Detta tillstånd uppstår när vätska samlas i mellanörat bakom trumhinnan och infekteras. Denna ansamling är också vanlig vid ett annat tillstånd som kallas otitis media med utgjutning. All slags vätskeansamling kan vara smärtsam och göra det svårt för barn att höra, vilket kan vara särskilt skadligt när de håller på att lära sig att prata.
Båda tillstånden är svåra att diagnostisera eftersom de har vaga symtom: Ibland drar barnen på öronen eller har feber, och ibland finns det inga symtom. Dessutom kan små barn kanske inte beskriva var de har ont.
Nu har forskare vid University of Washington skapat en ny smartphone-app som kan upptäcka vätska bakom trumhinnan genom att helt enkelt använda ett papper och en smartphones mikrofon och högtalare. Smartphonen gör en serie mjuka, hörbara pip i örat genom en liten papperstunna och beroende på hur pipen reflekteras tillbaka till telefonen avgör appen sannolikheten för att det finns vätska närvarande med en upptäcktssannolikhet på 85 %. Detta är i nivå med nuvarande metoder som används av specialister för att upptäcka vätska i mellanörat, vilket innebär specialiserade verktyg som använder akustik eller en luftpuff.
Teamet publicerade sina resultat den 15 maj i Science Translational Medicine.
”Att utforma ett exakt screeningverktyg på något så allestädes närvarande som en smartphone kan förändra spelet för föräldrar och vårdgivare i resurssvaga regioner”, säger medförfattaren Shyam Gollakota, docent vid UW:s Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering. ”En viktig fördel med vår teknik är att den inte kräver någon ytterligare hårdvara förutom ett papper och en mjukvaruapp som körs på smarttelefonen.”
När den väl är diagnostiserad kan öroninfektioner enkelt behandlas med observation eller antibiotika, och ihållande vätska kan övervakas eller dräneras av en läkare för att lindra symtom som smärta eller hörselnedsättning. En snabb screening hemma kan hjälpa föräldrarna att avgöra om de behöver ta med sitt barn till läkaren eller inte.
Denna app fungerar genom att skicka ljud in i örat och mäta hur dessa ljudvågor förändras när de studsar mot trumhinnan. Teamets system innefattar en smartphone och ett vanligt papper som läkaren eller föräldern kan klippa ut och vika ihop till en tratt. Tratten vilar på ytterörat och leder ljudvågor in och ut ur hörselgången. När telefonen spelar ett kontinuerligt ljud på 150 millisekunder – som låter som en fågelkvitter – genom tratten studsar ljudvågorna mot trumhinnan, går tillbaka genom tratten och fångas upp av smarttelefonens mikrofon tillsammans med det ursprungliga kvittret. Beroende på om det finns vätska inuti stör de reflekterade ljudvågorna de ursprungliga pipljudvågorna på olika sätt.
”Det är som att knacka på ett vinglas”, säger Justin Chan, doktorand vid Allen School, som är medförfattare. ”Beroende på hur mycket vätska som finns i glaset får man olika ljud. Med hjälp av maskininlärning av dessa ljud kan vi upptäcka närvaron av vätska.”
När det inte finns någon vätska bakom trumhinnan vibrerar trumhinnan och skickar tillbaka en mängd olika ljudvågor. Dessa ljudvågor stör den ursprungliga pipan milt, vilket skapar en bred, ytlig dipp i den totala signalen. Men när trumhinnan har vätska bakom sig vibrerar den inte lika bra och reflekterar de ursprungliga ljudvågorna tillbaka. De stör starkare det ursprungliga pipet och skapar en smal, djup dipp i signalen.
För att träna upp en algoritm som upptäcker förändringar i signalen och klassificerar öron som om de har vätska eller inte, testade teamet 53 barn i åldrarna 18 månader till 17 år på Seattle Children’s Hospital. Ungefär hälften av barnen var planerade att genomgå en operation för placering av öronrör, en vanlig operation för patienter med kroniska eller återkommande fall av öronvätska. Den andra hälften skulle genomgå en annan operation som inte hade med öron att göra, t.ex. en tonsillektomi.
