Publikacje

  • Drukuj

  • Nowak L. J., Nowak K. M., „Acoustic characterization of stethoscopes using auscultation sounds as test signals”, Journal of the Acoustical Society of America, 140.4 (2017): 3372-3372, DOI: http://dx.doi.org/10.1121/1.4978524
  • Nowak K. M., Nowak L. J. „Experimental validation of the tuneable diaphragm effect in modern acoustic stethoscopes”, Postgraduate Medical Journal, DOI: http://dx.doi.org/10.1136/postgradmedj-2017-134810
  • Nowak, L.J., „An experimental study on the role and function of the diaphragm in modern acoustic stethoscopes.", Journal of the Acoustical Society of America, 142.4 (2017): 2507-2507, DOI: https://doi.org/10.1121/1.5014157
  • Nowak K. M., Nowak L. J., „Evaluation of reproduction fidelity of acoustic characteristics of auscultation sounds by recordings included in various publicly available databases”, Journal of the Acoustical Society of America, 142.4 (2017), https://doi.org/10.1121/1.5014566
  • Nowak K. M., Nowak L. J., „Discrepancies in the reproduction of the spectral characteristics of the acoustic stethoscopes by the electronic stethoscopes and potential diagnostic consequences”, Journal of the Acoustical Society of America 140, 3372 (2016); DOI: http://dx.doi.org/10.1121/1.4970772
  • Nowak K. M., Nowak L. J., „Objective evaluation of the acoustic properties of various types of chest pieces in the modern acoustic stethoscopes”, Journal of the Acoustical Society of America  138, 1830 (2015); doi: http://dx.doi.org/10.1121/1.4933816
  • Nowak L. J., Nowak K. M. „ Discovering new facts and revealing existing myths about the acoustic stethoscope 200 years after its invention”, Proceedings of the 22nd International Congress on Acoustics, Buenos Aires – 5 to 9 September, 2016; http://www.ica2016.org.ar/ica2016proceedings/ica2016/ICA2016-0364.pdf
  • Nowak K. M., Nowak L. J. „On the relation between pressure applied to the chestpiece of a stethoscope and parameters of the transmitted bioacoustic signals”, Proceedings of the 22nd International Congress on Acoustics, Buenos Aires – 5 to 9 September, 2016; http://www.ica2016.org.ar/ica2016proceedings/ica2016/ICA2016-0405.pdf

Łukasz Nowak

Dwusetna rocznica wynalezienia stetoskopu

SCHYŁEK CZY POCZĄTEK NOWEJ EPOKI DIAGNOSTYKI OSŁUCHOWEJ?

Dokładnie dwieście lat temu, w 1816 roku, francuski lekarz Rene Laennec dokonał jednego z najbardziej przełomowych odkryć w historii diagnostyki medycznej. Stwierdził, iż przez zwinięty rulon papieru znacznie lepiej słychać odgłosy bijącego serca, niż przykładając ucho bezpośrednio do klatki piersiowej pacjenta. Tym samym wynalazł stetoskop – pierwsze urządzenie diagnostyczne, które dostarczało informacji na temat procesów zachodzących we wnętrzu ciała osoby badanej bez interwencji chirurgicznej. Z punktu widzenia niemal dowolnej współczesnej technologii dwa wieki to okres niewyobrażalnie długi, w który wpisują się zazwyczaj liczne rewolucyjne zmiany powodowane nowymi, przełomowymi odkryciami dotyczącymi zjawisk i mechanizmów fizycznych na których technologia ta bazuje. Tym bardziej dziwić może historia ewolucji ikony lekarskiej profesji, która zupełnie się w ten schemat nie wpisuje. Stetoskop dojrzewał i starzał się niespiesznie i z godnością, a zmiany które przeobraziły go z postaci zwiniętej kartki papieru do obecnie znanej formy metalowego lejka z membraną i gumową rurką zakończoną parą słuchawek następowały powoli, niemal zupełnie zatrzymując się kilkadziesiąt lat temu. Próbując dzisiaj przewidzieć przyszłość diagnostyki medycznej i wsłuchując się w opinie środowiska medycznego, widać zderzenie dwóch skrajnych wizji. Jedni wieszczą zbliżający się nieuchronnie drastyczny spadek znaczenia badań osłuchowych, spowodowany coraz większą dostępnością zaawansowanych elektronicznych instrumentów diagnostycznych, takich jak na przykład ultrasonografy i echokardiografy. Inni zawierzają nadzieję w pojawiających się od czasu do czasu – a ostatnio coraz częściej – nowinkach technologicznych, które niebawem mają przynieść wyczekiwany od dawna przełom i otworzyć przed stetoskopem nową świetlaną przyszłość na co najmniej kolejne dekady w służbie klinicznej. Celem niniejszego artykułu jest zarówno zwięzłe zarysowanie sylwetki i dziejów stetoskopu w dwusetną rocznicę urodzin, jak i próba skonfrontowania potencjalnych wizjijego dalszych losów na gruncie aktualnego stanu wiedzy i techniki z zakresu akustyki oraz medycyny.

