This condition occurs when fluid builds up in the middle ear behind the eardrum and is infected. To nagromadzenie jest również powszechne w innym stanie zwanym zapaleniem ucha środkowego z wysiękiem. Każdy rodzaj gromadzenia się płynu może być bolesny i utrudniać dzieciom słyszenie, co może być szczególnie szkodliwe, gdy uczą się mówić.
Oba te stany są trudne do zdiagnozowania, ponieważ mają niejasne objawy: Czasami dzieci ciągną za uszy lub mają gorączkę, a czasami nie ma żadnych objawów. Ponadto małe dzieci mogą nie być w stanie opisać, gdzie bolą.
Teraz naukowcy z Uniwersytetu w Waszyngtonie stworzyli nową aplikację na smartfona, która może wykryć płyn za błoną bębenkową, po prostu używając kartki papieru oraz mikrofonu i głośnika smartfona. Smartfon wykonuje serię miękkich słyszalnych dźwięków do ucha przez mały lejek papieru i w zależności od sposobu, w jaki dźwięki są odbijane z powrotem do telefonu, aplikacja określa prawdopodobieństwo obecności płynu z prawdopodobieństwem wykrycia 85%. To jest na równi z obecnych metod stosowanych przez specjalistów do wykrywania płynu w uchu środkowym, które obejmują specjalistyczne narzędzia, które używają akustyki lub puff of air.
Zespół opublikował swoje wyniki 15 maja w Science Translational Medicine.
„Zaprojektowanie dokładnego narzędzia przesiewowego na czymś tak wszechobecnym jak smartfon może być zmianą gry dla rodziców, jak również dostawców usług zdrowotnych w regionach o ograniczonych zasobach”, powiedział współautor Shyam Gollakota, profesor nadzwyczajny w UW’s Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering. „Kluczową zaletą naszej technologii jest to, że nie wymaga ona żadnego dodatkowego sprzętu innego niż kartka papieru i aplikacja działająca na smartfonie.”
Po zdiagnozowaniu, infekcje ucha mogą być łatwo leczone za pomocą obserwacji lub antybiotyków, a uporczywy płyn może być monitorowany lub odprowadzany przez lekarza w celu złagodzenia objawów bólu lub utraty słuchu. Szybkie badanie przesiewowe w domu może pomóc rodzicom zdecydować, czy muszą zabrać dziecko do lekarza.
Ta aplikacja działa poprzez wysyłanie dźwięków do ucha i mierzenie, jak te fale dźwiękowe zmieniają się, gdy odbijają się od błony bębenkowej. System zespołu obejmuje smartfon i zwykłą kartkę papieru, którą lekarz lub rodzic może wyciąć i złożyć w lejek. Lejek opiera się na uchu zewnętrznym i kieruje fale dźwiękowe do i z kanału słuchowego. Kiedy telefon odtwarza przez lejek ciągły, 150-milisekundowy dźwięk – który brzmi jak ćwierkanie ptaków – fale dźwiękowe odbijają się od błony bębenkowej, wracają przez lejek i są odbierane przez mikrofon smartfona wraz z oryginalnym ćwierkaniem. W zależności od tego, czy jest płyn w środku, odbite fale dźwiękowe zakłócają oryginalne fale dźwiękowe chirp inaczej.
„To jak stukanie w kieliszek do wina,” powiedział współautor Justin Chan, doktorant w Allen School. „W zależności od tego, ile jest w nim płynu, otrzymujemy różne dźwięki. Używając uczenia maszynowego na tych dźwiękach, możemy wykryć obecność płynu.”
Gdy nie ma płynu za błoną bębenkową, błona bębenkowa wibruje i wysyła różne fale dźwiękowe z powrotem. Te fale dźwiękowe łagodnie zakłócają oryginalne ćwierkanie, tworząc szerokie, płytkie zanurzenie w ogólnym sygnale. Ale kiedy błona bębenkowa ma za sobą płyn, nie wibruje tak dobrze i odbija oryginalne fale dźwiękowe z powrotem. Zakłócają one silniej z oryginalnym ćwierkaniem i tworzą wąskie, głębokie zanurzenie w sygnale.
Aby wytrenować algorytm, który wykrywa zmiany w sygnale i klasyfikuje uszy jako posiadające płyn lub nie, zespół przetestował 53 dzieci w wieku od 18 miesięcy do 17 lat w szpitalu dziecięcym w Seattle. U około połowy dzieci zaplanowano operację założenia rurki do ucha, która jest często wykonywana u pacjentów z przewlekłymi lub nawracającymi przypadkami płynu w uchu. Druga połowa została zaplanowana na inną operację niezwiązaną z uszami, taką jak tonsillektomia.
