Tympanometri är ett test som mäter mellanörats funktion genom att undersöka om trumhinnan överensstämmer med ändrat lufttryck. Testet, som används för att diagnostisera sjukdomar i mellanörat som kan leda till hörselnedsättning, utförs för närvarande med en tympanometer, en enhet som kostar mellan $2000 och $5000. Ett team av ingenjörer på University of Washington i Seattle har nu designat ett smarttelefonbaserat system som utför samma funktion med hjälp av färdiga komponenter som kostar bara $28.
Den nya enheten består av ett lätt och bärbart smartphonefäste som kan variera lufttrycket i hörselgången och mäta trumhinnan. Den känner automatiskt av när en tätning har bildats med hörselgången, varierar lufttrycket på ett säkert sätt och genererar ett tympanogram (en plot av hur trumhinnan rör sig) på smarttelefonen i realtid. I en första klinisk studie som rapporterades i Kommunikationsmedicin, 86 % av testresultaten överensstämde med de som producerades av kommersiella tympanometrar.
Forskarna har gjort sin hårdvarudesign och programvara för smartphone-appar (designad för att fungera med operativsystemet Android) gratis och tillgänglig för audionomer och utvecklare för användning och anpassning. De hoppas att enheten kommer att förbättra tillgången till tympanometri, särskilt i låg- och medelinkomstländer och vid geografiskt avlägsna sjukvårdsinrättningar.
Systemdesign
Leds av huvudutredare Justin Chan, en doktorand vid Paul G. Allen Skolan för datavetenskap och teknik, skapade teamet både handhållna och stationära tympanometersystem.
I den handhållna versionen passar alla elektroniska komponenter i ett kompakt 3D-utskrivet hölje som fästs på baksidan av en smartphone. En öronsond med tryck- och akustiska sensorer är ansluten genom 1 m lätta lufttäta silikonrör, som ger rörlighet under mätningar. Spetsen på sonden, som vilar säkert i en patients öra, är en plastadapter som samverkar med vanliga tympanometer engångsöronspetsar i gummi.
Under ett tympanometritest ändras lufttrycket i hörselgången för att utvärdera trumhinnans rörlighet. För att uppnå detta har systemet en tryckgivare gjord av en stegmotor som exakt flyttar kolven på en 5 ml spruta. Att flytta kolven med 5.3 mm ändrar trycket mellan -400 och 200 daPa.
En felsäker enhet stoppar mätningen vid sensorfel. Dessutom, om sonden lossnar från hörselgången under en mätning, återgår lufttrycket till omgivningstrycket.
Under trycksvepet skickar systemet en 226 Hz ljudton (rekommenderad frekvens för patienter över nio månader) vid 85 dB SPL (ljudtrycksnivå) och registrerar de akustiska reflektionerna vid en mikrofon som är ansluten till smarttelefonen. Efter mätningen skickas tryckdata till smarttelefonen med hjälp av en inbyggd trådlös Bluetooth-radio. Det synkroniserade trycket och ljuddata omvandlas sedan till ett tympanogram.
Innan systemet används med en smartphone utförs en engångsljudnivåkalibrering med en ljudnivåmätare. Teamet noterar att två personer som inte känner till processen kunde utföra hela kalibreringsproceduren på mindre än 5 minuter efter att ha läst instruktionerna.
Klinisk studie
Tympanometri är till hjälp för att diagnostisera mellanörsinfektioner, vätska i mellanörat, ett perforerat trumhinna och problem med Eustachian-röret. Barn kan vara särskilt mottagliga för sådana mellanöratproblem, och av denna anledning valde designers att genomföra sina första kliniska tester med pediatriska patienter på Seattle Children's Hospital.
För den kliniska studien utförde två auktoriserade audionomer tympanometri på 50 öron från totalt 28 pediatriska patienter i åldern från ett till 20 år, först med smarttelefonen och sedan med en av två kommersiella tympanometrar (den GSI TympStar Pro eller GSI TympStar). Fem pediatriska audiologer klassificerade de 100 randomiserade och anonymiserade tympanogrammen, med endast patientens ålder angiven. Överensstämmelsen mellan de två enhetstyperna var i genomsnitt 86±2 % för alla fem audionomer.
Smartphone-baserad telemedicinsk ögonscreening kan rädda synen
"Teamet undersöker för närvarande nyttan av systemet för spädbarn under nio månader", säger senior författare Shyam Gollakota. "Vi testar verktyget med högre frekvenser som används med nyfödda barn. Vi integrerar det också med andra audiologiska tester, såsom audiometri, för att tillhandahålla en smartphone-baserad svit för att hantera alla öronrelaterade tillstånd."
Studier planeras eller pågår i olika lågresursländer. "En ny studie håller för närvarande på att upprättas i Kenya," berättar Gollakota Fysikvärlden. "Vi kommer att meddela detaljer om detta inom en snar framtid. Vi är ganska exalterade över alla dessa. Med tanke på förekomsten av billiga budgetsmartphones, särskilt i utvecklingsländer, har vårt sparsamma system potential att vara ett screeningverktyg för mellanörat i miljöer med begränsade resurser."