Wnętrze naszego ciała jest wypełnione dźwiękami. Ich źródłem są ruch i drgania różnych organów oraz przepływy cieczy i gazów. Dźwięki te rozchodzą się następnie w postaci wibracji tkanek otaczających źródło i – w sprzyjających okolicznościach, jeżeli nie ulegną po drodze całkowitemu wytłumieniu – mogą dotrzeć aż do powierzchni skóry. Ich poziom jest w przeważającej większości przypadków znikomy, tym niemniej niektóre z nich są akurat wystarczająco głośne, aby móc je usłyszeć przykładając ucho w odpowiednim punkcie powierzchni ciała. Fakt ten znany był w medycynie na długo przed powstaniem stetoskopu. Wiadomo było także, że pewne charakterystyczne dźwięki mogą zostać powiązane z określonymi stanami patologicznymi – tak jak na przykład szmery słyszalne w obrębie klatki piersiowej mogą być objawem wad serca. Stawianie diagnozy na tej podstawie było jednak sztuką trudną, wymagającą bardzo dobrego i wyćwiczonego słuchu. Kto wie, jak potoczyłyby się dzieje diagnostyki osłuchowej, gdyby nie młody i nieśmiały lekarz Laennec, który przytłoczony obowiązkiem przyłożenia ucha do obfitego biustu swojej pacjentki, w akcie desperacji chwycił za arkusz papieru i zwinął go w rulon, szukając w ten sposób wyjścia z krępującej dla niego sytuacji, a w zamian odkrył zadziwiający efekt wzmocnienia słyszanych dźwięków? Tak czy inaczej, nawet jeżeli to rzeczywiście nieśmiałość młodego lekarza była impulsem inicjującym narodziny stetoskopu, nie doszłoby do tego bez dopełnienia ze strony otwartego umysłu, bystrego zmysłu obserwacji i umiejętności kojarzenia faktów, właściwych wszystkim wielkim wynalazcom.

Okres dziecięcy stetoskopu przypada na pierwszą połowę XIX wieku. Miał on wówczas formę drewnianego walca wydrążonego w środku, jaką nadał mu jego wynalazca. I chociaż fakty mówiły same za siebie i dźwięki z wnętrza ciała docierały do ucha lekarza znacznie lepiej za pomocą tego prostego instrumentu, to nie brakowało i przeciwników nowej technologii – także wśród uznanych autorytetów medycznych ówczesnej epoki. Próbowali oni zdyskredytować znaczenie wynalazku Laenneca, przedstawiając stetoskop jako jeden z atrybutów „nowej szkoły” w medycynie, którym posługują się ich niedoświadczeni koledzy po fachu w celu zatuszowania własnych niekompetencji w trudnej sztuce właściwej diagnostyki osłuchowej, przeprowadzanej wyłącznie za pomocą ucha. Głosy te nie zdołały jednak powstrzymać nadchodzącego przełomu i bohater niniejszego artykułu niebawem stał się powszechnie używanym narzędziem diagnostycznym.

