Deze aandoening treedt op wanneer vloeistof zich ophoopt in het middenoor achter het trommelvlies en geïnfecteerd raakt. Deze ophoping komt ook vaak voor bij een andere aandoening genaamd otitis media met effusie. Elke vorm van vochtophoping kan pijnlijk zijn en het voor kinderen moeilijk maken om te horen, wat vooral nadelig kan zijn wanneer ze leren praten.
Beide aandoeningen zijn moeilijk vast te stellen omdat ze vage symptomen hebben: Soms trekken kinderen aan hun oren of hebben koorts, en soms zijn er geen symptomen. Bovendien kunnen jonge kinderen soms niet beschrijven waar ze pijn doen.
Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Washington een nieuwe smartphone-app gemaakt die vloeistof achter het trommelvlies kan detecteren door simpelweg een stuk papier en de microfoon en luidspreker van een smartphone te gebruiken. De smartphone maakt een reeks zachte hoorbare tjirpen in het oor door een kleine papieren trechter en, afhankelijk van de manier waarop de tjirpen worden teruggekaatst naar de telefoon, bepaalt de app de waarschijnlijkheid dat er vloeistof aanwezig is met een waarschijnlijkheid van detectie van 85%. Dit is op gelijke voet met de huidige methoden die door specialisten worden gebruikt om vocht in het middenoor op te sporen, waarbij gespecialiseerde instrumenten worden gebruikt die akoestiek of een luchtpuf gebruiken.
Het team publiceerde zijn resultaten 15 mei in Science Translational Medicine.
“Het ontwerpen van een nauwkeurige screening tool op iets zo alomtegenwoordig als een smartphone kan game changing zijn voor zowel ouders als zorgverleners in regio’s met beperkte middelen,” zei co-auteur Shyam Gollakota, een universitair hoofddocent in de UW’s Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering. “Een belangrijk voordeel van onze technologie is dat er geen extra hardware voor nodig is, behalve een stuk papier en een software-app die op de smartphone draait.”
Als de diagnose eenmaal is gesteld, kan een oorontsteking eenvoudig worden behandeld met observatie of antibiotica, en hardnekkige vloeistof kan door een arts worden gecontroleerd of afgevoerd om de symptomen van pijn of gehoorverlies te verlichten. Een snelle screening thuis kan ouders helpen beslissen of ze hun kind al dan niet naar de dokter moeten brengen.
Deze app werkt door geluiden in het oor te sturen en te meten hoe die geluidsgolven veranderen als ze op het trommelvlies weerkaatsen. Het systeem van het team omvat een smartphone en een gewoon stuk papier dat de arts of ouder kan knippen en vouwen tot een trechter. De trechter rust op het buitenoor en leidt de geluidsgolven in en uit de gehoorgang. Wanneer de telefoon een ononderbroken geluid van 150 milliseconden – dat klinkt als het tjilpen van een vogel – door de trechter afspeelt, kaatsen de geluidsgolven terug op het trommelvlies, reizen ze terug door de trechter en worden ze samen met het oorspronkelijke getjilp opgepikt door de microfoon van de smartphone. Afhankelijk van of er vloeistof in zit, interfereren de gereflecteerde geluidsgolven anders met de originele chirp-geluidsgolven.
“Het is alsof je op een wijnglas tikt,” zei mede-eerste auteur Justin Chan, een doctoraalstudent aan de Allen School. “Afhankelijk van de hoeveelheid vloeistof die erin zit, krijg je verschillende geluiden. Met behulp van machine learning op deze geluiden, kunnen we de aanwezigheid van vloeistof detecteren.”
Wanneer er geen vloeistof achter het trommelvlies zit, trilt het trommelvlies en zendt een verscheidenheid aan geluidsgolven terug. Deze geluidsgolven interfereren in lichte mate met de oorspronkelijke tsjirp, waardoor een brede, ondiepe dip in het totale signaal ontstaat. Maar wanneer er vocht achter het trommelvlies zit, trilt het niet zo goed en weerkaatst het de oorspronkelijke geluidsgolven. Ze interfereren sterker met het oorspronkelijke getjilp en creëren een smalle, diepe dip in het signaal.
Om een algoritme te trainen dat veranderingen in het signaal detecteert en oren classificeert als oren met of zonder vocht, testte het team 53 kinderen tussen 18 maanden en 17 jaar in het Seattle Children’s Hospital. Ongeveer de helft van de kinderen zou een operatie ondergaan voor het plaatsen van een oorbuisje, een gebruikelijke operatie voor patiënten met chronische of terugkerende gevallen van oorvocht. De andere helft zou een andere operatie ondergaan die niets met oren te maken had, zoals een tonsillectomie.
