BUDOWA I DZIAŁANIE

Współcześnie używany stetoskop to instrument mechaniczny (akustyczny) lub elektroniczny. Stetoskopy elektroniczne oparte są o zasadę elektrycznego przetwarzania sygnału akustycznego (urządzenia analogowe) lub o bezpośrednie elektroniczne przetwarzanie drgań (cyfrowe przetwarzanie sygnału). Ze względu na skalę upowszechnienia i nasze doświadczenia ograniczymy się jedynie do omówienia konstrukcji stetoskopów akustycznych.

 

Budowa stetoskopu ulega na przestrzeni lat zmianom. Wprowadzane przez producentów nowe rozwiązania powodują, że obowiązujące kilkanaście lat temu standardy przestają obowiązywać. W obrębie stetoskopów akustycznych zróżnicowanie oferty producentów dotyczące zasadniczego pomysłu konstrukcyjnego sprowadza się zwykle do różnych rozwiązań w budowie głowicy instrumentu. Lira stetoskopu, końcówki uszne, dreny to raczej obszar, gdzie doskonali się estetykę, trwałość oraz komfort elementów. Oczywiście ma to znaczący wpływ na jakość i wygodę pracy oraz czas użytkowania stetoskopu.  Cechy te są dosyć łatwe do rozpoznania. Głowica również poddana jest w/w zabiegom, ale użyty materiał, sposób jej budowy, obecność lub brak lejka, system mocowania i pobudzania membrany, budowa membrany mają kluczowe, funkcjonalne znaczenie w badaniu i one determinują charakter stetoskopu.

Do posługiwania się stetoskopem i umiejętności jego wyboru konieczna jest podstawowa wiedza z zakresu jego budowy.

Stetoskop zbudowany jest z dwóch podstawowych części. Głowicy i zespołu liry z drenem akustycznym.

Głowica to element przykładany do ciała pacjenta mający za zadanie odebranie drgań z wybranego rejonu powierzchni skóry i przekazanie ich do wnętrza falowodu. Drgania odbierane są bezpośrednio z powierzchni skóry, gdy głowica pracuje w tzw. trybie lejka lub za pośrednictwem stykającej się ze skórą membrany, która stanowi "elastyczną" powierzchnię - ściankę zamykającą wnętrze głowicy. Dren akustyczny i lira stanowią falowód przekazujący zmiany ciśnienia akustycznego wewnętrznego słupa powietrza do powierzchni błony bębenkowej ucha badającego.

Głowice stetoskopu - materiały, budowa, rodzaje

Dzisiejsze głowice wykonywane są z metalu. Materiałem może być stal nierdzewna, mosiądz chromowany lub aluminium.

Stal nierdzewna -  najtwardsza i najbardziej wymagająca w obrabianiu. Jej powierzchnia jest najbardziej odporna w użytkowaniu. Precyzyjnie wykonane głowice ze stali nierdzewnej z ruchomym tłoczkiem zachowują wiele lat stałe tolerancje części ruchomych i szczelność akustyczną.

Mosiądz - bardzo dobry wykonawczo,  wymaga jednak nałożenia chromowej powłoki galwanicznej w celu zabezpieczenia powierzchni i osiągnięcia efektu dekoracyjnego. Zwykle powierzchnia silnie błyszcząca.

Aluminium - stosowane do produkcji najtańszych stetoskopów. Lekkie i miękkie. Powierzchnia wymaga elektrochemicznej obróbki.

Głowice wykonywane są jako jednostronne lub dwustronne z przełącznikiem trybu pracy.

Jednostronne (płaskie) posiadają niski korpus i czaszę zamkniętą membraną, króciec jest nieruchomy. Stetoskopy wyposażone w ten typ głowicy przeznaczone są dla anestezjologów, ratowników medycznych, pielęgniarek. Jest to oczywiście podział umowny. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby takim stetoskopem wykonał badanie kardiolog.

Głowice dwustronne to konstrukcja zawierająca ruchomy tłoczek ( przełącznik) działający jak kierunkowy zawór dwupołożeniowy. W pierwszym położeniu dźwięki odbierane są przez membranę, w drugim przez lejek. Tłoczek może być przesuwny lub obrotowy ( obrót o 180° powoduje przełączenie trybu pracy). Zasada ta dotyczy również głowic typu Dual tzn. uzbrojonych w dwie membrany o różnej średnicy. Dzisiejsze głowice zwykle posiadają tłoczek obrotowy. Precyzja pasowania elementów ruchomych decyduje o szczelności akustycznej głowicy.