„To, co jest naprawdę wyjątkowe w tym badaniu, to fakt, że użyliśmy złotego standardu do diagnozowania infekcji ucha,” powiedział współautor dr Sharat Raju, rezydent chirurgii w otolaryngologii – chirurgii głowy i szyi w UW School of Medicine. „Kiedy zakładamy rurki do uszu, robimy nacięcie na błonie bębenkowej i odprowadzamy płyn. To najlepszy sposób, aby stwierdzić, czy za błoną bębenkową znajduje się płyn. Więc te operacje stworzyły idealne warunki do tego badania.”
Po tym jak rodzice wyrazili świadomą zgodę, zespół nagrał ćwierkania i ich wynikające fale dźwiękowe z uszu pacjentów bezpośrednio przed operacją. Wiele z dzieci odpowiedziało na ćwierkanie uśmiechając się lub śmiejąc.
Wśród dzieci dostających ich rurki do uszu umieszczone, operacja ujawniła, że 24 uszy miał płyn za błoną bębenkową, podczas gdy 24 uszy nie. W przypadku dzieci, u których zaplanowano inne operacje, w dwóch uszach stwierdzono wybrzuszenie błony bębenkowej charakterystyczne dla zapalenia ucha, natomiast w pozostałych 48 uszach płyn był w porządku. Algorytm poprawnie zidentyfikował prawdopodobieństwo wystąpienia płynu w 85% przypadków, co jest porównywalne z obecnymi metodami, których wyspecjalizowani lekarze używają do diagnozowania płynu w uchu wewnętrznym.
Następnie zespół przetestował algorytm na 15 uszach należących do młodszych dzieci w wieku od dziewięciu do 18 miesięcy. Prawidłowo sklasyfikował wszystkie pięć uszu, które były pozytywne dla płynu i dziewięć z 10 uszu, lub 90%, które nie miały płynu.
„Nawet jeśli nasz algorytm został przeszkolony na starszych dzieciach, nadal działa dobrze dla tej grupy wiekowej”, powiedział współautor dr Randall Bly, asystent profesora otolaryngologii – chirurgii głowy i szyi w UW School of Medicine, który praktykuje w Seattle Children’s Hospital. „Jest to krytyczne, ponieważ ta grupa ma wysoką częstość występowania infekcji ucha.”
Ponieważ badacze chcą, aby rodzice byli w stanie korzystać z tej technologii w domu, zespół przeszkolił rodziców, jak korzystać z systemu na ich własnych dzieciach. Rodzice i lekarze złożyli papierowe lejki, przetestowali 25 uszu i porównali wyniki. Zarówno rodzice, jak i lekarze z powodzeniem wykryli sześć uszu wypełnionych płynem. Rodzice i lekarze zgodzili się również co do 18 z 19 uszu, w których nie było płynu. Ponadto, krzywe fal dźwiękowych generowanych przez obu rodziców i lekarzy testy wyglądały podobnie.
„Możliwość wiedzieć, jak często i jak długo płyn był obecny może pomóc nam podjąć najlepsze decyzje zarządzania z pacjentami i rodzicami,” Bly powiedział. „Mogłoby to również pomóc lekarzom podstawowej opieki zdrowotnej wiedzieć, kiedy skierować do specjalisty.”
Zespół przetestował również algorytm na różnych smartfonach i użył różnych rodzajów papieru, aby zrobić lejek. Wyniki były spójne niezależnie od rodzaju telefonu czy papieru. Naukowcy planują skomercjalizować tę technologię poprzez firmę Edus Health, a następnie udostępnić aplikację publicznie.
„Płyn za błoną bębenkową jest tak powszechny u dzieci, że istnieje bezpośrednie zapotrzebowanie na dostępne i dokładne narzędzie do badań przesiewowych, które można stosować w domu lub w warunkach klinicznych” – powiedział Raju. „Jeśli rodzice mogliby użyć sprzętu, który już mają do szybkiego badania fizycznego, które może powiedzieć 'Twoje dziecko najprawdopodobniej nie ma płynu w uchu’ lub 'Twoje dziecko najprawdopodobniej ma płyn w uchu, powinieneś umówić się na wizytę z pediatrą’, to byłoby to coś wielkiego.”
Rajalakshmi Nandakumar, doktorant w Allen School, jest również współautorem tego artykułu. Badania te zostały sfinansowane przez National Science Foundation, National Institutes of Health oraz Seattle Children’s Sie-Hatsukami Research Endowment.
.