carta, testato 25 orecchie e confrontato i risultati. Sia i genitori che i medici hanno individuato con successo le sei orecchie piene di liquido. Genitori e medici erano anche d’accordo su 18 delle 19 orecchie senza fluido. Inoltre, le curve delle onde sonore generate dai test dei genitori e dei medici erano simili.
“La capacità di sapere quanto spesso e per quanto tempo il fluido è stato presente potrebbe aiutarci a prendere le migliori decisioni di gestione con i pazienti e i genitori”, ha detto Bly. “Potrebbe anche aiutare i fornitori di cure primarie a sapere quando fare riferimento a uno specialista.”
Il team ha anche testato l’algoritmo su una varietà di smartphone e utilizzato diversi tipi di carta per fare l’imbuto. I risultati sono stati coerenti indipendentemente dal tipo di telefono o di carta. I ricercatori hanno intenzione di commercializzare questa tecnologia attraverso una società spinout, Edus Health, e poi rendere l’app disponibile al pubblico.
“Il fluido dietro il timpano è così comune nei bambini che c’è un bisogno diretto di uno strumento di screening accessibile e accurato che può essere utilizzato a casa o in ambienti clinici”, ha detto Raju. “Se i genitori potessero usare un pezzo di hardware che hanno già per fare un rapido esame fisico che può dire ‘Il tuo bambino molto probabilmente non ha fluido nell’orecchio’ o ‘Il tuo bambino probabilmente ha fluido nell’orecchio, dovresti prendere un appuntamento con il tuo pediatra,’ sarebbe enorme.”
Rajalakshmi Nandakumar, uno studente di dottorato nella Scuola Allen, è anche un co-autore di questo documento. Questa ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation, dai National Institutes of Health e dal Seattle Children’s Sie-Hatsukami Research Endowment.