”Det som verkligen är unikt med den här studien är att vi använde guldstandarden för att diagnostisera öroninfektioner”, säger Sharat Raju, medförfattare till den första studien, som är specialistläkare i öron-, hals- och huvudkirurgi vid UW School of Medicine. ”När vi sätter in öronrör gör vi ett snitt i trumhinnan och dränerar eventuell vätska. Det är det bästa sättet att se om det finns vätska bakom trumhinnan. Så dessa operationer skapade en idealisk miljö för den här studien.”
Efter att föräldrarna gett sitt informerade samtycke spelade teamet in pip och de resulterande ljudvågorna från patienternas öron omedelbart före operationen. Många av barnen reagerade på pipet genom att le eller skratta.
Av de barn som fick sina öronrör placerade visade operationen att 24 öron hade vätska bakom trumhinnan, medan 24 öron inte hade det. För de barn som skulle genomgå andra operationer hade två öron utbuktande trumhinnor som var karakteristiska för en öroninfektion, medan de övriga 48 öronen var okej. Algoritmen identifierade korrekt sannolikheten för vätska 85 % av gångerna, vilket är jämförbart med nuvarande metoder som specialiserade läkare använder för att diagnostisera vätska i innerörat.
Därefter testade teamet algoritmen på 15 öron som tillhörde yngre barn mellan nio och 18 månader gamla. Den klassificerade korrekt alla fem öron som var positiva för vätska och nio av tio öron, eller 90 %, som inte hade vätska.
”Även om vår algoritm tränades på äldre barn fungerar den fortfarande bra för den här åldersgruppen”, säger medförfattaren Dr. Randall Bly, en biträdande professor i öron-, hals- och huvudkirurgi vid UW School of Medicine som praktiserar vid Seattle Children’s Hospital. ”Detta är viktigt eftersom denna grupp har en hög förekomst av öroninfektioner.”
För att forskarna vill att föräldrarna ska kunna använda den här tekniken hemma utbildade teamet föräldrarna i hur de ska använda systemet på sina egna barn. Föräldrar och läkare vek papperstunnlar, testade 25 öron och jämförde resultaten. Både föräldrar och läkare upptäckte framgångsrikt de sex vätskefyllda öronen. Föräldrar och läkare var också överens om 18 av de 19 öronen utan vätska. Dessutom såg ljudvågskurvorna som genererades av både föräldrarnas och läkarnas tester likadana ut.
”Möjligheten att veta hur ofta och hur länge vätska har funnits kan hjälpa oss att fatta de bästa hanteringsbesluten med patienter och föräldrar”, säger Bly. ”Det skulle också kunna hjälpa primärvårdspersonal att veta när de ska hänvisa till en specialist.”
Teamet testade också algoritmen på olika smartphones och använde olika typer av papper för att göra tratten. Resultaten var konsekventa oavsett telefon eller papperstyp. Forskarna planerar att kommersialisera tekniken genom ett spinoutföretag, Edus Health, och sedan göra appen tillgänglig för allmänheten.
”Vätska bakom trumhinnan är så vanligt hos barn att det finns ett direkt behov av ett lättillgängligt och exakt screeningverktyg som kan användas i hemmet eller i kliniska miljöer”, säger Raju. ”Om föräldrar kunde använda en hårdvara som de redan har för att göra en snabb fysisk undersökning som kan säga ’Ditt barn har troligen inte öronvätska’ eller ’Ditt barn har troligen öronvätska, du bör boka en tid hos din barnläkare’, skulle det vara enormt.”
Rajalakshmi Nandakumar, doktorand vid Allen School, är också medförfattare till den här artikeln. Forskningen finansierades av National Science Foundation, National Institutes of Health och Seattle Children’s Sie-Hatsukami Research Endowment.