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第一款可以听到儿童耳部感染的智能手机应用

发布时间:2019-06-25 10:49:45 来源:

根据美国国立卫生研究院的数据,耳朵感染是父母带孩子去儿科医生的最常见原因。

当流体在鼓膜后面的中耳积聚并被感染时,就会发生这种情况。这种积聚在另一种称为中耳炎并伴有积液的病症中也很常见。任何类型的液体积聚都可能是痛苦的,并且使儿童难以听到,这在他们学习说话时尤其有害。

这两种情况都难以诊断,因为它们的症状很模糊:有时候孩子会拽耳朵或发烧,有时也没有症状。此外,幼儿可能无法描述他们受伤的地方。

现在,华盛顿大学的研究人员创造了一种新的智能手机应用程序,可以通过简单地使用一张纸和智能手机的麦克风和扬声器来检测耳膜后面的液体。智能手机通过一个小纸漏斗向耳朵发出一系列柔和的声音唧唧声,根据啁啾被反射回手机的方式,应用程序确定流体存在的可能性,检测概率为85%。这与专家用于检测中耳液体的现有方法相当,后者涉及使用声学或一股空气的专用工具。

该团队于5月15日在Science Translational Medicine上发表了研究结果。

“设计一个像智能手机一样无处不在的东西的精确筛选工具可能会改变父母以及资源有限地区的医疗保健提供者,”共同作者Shyam Gollakota表示,他是华盛顿大学Paul G. Allen学院的副教授。计算机科学与工程。“我们技术的一个关键优势是除了智能手机上运行的纸张和软件应用程序之外,它不需要任何其他硬件。”

一旦确诊,可以通过观察或抗生素容易地治疗耳部感染,并且可以由医生监测或排出持久性液体以缓解疼痛或听力丧失的症状。在家快速筛查可以帮助父母决定是否需要带孩子去看医生。

这个应用程序的工作原理是将声音发送到耳朵并测量这些声波在从鼓膜反弹时如何变化。该团队的系统涉及智能手机和一张普通纸,医生或家长可以切割并折叠成漏斗。漏斗靠在外耳上,引导声波进出耳道。当手机通过漏斗连续播放150毫秒的声音 - 听起来像鸟鸣叫声时,声波从耳膜反弹,通过漏斗返回,并被智能手机的麦克风和原始唧唧声一起拾取。根据内部是否有流体,反射的声波会不同地干扰原始的啁啾声波。

“这就像点了一个酒杯,”艾伦学院的博士生贾斯汀·陈说。“根据其中的液体含量,您可以获得不同的声音。通过机器学习这些声音,我们可以检测出液体的存在。”

当鼓膜后面没有液体时,耳膜会振动并发出各种声波。这些声波温和地干扰原始啁啾,在整个信号中产生宽广的浅层倾角。但是当耳膜后面有液体时,耳膜也不会振动并反射出原始的声波。它们更强烈地干扰原始啁啾,并在信号中产生狭窄的深度倾角。

为了训练检测信号变化的算法并将耳朵分类为有流体,该团队在西雅图儿童医院测试了53名年龄在18个月至17岁之间的儿童。大约一半的孩子被安排接受耳管放置手术,这是一种针对慢性或复发性耳液事件的患者的常见手术。另一半计划进行与耳朵无关的不同手术,例如扁桃体切除术。

“这项研究的真正独特之处在于我们使用黄金标准来诊断耳朵感染,”共同第一作者Sharat Raju博士说,他是华盛顿大学医学院耳鼻喉科 - 头颈外科的外科住院医师。“当我们放入耳管时,我们在耳膜上切开并排出任何流体。这是判断耳膜后面是否有液体的最好方法。所以这些手术为这项研究创造了理想的环境。”

在父母提供知情同意后,该团队在手术前立即记录患者耳朵的唧唧声及其产生的声波。许多孩子笑着或笑着回应唧唧喳喳。

在放置耳管的孩子中,手术显示耳膜后面有24耳有液体,而24耳没有。对于预定进行其他手术的儿童,两只耳朵有耳朵感染的鼓膜鼓膜,而其他48只耳朵都很好。该算法在85%的时间内正确识别出流体的可能性,这与专业医生用于诊断内耳液体的当前方法相当。

然后,该团队在15只耳朵上测试了该算法,这些耳朵属于9至18个月大的小孩。它正确分类了所有五只耳朵的液体,10只耳朵中的9只,或90%,没有液体。

“尽管我们的算法是针对年龄较大的孩子进行训练的,但它仍适用于这个年龄段,”共同作者Randall Bly博士说,他是西雅图医学院耳鼻喉科 - 头颈外科助理教授,曾在西雅图执业。儿童医院。“这很关键,因为这个群体的耳部感染发病率很高。”

由于研究人员希望家长能够在家中使用这项技术,因此团队培训了父母如何在自己的孩子身上使用该系统。父母和医生折叠纸漏斗,测试25耳并比较结果。父母和医生都成功地检测到六个充满液体的耳朵。父母和医生也同意19只耳朵中的18只没有液体。此外,父母和医生测试产生的声波曲线看起来相似。

“了解流体存在的频率和持续时间的能力可以帮助我们与患者和父母做出最佳的管理决策,”Bly说。“它还可以帮助初级保健提供者知道何时可以咨询专科医生。”

该团队还在各种智能手机上测试了该算法,并使用不同类型的纸张来制作漏斗。无论手机或纸张类型如何,结果都是一致的。研究人员计划通过分拆公司Edus Health将这项技术商业化,然后向公众提供应用程序。

“鼓膜背后的液体在儿童中非常常见,因此直接需要一种可在家中或临床环境中使用的可接近且准确的筛查工具,”Raju说。“如果父母可以使用一件硬件,他们已经做过快速体检,可以说'你的孩子很可能没有耳液'或'你的孩子可能有耳液,你应该预约你的儿科医生,'那将是巨大的。

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