Membrana głowicy to bardzo ważny element stetoskopu, który wpływa na jego czułość, powtarzalność warunków badania i mechaniczną trwałość. Decyduje ona o tym jak zostaną przeniesione drgania z powierzchni skóry na falę akustyczną wewnątrz falowodu jakim jest dren akustyczny stetoskopu. Wybór materiału membrany oraz sposobu jej mocowania do głowicy to proces pełen kompromisów. Dlaczego ? Przede wszystkim trzeba podjąć decyzję jakie cechy uznamy za decydujące o wyborze.

Najważniejszą cechą membrany ma być jej stabilna, niezmienna praca tzn. wieloletnie utrzymywanie stałych parametrów mechanicznych. Powtarzalne działanie jest koniecznym warunkiem prawidłowej diagnozy. Badanie stetoskopem polega przecież na identyfikacji odbieranego sygnału akustycznego i jego ocenie zgodnie z wiedzą i nabytym doświadczeniem lekarza. Stetoskopy naszej produkcji wyposażone są w membrany z folii epoksydowej zbrojonej włóknem szklanym. Pracują one w układzie tzw. membrany zawieszonej lub inaczej membrany pływającej. Oba te terminy oznaczają ten sam system mocowania do korpusu głowicy przy pomocy elastycznego pierścienia z syntetycznej gumy.

Dzisiejsze materiały na membrany to tworzywa sztuczne w postaci foli o odpowiedniej dobranej grubości. Można spotkać również folię metalową wykonaną ze specjalnych stopów brązu zwykle w podwójnej kombinacji z folią z tworzywa sztucznego. Z natury folia membrany jest strukturą mechanicznie delikatną i podatną na uszkodzenia. Jakiekolwiek mechaniczne uszkodzenie : przerwanie, zgniecenie, przedziurawienie dyskwalifikuje membranę z użycia.

Materiałem, który w praktyce spisuje się najlepiej jest folia epoksydowa zbrojona włóknem szklanym. Ma doskonałe właściwości mechaniczne: sprężystość, twardość, wytrzymałość na odkształcenia. Materiał ten posiada również wysoką odporność na wszelkie chemikalia, nie chłonie wilgoci, jego struktura nie ulega destrukcji pod wpływem powietrza czy światła słonecznego. Posiada to co dla membrany jest najważniejsze tzn. niezmienne parametry użytkowania przez długie lata czyli trwałość. Uszkodzenie, jeżeli następuje jest bardzo wyraźne, nie budzące wątpliwości i zmuszające do wymiany elementu.

Współczesne sposoby mocowania membrany do głowicy to zasadniczo dwa systemy.

Pierwszy, rzadko już używany i odchodzący do przeszłości to dociskanie i napinanie membrany do korpusu głowicy przy pomocy metalowego, gwintowanego pierścienia. Membrana podparta na całym obwodzie, leżąc na czaszy głowicy zostaje naprężona poprzez nakręcany metalowy pierścień. System ten ma tę zaletę, o ile dobrze dobrano materiał membrany, że membrana ma bardzo stabilne warunki pracy i jej akustyczne pobudzenie daje powtarzalną odpowiedź. Wadą tego systemu jest fakt, że taka membrana ma mniejszą czułość na najniższe częstotliwości i generalnie transmituje dźwięki znacznie „podbijając” częstotliwość sygnału. System ten ma jeszcze tę niedogodność, że trudno jest tu zastosować tzw. pierścienie „ocieplające”, czyli nakładki na metalową powierzchnię głowicy, które zapobiegają nieprzyjemnemu, zimnemu dotykowi głowicy do ciała pacjenta. Jest to dzisiaj już konieczny standard w wykonaniu stetoskopu.

Drugi system, występujący dziś najczęściej, to układ „zawieszonej” membrany. Generalnie polega on na tym, że membrana pracuje z pełną swobodą ruchu będąc posadowiona pomiędzy korpusem głowicy i opasującym ją elastycznym pierścionkiem, obrzeżem z syntetycznej gumy. W układzie tym, dociśnięta do ciała membrana, pracuje jak tłok sprężający powietrze w falowodzie oddając w pełni subtelne drżenie powierzchni skóry. Fakt „nieskrępowania” ruchu membrany w połączeniu z trwałością jej materiału daje bezwzględnie najlepsze warunki dla jej wieloletniego działania z zachowaniem powtarzalnych parametrów pracy.

