看見胸內部! 來自孩子的遊戲：聽診器

賽先生科學工廠

2018-05-25

『多麼神奇！！』醫生帶起他的聽診器聽聽我們的胸腔，聽聽我們的腹部，聽聽我們的心跳聲，再根據我們所描述的症狀，醫生就可以告訴我們一個初步的診斷結果。你是否有曾經好奇過，醫生聽到的聲音是什麼？如果，醫生在聽診的時候，我們也可以一起聽聽身體發出的聲音，那是否又可以讓我們也跟著醫生學習『看見胸內部』？雙人聽診器是一個不錯的選擇！

『看見胸內部』其實是聽診器的希臘文「στηθοσκόπιο。στήθος」（stéthos）字面的意思；200年前聽診器被發明出來並開始使用在檢查病人與診斷疾病上；至今已經超過200年了，雖然醫學檢測技術發展迅速，但醫生還離不開它。

聲音主要是藉由物質的震動來作為傳導，所以聲音傳播的速度快慢跟傳導的介質有關係，舉例來說在20°C水中，聲音的傳播速度是每秒1482公尺，但在鋼中，聲音的傳播速度可以高達每秒5960公尺，不論什麼頻率。而聲音頻率的高低則是跟引發物質震動的來源有關係；例如：我們耳朵所聽到的聲音是來自於空氣不停的撞擊人耳中鼓膜造成，所以當每秒鐘撞擊的次數高，就稱為高頻；反之亦然。為了要聽見身體裡的聲音，200多年前的醫生是直接將耳朵貼在病患的身體，就如同『隔牆有耳』一般，竊聽著皮膚下器官們的竊竊私語；然而，這樣的診斷的方式很容易受到許多外在因素的影響，如何可以讓聲音更清楚地傳遞出來呢？從孩子們在玩的聽聲音遊戲中得到了啟發，透過一個管子將聲音先收集起來再通過管子進行傳遞直接進到耳朵；但是否能夠達到有效共振放大的效果，可能需要經過一番的設計了！經歷了200年的時間，聽診器的構造從很簡單的圓錐桶狀慢慢的演化到我們現在常看見的樣式。

(左圖）最早的聽診器，主人為聽診器的發明人法國醫生Rene Theophile Laennec(1781-1826) （圖片來源：Science Museum London / Science and Society Picture Library CC BY-SA 2.0)；（右圖）聽診器的設計手稿，可以看見內部是做成圓錐狀（圖片來源：Wikimedia Commons）.

但醫生是如何透過聲音知道身體或者那個器官發生了問題呢？血液的流動會發出聲音，空氣經過氣管進到肺部會發出聲音，身體內器官並不是處於靜止的狀態，所以微小的震動也會發出聲音，然而每一個發出的聲音都各自有各自的頻率，就好像標籤一般；所以醫生可以透過頻率的不同或者異樣來進行身體檢查。有趣的是，人的耳朵並不是所有頻率的聲音都可以聽得到，就好像人的眼睛也不是所有頻率的光都可以看得見。人的耳朵只能夠聽到20 Hz(每秒震動20次)到大約20 kHz (每秒震動20000次)的聲音頻率，且妙的是人耳對於不同頻率的敏感度還不同呢（下圖）。如果我們想要聽到一樣的聲音大小，不同頻率的聲音來源就必須要提供不同的音波強度；以下圖來看如果我們在1000Hz聽到40dB強度的聲音，那麼如果也希望在100 Ｈz聽到相同的聲音強度，則音源要提供大約60dB的強度了。但是從聽診器傳來的聲音可是有非常多種頻率的，那該怎麼辦呢？

人耳對於不同頻率聲音的靈敏度 (Threshold of audibility 最小可以聽到的聲音強度；Threshold of pain 耳朵可以承受的最大聲音強度）（圖片來源：Wikimedia Commons)

一般聽診器的聽頭有兩種（如下圖）: 膜面(Diaphragm）及鐘面（bell) 利用轉動聽頭可以切換兩種聽頭。鐘面是直接將聽頭貼合皮膚，所以當聲音由身體內部傳到皮膚時，皮膚會發生震動產生聲音；而膜面雖然也是將聽頭貼合皮膚，但身體內部的聲音是透過震動膜面聽頭上的薄膜來產生聲音傳進聽診器中。這兩者會有不同嗎？目前文獻上所查到的解釋是，膜面聽頭上的薄膜會衰減各個頻率的聲音強度，所以導致於較低頻的聲音因為強度低於人耳可以接收的強度，使得我們只會聽到高頻聲音；而鼓面則是所有頻率的聲音都一起進到聽診器內。因此基於這個理由：膜面適合用來聽較為高頻的聲音，而鐘面則是聽低頻的聲音；但這都還未是定論的解釋，也許可以作為一個不錯的探討問題喔！