Okres dojrzewania stetoskopu rozpoczął się w połowie XIX wieku i trwał ponad stulecie. Za jego początek możemy uznać pierwsze opisy i konstrukcje stetoskopu binauralnego – czyli zaopatrzonego w słuchawki wtykane do obydwu uszu. Koncepcja ta znacząco poprawiła właściwości samego urządzenia, stanowiła też istotne odejście od pierwotnej formy i wyznaczyła kierunek dalszego rozwoju. Kolejne przełomowe zmiany dotyczyły głowicy przykładanej do ciała pacjenta. Początkowo nie poświęcano jej zbyt wiele uwagi, kształtując ją w formie mniejszego lub większego lejka, by ostatecznie uznać ją za serce całego urządzenia i element decydujący o jego parametrach. Na początku XX. wieku opracowana została koncepcja głowicy stosowana powszechnie do dzisiaj. Konstrukcja ta zawiera dwie końcówki – jedną, w formie szerokiego i mocno spłaszczonego lejka zamkniętego membraną, oraz drugą – zazwyczaj w formie mniejszego i głębszego otwartego lejka. O tym, która z końcówek jest używana do konkretnego badania decyduje lekarz, dokonując wyboru poprzez przekręcenie głowicy. Za koniec okresu dojrzewania stetoskopu uznać można lata 60. i 70. minionego wieku. W 1961 roku amerykański kardiolog, David Littmann opublikował artykuł „Anapproach to the idealstethoscope”, w którym zwięźle, na dwóch stronach tekstu, podsumował ówczesny stan wiedzy oraz sformułował cechy konstrukcyjne idealnego narzędzia diagnostyki osłuchowej. W kolejnej dekadzie natomiast rozwinięta została idea „dwutonowej” membrany (ang. „tunablediaphragm”), mającej w zamierzeniu połączyć domniemane cechy obydwu wcześniej opisanych końcówek w pojedynczej głowicy.

Od około 50. lat stetoskop można więc uznać za dojrzałą konstrukcję. Czy to oznacza, że przez minione pół wieku nic nowego nie działo się w temacie najpowszechniej używanego medycznego narzędzia diagnostycznego? Oczywiście nie. Wprost przeciwnie, działo się bardzo dużo.Przede wszystkim pojawiły się powszechnie dostępne stetoskopy elektroniczne. Zamiast zwykłej głowicy są one zaopatrzone w różnego rodzaju mikrofony kontaktowe przetwarzające dźwięk w postaci drgań mechanicznych powierzchni ciała pacjenta na sygnał elektryczny. Sygnał ten jest następnie wzmacniany i filtrowany oraz odtwarzany za pomocą słuchawek. Niektóre z tych elektronicznych urządzeń zaopatrzone są także w interfejsy umożliwiające ich dołączenie do komputera. Inne zostały zaopatrzone w zintegrowane monitory EKG. Niektóre posiadają aktywne systemy redukcji hałasu przenikającego z otoczenia. Jeszcze inne wyświetlają szereg dodatkowych informacji pomocnych w badaniu. Wszystkie są reklamowane jako przełomowe i znacząco poprawiające jakość diagnostyki osłuchowej. Dlaczego więc zlekceważyliśmy cały ten panteon przełomowych rozwiązań, uznając prymitywną mechaniczną konstrukcję klasycznego stetoskopu akustycznego za w pełni dojrzałe urządzenie? Odpowiedź jest prosta. Jeżeli wybierzemy się do lekarza – nieważne, czy będzie to rutynowa wizyta w prowincjonalnej placówce służby zdrowia, czy też specjalistyczna konsultacja w szpitalu o uznanej renomie – i zostaniemy przy tej okazji poddani badaniu osłuchowemu, to najprawdopodobniej badanie to zostanie wykonane takim właśnie, prymitywnym w swojej prostocie, przyrządem.Stetoskopy akustyczne niepodzielnie królują w zakładach opieki zdrowotnej od dekad i nic nie wskazuje na to, aby ów stan rzeczy miał się zmienić w najbliższej przyszłości. W tej sytuacji elektroniczni pretendenci do tytułu następcy ikony medycznej profesji jawią się raczej jako ciekawostki bez większego znaczenia w praktyce klinicznej.

