Lo stetoscopio, spesso riconoscibile come emblema della pratica clinica, è uno strumento acustico destinato alla rilevazione dei suoni endogeni dell’organismo, in particolare quelli di origine cardiaca e respiratoria. L’ascolto mediante stetoscopio prende il nome di auscultazione mediata, per distinguerla dall’ascolto diretto con l’orecchio.

L’introduzione dell’auscultazione mediata si deve a René T. H. Laennec, che nei primi anni dell’Ottocento impiegò un cilindro cavo in legno denominato “stetoscopio”. Il dispositivo contemporaneo integra una testina con campana, talora dotata di diaframma, un sistema di tubi flessibili e una coppia di auricolari che convoglia l’energia sonora verso il timpano dell’operatore (Figura 04.21-01).

Nel funzionamento con campana aperta, la cavità della campana realizza l’accoppiamento tra la superficie cutanea e l’aria contenuta nel sistema; la cute sottostante, sollecitata dalle vibrazioni dei tessuti profondi, si comporta in prima approssimazione come una membrana elastica. Ne risulta una frequenza di massima trasmissione che dipende dalle proprietà meccaniche e geometriche del sistema. In termini qualitativi, aumentando la pressione di appoggio sulla cute si incrementa la tensione locale e la frequenza caratteristica tende a crescere; viceversa, ampliando il diametro della campana la frequenza di risonanza si sposta verso valori più bassi. Un modello semplificato per una membrana circolare suggerisce, per il modo fondamentale, una dipendenza del tipo \( f \propto \frac{1}{D}\sqrt{\frac{T}{\sigma}} \), dove \(D\) è il diametro, \(T\) la tensione e \(\sigma\) la massa superficiale; ad esempio, per una membrana circolare idealmente vincolata vale \( f_{01} \approx \frac{2,40}{2\pi a}\sqrt{\frac{T}{\sigma}} \) con \(a=D/2\) (approssimazione utile a fini qualitativi).

L’estensione spettrale utile dello stetoscopio può essere modulata agendo sulle dimensioni della campana e sulla forza di apposizione, cioè sulla tensione cutanea indotta. Una compressione eccessiva, pur attenuando artefatti da sfregamento, può ridurre in modo selettivo i contenuti a bassa frequenza e rendere meno percepibili soffi cardiaci di tonalità grave, come quelli diastolici a bassa intensità.

Nella configurazione a campana chiusa, un sottile diaframma si interpone tra la sorgente e la cavità acustica. Diaframma e aria intrappolata costituiscono un sistema massa–molla la cui frequenza di risonanza, tipicamente più alta rispetto alla campana aperta, determina un’attenuazione relativa delle basse frequenze e una trasmissione più efficiente delle medio-alte. Per questo motivo, la campana con diaframma è spesso preferita per l’auscultazione dei suoni respiratori, il cui contenuto energetico prevale in banda più elevata (Figura 04.21-02). La frequenza di risonanza cresce con l’aumento della tensione del diaframma e decresce all’aumentare della massa efficace e del diametro utile, secondo la relazione qualitativa \( f_r \approx \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k}{m_{\mathrm{eff}}}} \).

Poiché all’estremità ricevente del dispositivo l’interfaccia acustica è il timpano, estremamente sensibile alle oscillazioni di pressione, è vantaggioso ridurre il più possibile il volume d’aria racchiuso nella campana e nei condotti: a parità di spostamento del diaframma o della cute, un volume minore produce variazioni di pressione maggiori, con incremento del segnale percepito.

La progettazione dei tubi mira a contenere il volume e le perdite per attrito viscoso e scambio termico con le pareti. Un diametro interno maggiore riduce la frazione di energia dissipata nello strato limite, mentre una lunghezza eccessiva introduce attenuazione crescente alle alte frequenze. Al di sotto di circa 100 Hz l’influenza della lunghezza del tubo sulla trasmissione è in genere trascurabile; oltre tale soglia, l’efficienza tende a declinare con l’allungarsi del condotto. Per esempio, a 250 Hz si può misurare una riduzione di circa 12 dB passando da un tubo di 10 cm a uno di 60 cm. Nella pratica si adotta spesso un compromesso che unisce una lunghezza moderata a un calibro interno sufficiente.

Alcuni criteri tecnici ricorrenti sono i seguenti:

• ridurre il volume intrappolato nella campana per massimizzare la variazione di pressione trasmessa al sistema uditivo;
• impiegare tubi con diametro interno adeguato per limitare perdite viscose e termiche, senza penalizzare l’ergonomia;
• evitare condotti inutilmente lunghi, che penalizzano la risposta oltre le basse frequenze;
• selezionare una lunghezza intermedia (ad esempio intorno a 28–30 cm) con diametro interno nell’ordine di 3,0 mm, come compromesso tra trasporto di energia e praticità d’uso.

Gli auricolari richiedono un accoppiamento ermetico con il meato acustico esterno: eventuali perdite costituiscono una via di fuga per la pressione sonora, con marcata attenuazione dei componenti a bassa frequenza e maggiore suscettibilità al rumore ambientale. Per migliorare la tenuta e il comfort, i terminali sono sagomati e inclinati in avanti, seguendo l’orientamento fisiologico del canale uditivo di circa 10–20°, così da ottimizzare l’allineamento e ridurre le dispersioni.

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Stetoscopio

Schema di un moderno stetoscopio.

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