W systemie tym mieści się również konstrukcja znana pod nazwą „membrany dwutonowej”. Wg. producentów stosujących to rozwiązanie lekki nacisk na ciało pacjenta pozwala lepiej osłuchiwać dźwięki o niższych częstotliwościach, silniejszy nacisk wywołuje pobudzenie membrany w zakresie wyższych częstotliwości. Praktycznie zasada ta odnosi się do dowolnego sposobu mocowania membrany. Duża średnica i swoboda mocowania membrany sprzyja odbieraniu dźwięków o niższej częstotliwości. W skrajnym przypadku, gdy badanie prowadzone jest w trybie lejka (czyli braku membrany) niskie częstotliwości odbierane są najlepiej. Dawniej tryb lejka określano mianem „sercówki” co szczególnie podkreślało charakter osłuchiwania.

Jednak w systemie „membrany dwutonowej”, tzw. dwutonowość wynika z kształtu metalowej czaszy głowicy, która posiada na wewnętrznej powierzchni, po membraną, dodatkowy „próg” o nieco mniejszej średnicy niż podstawowa średnica czaszy. Wysokość tego „progu” jest tak dobrana, że przy lekkim nacisku membrany na ciało pracuje ona całą powierzchnią, a przy nacisku silniejszym membrana opiera się na „progu” i jej czynna powierzchnia radykalnie maleje. Pomysł ten ma na celu umożliwienie posługiwania się głowicą jednostronną tak jak głowicą typu dual, czyli głowicą dwustronną o dwóch różnych średnicach membran bez konieczności przełączania tłoczka. Wprowadzono w tym systemie na obrzeżu sztywnej membrany dodatkową  przeponę z cienkiej gumy, która zwiększa swobodę ruchu membrany. Wg. naszej oceny pomysł w praktyce się nie sprawdza, system jest nietrwały i po kilku miesiącach pracy z takim stetoskopem membrana po prostu „siada” na mniejszym „krawężniku” i pracuje już tylko mniejszą powierzchnią gubiąc całkowicie niskie częstotliwości.

Producenci wykonują głowice stetoskopów w różnych rozmiarach, z których średnica membrany i średnica lejka ma szczególne znaczenie. Chociaż nie istnieją oficjalne normy określające te wymiary przyjęto w praktyce, że średnica wynoszą odpowiednio :

  • dla stetoskopów kardiologicznych membrana 45-50 mm, lejek 25- 30 mm
  • dla stetoskopów internistycznych  membrana 40-45 mm, lejek 23- 30 mm
  • dla stetoskopów pediatrycznych  membrana 33-35 mm, lejek 22- 25 mm
  • dla stetoskopów neonatalnych membrana 28-30 mm, lejek 18- 20 mm

Stetoskopy anestezjologiczne, dla ratowników medycznych czy pielęgniarskie to konstrukcje z głowicą jednostronną o rozmiarach typowych dla stetoskopów internistycznych. Rozmiary głowic mają oczywisty wpływ na jej wagę. Najcięższe są kardiologiczne. Internistyczne w zależności od projektu, mogą być również masywne i ciężkie lub wykonane "oszczędniej" . Panuje przekonanie, że duża masa głowicy sprzyja lepszym warunkom osłuchiwania. Ogranicza zewnętrzne zakłócenia i tworzy stabilniejsze warunki badania. "Lekkie" stetoskopy z kolei są wygodniejsze w posługiwaniu się i noszeniu.

Powodem zróżnicowania wymiarów głowic stetoskopów są różne wymiary i waga diagnozowanych osób. W zależności od rozmiarów badanego i kształtu osłuchiwanej powierzchni występują różne warunki dla właściwego kontaktu głowicy z ciałem pacjenta. Mniejsza membrana skuteczniej wychwyci właściwe pole osłuchowe u dziecka. Delikatne, małe ciało noworodka badane jest głowicą o proporcjonalnie najmniejszych rozmiarach. Zmniejszenie średnicy membrany czy lejka stosowane u małych pacjentów powoduje osłabienie sygnału akustycznego zbieranego z mniejszej powierzchni lecz jego źródło jest "z natury rzeczy" silniejsze tak więc odbierany stetoskopem efekt akustyczny umożliwia przeprowadzenie badania.
Czy można przyjąć zasadę, że o ile warunki na to pozwalają, badanie stetoskopem o możliwie największej średnicy membrany jest najlepsze ? Nie jest to tak oczywiste. Stetoskopy kardiologiczne posiadają największe membrany, które poza zdecydowanie "najgłośniejszą pracą" dają mocny sygnał w zakresie najniższych częstotliwości. Dla kardiologa to bardzo korzystne dla internisty oznacza to słabsze odbieranie średnich i wyższych częstotliwości co trudno uznać za zaletę.
Z opisanych zależności wynika jak ważną sprawą jest dobranie właściwego instrumentu, aby osiągnąć najkorzystniejsze warunki do jego zastosowania.

