子どもの熱を測るときには、体温計を使うことだろう。同じように、子どもの鼓膜の奥に液体があるかどうかを知る有効な手段があれば、言葉のままならない幼児を、すぐに病院に連れていくべきか簡単に判断できるようになるかもしれない。

ワシントン大学の研究者グループは、紙でつくったファンネル（じょうご）と、スマートフォンのスピーカーとマイクを使うだけで、鼓膜の裏に液体があるかどうかを検出できるアプリを開発した。特殊な器具を必要としないこのアプリを使えば、家庭で簡単に中耳炎かどうかを判断できるようになる。

「鼓膜の内側に液体がたまる症状は、子どもによく見られるものです。家庭や医療現場で利用できる正確なスクリーニングツールが早急に必要とされています」と、ワシントン大学医学部の耳鼻咽頭科外科医であるシャラト・ラジュ博士は言う。「すでに手元にあるデヴァイスが、簡単な検査によって『子どもの耳は正常です』『水がたまっているかもしれません。小児科で診てもらいましょう』と教えてくれれば、とても実用的なものになるはずです」

反響する音波で中耳炎を検出

小さな子どもたちは、耳の感染症になりやすい。「中耳炎」はその最たるものだが、中耳腔に液体がたまっていても特に感染を伴わない「滲出性中耳炎」であっても、ひどい場合は難聴になるおそれがある。

このほど研究チームが開発を手がけた、中耳炎判別アプリの原理は、思いのほかシンプルである。それは耳に小鳥のさえずりのような音を送り込み、鼓膜から跳ね返った音波がどのように変化するのかを測定するものだ。紙で自作できるファンネルを、スマートフォンのスピーカー部分に取り付け、子どもの耳に当てる。音波は外耳道を介して鼓膜で跳ね返り、それらはまたファンネルを通ってスマートフォンのマイクで拾われる。

「ワイングラスを指先で弾いたときに、入っている液体が半分か満杯かで鳴る音が違うでしょう？」と、論文の著者のひとりで、ワシントン大学でコンピューターサイエンス・エンジニアリングの博士号課程にあるジャスティン・チャンは、ワイングラスに例えてこの技術を説明している。「わたしたちは、これとまったく同じことをしているのです」

スピーカーから発せられたさえずり音は、液体の量に応じてさまざまな音波となって返ってくる。もし耳に液体が存在しない場合は鼓膜が正常に振動し、反響音は元のさえずり音と緩やかに干渉するので、全体的な信号に広く浅いディップ（くぼみ）をつくり出す。

もし中耳に液体が存在する場合、鼓膜はそれほど振動せずに音を反響させる。それらはより強く元のさえずり音と干渉し、シグナルに狭く深いディップをつくり出すのだという。研究チームは、これら一連の音波を機械学習を用いて解析することで、液体の有無を“聴き分ける”ことに成功した。

コミュニケーションが難しい幼児でも判別が可能

研究チームは、機械学習による液体検出の精度を向上させるため、米国のシアトル病院に協力してもらい、18カ月の幼児から17歳までの子どもたち53人を被験者としてテストした。子どもたちの約半数は慢性的または再発性の中耳炎のため、一般的な鼓膜チューブの留置手術を実施する予定だった。このため、アプリがどれだけ正確だったのかを、あとで正確に知ることができたという。なお、残り半数の子どもたちは、耳とは無関係な扁桃腺摘出といった手術を受ける予定だった。

テストの結果によると、このアプリの精度は約85パーセントで、耳鼻咽頭科で使用されている技術に匹敵するものだった。その後、研究チームは9カ月から18カ月の幼児15人にこのアプリを試したところ、5人の耳にあった液体を正確に検出することができた。また残り10人のうちの9人の耳が正常であることも、90パーセントの精度で識別することができたという。

「われわれのアルゴリズムは年長の子どもたちで訓練されましたが、この年齢層でもうまく判別できました」と、論文の共著者であるワシントン大学耳鼻咽頭科頭頸部外科の准教授ランドール・ブライ博士は述べている。「このくらいの年齢の子どもたちは耳の感染症の発生率が高いため、（この正確性は）非常に重要です」

これら一連の実験結果は、臨床結果などを詳細に報告する学術誌「Science Translational Medicine」で発表されている。この技術は米食品医薬品局（FDA）の認証待ちで、研究チームはアプリを商用化したあとに一般公開する見通しだという。