“Wat echt uniek is aan deze studie, is dat we de gouden standaard voor het diagnosticeren van oorontstekingen hebben gebruikt,” zei mede-eerste auteur Dr. Sharat Raju, een chirurgisch assistent in otolaryngologie-hoofd-halschirurgie aan de UW School of Medicine. “Wanneer we buisjes in het oor plaatsen, maken we een insnijding in het trommelvlies en voeren we eventueel aanwezig vocht af. Dat is de beste manier om te zien of er vocht achter het trommelvlies zit. Dus deze operaties vormden de ideale setting voor dit onderzoek.”
Nadat de ouders geïnformeerde toestemming hadden gegeven, nam het team de tsjirpen en de daaruit voortvloeiende geluidsgolven op uit de oren van de patiënten vlak voor de operatie. Veel van de kinderen reageerden op de tsjirpen door te glimlachen of te lachen.
Onder de kinderen bij wie oorbuisjes werden geplaatst, bleek bij de operatie dat 24 oren vocht achter het trommelvlies hadden, terwijl 24 oren dat niet hadden. Bij kinderen die voor andere operaties gepland stonden, hadden twee oren uitpuilende trommelvliezen die kenmerkend waren voor een oorontsteking, terwijl de andere 48 oren in orde waren. Het algoritme identificeerde de waarschijnlijkheid van vloeistof 85% van de tijd correct, wat vergelijkbaar is met de huidige methoden die gespecialiseerde artsen gebruiken om vloeistof in het binnenoor te diagnosticeren.
Toen testte het team het algoritme op 15 oren van jongere kinderen tussen negen en 18 maanden oud. Het algoritme classificeerde alle vijf oren die positief waren voor vloeistof correct en negen van de tien oren, of 90%, die geen vloeistof hadden.
“Hoewel ons algoritme was getraind op oudere kinderen, werkt het nog steeds goed voor deze leeftijdsgroep,” zei co-auteur Dr. Randall Bly, een assistent-professor in otolaryngologie-hoofd- en nekchirurgie aan de UW School of Medicine die praktiseert in het Seattle Children’s Hospital. “Dit is van cruciaal belang omdat deze groep een hoge incidentie van oorinfecties heeft.”
Omdat de onderzoekers willen dat ouders deze technologie thuis kunnen gebruiken, trainde het team ouders hoe ze het systeem op hun eigen kinderen konden gebruiken. Ouders en artsen vouwden papieren trechters, testten 25 oren en vergeleken de resultaten. Zowel ouders als artsen detecteerden met succes de zes met vocht gevulde oren. Ouders en artsen waren het ook eens over 18 van de 19 oren zonder vloeistof. Bovendien leken de geluidsgolfcurven die zowel door de ouders als door de artsen werden gegenereerd op elkaar.
“De mogelijkheid om te weten hoe vaak en hoe lang er vloeistof aanwezig is geweest, kan ons helpen de beste beslissingen te nemen met patiënten en ouders,” zei Bly. “Het zou ook eerstelijnszorgverleners kunnen helpen te weten wanneer ze naar een specialist moeten verwijzen.”
Het team testte het algoritme ook op verschillende smartphones en gebruikte verschillende soorten papier om de trechter te maken. De resultaten waren consistent, ongeacht de telefoon of papiersoort. De onderzoekers zijn van plan om deze technologie te commercialiseren via een spin-out bedrijf, Edus Health, en vervolgens de app beschikbaar te maken voor het publiek.
“Vloeistof achter het trommelvlies komt zo vaak voor bij kinderen dat er een directe behoefte is aan een toegankelijke en nauwkeurige screening tool die thuis of in klinische settings kan worden gebruikt,” zei Raju. “Als ouders een stuk hardware kunnen gebruiken dat ze al hebben om een snel lichamelijk onderzoek te doen dat kan zeggen ‘Uw kind heeft hoogstwaarschijnlijk geen oorvocht’ of ‘Uw kind heeft waarschijnlijk oorvocht, u moet een afspraak maken met uw kinderarts,’ dat zou enorm zijn.”
Rajalakshmi Nandakumar, een doctoraalstudent in de Allen School, is ook een co-auteur van dit paper. Dit onderzoek werd gefinancierd door de National Science Foundation, de National Institutes of Health en de Seattle Children’s Sie-Hatsukami Research Endowment.