Być może więc stetoskop akustyczny jest na tyle doskonałym narzędziem diagnostycznym, że żadnego udoskonalenia zwyczajnie nie potrzebuje? Niestety nie, poprawić można bardzo dużo. Zwłaszcza w kwestii czułości diagnozy uzyskiwanej za jego pomocą.  Poprawa na tym polu często wiązałaby się ze znaczącymi korzyściami dla pacjenta. Słowem usprawiedliwienia wspomnieć jednak należy, iż nie sam stetoskop jest tutaj winny. Jednym z głównych ograniczeń jest charakterystyka naszego słuchu – bardzo wyczulonego na pasma wyższych częstotliwości, w których zawiera się na przykład nasza mowa i jednocześnie bardzo upośledzonego w zakresie niskich częstotliwości, w który wpisują się typowe zjawiska osłuchowe.

Opisany stan rzeczy powinien dziwić. Rewolucja technologiczna jest w końcu znakiem naszych czasów, a technologie medyczne – obok wojskowych – stanowią forpocztę owej rewolucji. Elektroniczne urządzenia diagnostyczne z końca ubiegłego wieku często jawią się jako relikty świadczące o nienajlepszej sytuacji szpitala, który nie mógł sobie pozwolić na ich wymianę. Nikogo jednak nie razi widok lekarza z zawieszonym na szyi stetoskopem, którego konstrukcja nie zmieniła się w istotny sposób od ponad półwiecza. Co więcej, jest to obrazek tak normalny, że spotkamy go w praktycznie każdej reklamie placówki służby zdrowia, prywatnej opieki medycznej lub różnego rodzaju wyrobów medycznych. Co pomyślelibyśmy sobie o prywatnym gabinecie lekarskim reklamującym się za pomocą zdjęcia, na którym lekarz trzyma szklaną strzykawkę z igłą wielorazowego użytku?

Rozwiązanie zagadki opisanej sprzeczności kryje się w fakcie, iż prostota stetoskopu jest jednocześnie jego największą zaletą. Stetoskop akustyczny nie potrzebuje baterii, akumulatora – nie trzeba go ładować i nie wyłączy się w najmniej odpowiednim momencie. Można go powiesić na szyi, albo zwinąć i włożyć do kieszeni fartucha – jest zawsze pod ręką. Może spaść na podłogę lub zostać przygnieciony i najprawdopodobniej nic mu się nie stanie. Można go łatwo zdezynfekować. Jest tani i niezawodny. W rękach (uszach) doświadczonego lekarza może być naprawdę skutecznym i wszechstronnym narzędziem diagnostycznym. Co prawda stany patologiczne, w których diagnozie kiedyś był niezastąpiony, obecnie znacznie łatwiej i pewniej można wykryć stosując wytwory bardziej współczesnej techniki, ale to już zupełnie inna liga. Specjalistyczny sprzęt diagnostyczny w rodzaju, na przykład, różnego rodzaju ultrasonografów jest zdecydowanie droższy, mniej mobilny, wymaga zasilania, serwisowania i złożonej obsługi. Stąd, mimo wszystkich zalet i możliwości wyrafinowanej elektroniki medycznej, nie jest ona w stanie całkowicie wyprzeć z praktyki klinicznej klasycznych stetoskopów akustycznych. Tak jak samochody, motocykle i samoloty nigdy nie wyprą z naszych dróg rowerów.