Niektórzy producenci reklamują swoje stetoskopy używając stwierdzenia " ręcznie wykonywane". Brzmi to dość zagadkowo, ale nie chodzi w tym przypadku o produkcję opartą na pracy przy użyciu ręcznych narzędzi. Produkcja dwustronnych głowic stetoskopu oparta jest o zautomatyzowane, precyzyjne obrabiarki zapewniające konieczną jakość i wydajność. Kluczowym momentem powstawania stetoskopu jest jego końcowy montaż. Może się to odbywać seryjnie z przyjęciem założonych tolerancji pasowania tłoczka z korpusem lub poprzez indywidualny dobór tych elementów zapewniający wyjątkową precyzję ich spasowania. Taki "ręczny" sposób montażu wymaga od pracownika dokładności i doświadczenia, ale gwarantuje najwyższą jakość produktu i doskonałą szczelność akustyczną stetoskopu.

Opinie na temat praktyki osłuchiwania: membraną czy lejkiem, najlepszej proporcji ich średnic, głębokości lejka, etc. to obszerny temat oparty o indywidualne, subiektywne doświadczenia lekarzy i ich nauczycieli, ale również przekonania konstruktorów tych narzędzi w firmach produkcyjnych. Nie istnieją tu żadne techniczne normy czy formalnie obowiązujące zasady. Wieloletnia praktyka i zdobyte doświadczenia decydują o najlepszych wyborach.

 

Zespół liry z drenem

Jest to ta część stetoskopu, która pełni rolę falowodu doprowadzającego sygnał akustyczny z głowicy do uszu badającego.

Składa się z liry czyli połączonych sprężyną metalowych, sztywnych ramion zakończonych końcówkami usznymi oraz elastycznego przewodu, zwyczajowo nazywanego drenem stetoskopu.

 

Lira

Pozwala na pewne i szczelne umieszczenie końcówek usznych tzw. oliwek w uszach badającego. Uzyskuje się to dzięki działaniu sprężyny łączącej obydwa ramiona liry. Szczelne zamknięcie toru akustycznego w miejscu styku oliwki i ujścia zewnętrznego kanału słuchowego ma duży wpływ na siłę badanego sygnału. Materiał, średnica rurek, kształt ramion, wygląd sprężyny czy sposób łączenia z oliwkami to cech, które różnicują liry różnych producentów choć co do zasady ich praca jest jednakowa. Podobnie jak w głowicach materiał stosowany do produkcji współczesnych lir stetoskopu to stal nierdzewna, chromowany mosiądz lub aluminium. Wszystkie cechy tych materiałów opisane w odniesieniu do głowic mają zastosowanie i w tym przypadku.

Możemy rozróżnić dwa sposoby konstrukcyjne mocowania sprężyny : lira z zewnętrzną sprężyną, co w praktyce oznacza widoczną w użytkowaniu sprężynę oraz lira ze sprężyną wewnętrzną, ukrytą w drenie. Pierwszy sposób znajduje zastosowanie do popularnych, najprostszych stetoskopów z płaską, jednostronną głowicą. Choć jest to w praktyce mało prawdopodobne, wadą tego rozwiązania jest narażenie użytkownika na możliwość skaleczenia w wyniku pęknięcia sprężyny. Zaletą takiej liry jest łatwość demontażu elementów w celu ich okresowego umycia i dezynfekcji, wysuszenia i ponownego połączenia. Drugi sposób czyli lira ze sprężyną wewnętrzną jest aktualnie w powszechnym użyciu. Sprężyna może być umieszczona w kanale akustycznym drenu lub niezależnym, odrębnym kanale. Uzależnione jest to od konstrukcji drenu. Zwykle ten typ sprężyny wykonany jest w układzie sprężyny podwójnej tzn. dwóch równoległych, sąsiadujących elementów sprężystych. Zapewnia to łatwość wstępnego rozchylenia liry i jej skuteczność w pozycji roboczej.

CDN