智能手机应用程序可以听到儿童耳部感染

据美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)称，耳部感染是父母带孩子去看儿科医生的最常见原因。这种情况发生在中耳鼓膜后积液并受到感染时。这种积液在另一种称为积液中耳炎的情况下也很常见。任何形式的液体积聚都可能会让孩子感到痛苦，让他们听不清，这在他们学习说话时尤其有害。

这两种情况都很难诊断，因为它们有模糊的症状:有时孩子会拽耳朵或发烧，有时则没有任何症状。此外，年幼的孩子可能无法描述他们受伤的部位。

现在，华盛顿大学的研究人员发明了一种新的智能手机应用程序，只需使用一张纸和智能手机的麦克风和扬声器，就可以检测鼓膜后面的液体。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啁啾，根据啁啾反射回手机的方式，该应用程序确定存在液体的可能性，检测的概率为85%。这与目前专家检测中耳液体的方法相当，后者涉及利用声学或吹气的专门工具。合著者Shyam Gollakota是华盛顿大学保罗·g·艾伦计算机科学与工程学院的副教授，他说:“在像智能手机这样无处不在的东西上设计一个精确的筛查工具，可以改变父母和资源有限地区的医疗保健提供者的游戏。”“我们的技术的一个关键优势是，它不需要任何额外的硬件，只需要一张纸和一个运行在智能手机上的软件应用程序。”

一旦确诊，耳朵感染可以很容易地用观察或抗生素治疗，医生可以监测或排出持续的液体，以减轻疼痛或听力丧失的症状。在家进行快速筛查可以帮助父母决定是否需要带孩子去看医生。

这款应用程序的工作原理是将声音送入耳朵，并测量这些声波在从鼓膜反射回来时的变化。该团队的系统包括一个智能手机和一张普通的纸，医生或家长可以切割并折叠成一个漏斗。漏斗位于外耳上，引导声波进出耳道。当手机通过漏斗播放持续150毫秒的声音——听起来像鸟叫——时，声波从鼓膜反射回来，通过漏斗传播回来，并与最初的啾啾声一起被智能手机的麦克风接收。根据内部是否有流体，反射声波对原始啁啾声波的干扰是不同的。

“这就像轻敲酒杯，”艾伦学院博士生、共同第一作者贾斯汀·陈(Justin Chan)说。“根据里面有多少液体，你会听到不同的声音。通过对这些声音进行机器学习，我们可以检测到液体的存在。”

当耳膜后面没有液体时，耳膜振动并将各种声波传回。这些声波会轻微地干扰原始的啁啾，在整体信号中产生一个宽而浅的下降。但是，当鼓膜后面有液体时，它就不会振动，并将原始的声波反射回来。它们对原始啁啾的干扰更强，并在信号中产生一个狭窄的、深的下降。

为了训练一种算法来检测信号的变化，并将耳朵划分为是否有液体，该团队测试了西雅图儿童医院(Seattle children 's Hospital)的53名年龄在18个月到17岁之间的儿童。大约一半的儿童被安排接受放置耳管的手术，这是耳液慢性或复发患者的常见手术。另一半则被安排接受与耳朵无关的不同手术，比如扁桃体切除术。

“这项研究的真正独特之处在于，我们使用了诊断耳部感染的金标准，”联合第一作者、华盛顿大学医学院耳鼻喉-头颈外科住院医师Sharat Raju博士说。“当我们放入耳管时，我们在鼓膜上切开一个切口，排出任何液体。这是判断鼓膜后面是否有积液的最好方法。所以这些手术为这项研究创造了理想的环境。”

在父母知情同意后，研究小组在手术前立即从患者的耳朵中记录下这种啁啾声及其产生的声波。许多孩子对啾啾声报以微笑或大笑。

在接受耳管植入的儿童中，手术显示有24只耳朵的鼓膜后面有液体，而有24只耳朵没有。在计划接受其他手术的儿童中，有两只耳朵鼓膜鼓胀，这是耳朵感染的特征，而另外48只耳朵则没有问题。该算法在85%的时间里正确地识别出了分泌液的可能性，这与目前专业医生用于诊断中耳分泌液的方法相当。

然后，研究团队在9到18个月大的儿童的15只耳朵上测试了该算法。它正确地分类了所有5只耳中液体呈阳性的，以及10只耳中9只耳中没有液体的，即90%。

“尽管我们的算法是在年龄较大的孩子身上训练的，但它仍然很适合这个年龄组，”合著者兰德尔·布莱博士说，他是华盛顿大学医学院耳鼻喉头颈外科助理教授，在西雅图儿童医院工作。“这很关键，因为这个群体的耳朵感染发病率很高。”

由于研究人员希望父母能够在家里使用这项技术，该团队培训了父母如何在自己的孩子身上使用该系统。家长和医生折叠纸漏斗，测试了25只耳朵，并比较了结果。父母和医生都成功地发现了六只充满液体的耳朵。父母和医生也同意19只耳朵中有18只没有积液。此外，父母和医生的测试产生的声波曲线看起来很相似。

布莱说:“能够知道液体出现的频率和时间，可以帮助我们与患者和家长做出最好的管理决定。”“这也可以帮助初级保健提供者知道什么时候去看专家。”

该团队还在各种智能手机上测试了算法，并使用不同类型的纸来制作漏斗。无论哪种类型的电话或纸张，结果都是一致的。研究人员计划通过一家名为Edus Health的衍生公司将这项技术商业化，然后向公众开放该应用程序。

Raju说:“鼓膜后积液在儿童中非常常见，因此直接需要一种方便、准确的筛查工具，可以在家里或临床环境中使用。”“如果父母可以使用一种已经具备的硬件设备进行快速体检，它可以显示‘您的孩子很可能没有耳液’或‘您的孩子很可能有耳液，您应该预约儿科医生，’这将是一个巨大的数字。”