Czy oznacza to, że stetoskop ma szansę przetrwać kolejnych 200. lat w niezmienionej formie? Wątpliwe. Problem jednak polega na tym, że prawie każda próba jego udoskonalenia wiąże się jednocześnie z odejściem od pierwotnej, prymitywnie prostej formy i pozbawia go wynikających stąd zalet. Jednym z najbardziej popularnych obecnie kierunków badań na tym polu są komputerowe systemy wspomagania diagnostyki osłuchowej. Podejście to zakłada wykonywanie analizy rejestrowanych sygnałów osłuchowych przez komputer. Wyspecjalizowane algorytmy mają za zadanie wyodrębnić z odgłosów wydobywających się z wnętrza ciała pacjenta cechy, które mogłyby świadczyć o obecności wybranych stanów patologicznych – na przykład o niedomykalności zastawek w sercu. Tak jak zrobiłby to lekarz, posługując się słuchem. A nawet, w zamierzeniu, lepiej niż zrobiłby to lekarz – elektroniczne sensory i układy przetwarzania dźwięku mogą przecież obejść ograniczenia ludzkiego słuchu w zakresie bardzo niskich częstotliwościakustycznych, w którym to mieszczą się typowe zjawiska osłuchowe. Dzięki temu diagnoza ma być dokładniejsza i skuteczniejsza. Wielu wierzy, że tak właśnie wygląda przyszłość badań osłuchowych.Poprawa jakości diagnozy jest niewątpliwie wielkim plusem. Ważne jednak, aby plusy nie przesłoniły nam minusów – bo i tych się kilka znajdzie. Przede wszystkim, taki złożony system elektroniczny pozbawiony jest właściwie wszystkich opisanych wcześniej zalet użytkowych klasycznego stetoskopu. Inną kwestią, którą często pomija się w takich rozważaniach jest fakt, iż lekarz stawiając diagnozę nie opiera się tylko i wyłącznie na tym, co słyszy przez słuchawki stetoskopu. Widzi pacjenta, dotyka go, rozmawia z nim – rejestrując świadomie i podświadomie całą masę różnego rodzaju wskazówek, które następnie za pomocą swojego doświadczenia oraz intuicji składa w ostateczny werdykt. Cały ten proces jest nieporównywanie bardziej złożony i subtelny niż zaprogramowany przez informatyków proces myślowy nawet najbardziej skomplikowanej maszyny, ślepej i głuchej na wszystko poza tym co dociera z dołączonych do niej czujników. Z drugiej strony, komputer nie męczy się, nie bywa roztargniony i nie miewa gorszych dni. Prawdopodobnie długo jeszcze nie zastąpi ani lekarza ani stetoskopu, lecz – jeżeli tylko okaże się rzeczywiście wystarczająco skuteczny w analizowaniu sygnałów osłuchowych pod kątem wybranych stanów patologicznych – być może posłuży stworzeniu nowych, pomocnych technik diagnostycznych.

Powyższe rozważania nieuchronnie prowadzą nas od jednej sprzeczności do następnej. Z jednej strony widzimy, iż najpowszechniej używanym narzędziem diagnostycznym i ikoną nowoczesnej medycyny jest urządzenie z nieprzyzwoicie długim rodowodem, którego ewolucja zatrzymała się dekady temu. Z drugiej strony jasne staje się, że aby je udoskonalić powinniśmy połączyć nowoczesną i finezyjną technologię z poręcznością, ceną, bezobsługowością i niezawodnością właściwym prymitywnej mechanicznej konstrukcji.Czy jest to w ogóle możliwe? Próby nad stworzeniem takiego właśnie stetoskopu prowadzone są w Polsce, w Instytucie Podstawowych Problemów Techniki PAN w Warszawie. Badania prowadzone w ramach projektu „Nowe Metody i Technologie Akustycznej Diagnostyki Medycznej”, finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach konkursu LIDER, koncentrują się na lepszym poznaniu zjawisk i mechanizmów leżących u podstaw badań osłuchowych, oraz wykorzystania tej wiedzy do opracowania konstrukcji zdolnej lepiej przenosić informacje akustyczne z wnętrza ciała pacjenta do ucha lekarza.

Podsumowując, najbliższa przyszłość stetoskopu zarówno jako podstawowego narzędzia diagnostycznego, jak i symbolu lekarskiej profesji wydaje się niezagrożona. Jednocześnie trudno wyobrazić sobie aby przetrwał w obecnej formie kolejnych kilkadziesiąt lat. Jakość uzyskiwanej za jego pomocą diagnozy z pewnością można i należy poprawić, ale na przeszkodzie stoją względy praktyczne, związane z niezaprzeczalnymi zaletami prostej, taniej i wytrzymałej konstrukcji mechanicznej. Odpowiedni kompromis pomiędzy tymi cechami wydaje się być kluczem do sukcesu, który zapewni stetoskopowi świetlaną przyszłość w służbie medycznej na kolejnych dwieście lat.