Geschichte der diagnostischen Sonographie

Ultraschall gibt es seit tausenden von Jahren in der Natur, nachdem in der Evolutionsgeschichte Tiere - als populärstes Beispiel sicherlich die Fledermaus - es gelernt haben, sich im Raum mit Ultraschall zu orientieren. Wie aber gelang es dem Menschen nachzuweisen, daß ein im ursprünglichen Wortsinn übersinnliches Phänomen wie der ja nicht hörbare Ultraschall überhaupt existiert? Wie immer bei bedeutenden Forschungsergebnissen lautet die Antwort: Aus der Kombination von exakter Beobachtung der in der Natur vorkommenden Phänomene, der logischen Verknüpfung der dabei gemachten Erfahrungen und einer vorurteilslosen Versuchsanordnung. Ohne Risiken war und ist die Fledermausforschung übrigens nicht, zum einen natürlich wie noch ausgeführt wird für die Forschungsobjekte, also die Fledermäuse, selbst, dann aber auch, und das ist eher überraschend, für die Forscher. So war der Deutschen Medizinischen Wochenschrift Heft 1/2, 2002 zu entnehmen, dass sich eine Forschungsgruppe beim Besuch einer von Fledermäusen bewohnten Höhle auf Kuba mit Histoplasmose infiziert hatte, weil die Teilnehmer kurzzeitig die Atemmasken abgenommen und dann den über den Kot der Tiere ausgeschiedenen Erreger inhaliert hatten.

Braunes Langohr

Diese überdimensionierten Ohren dienen den Fledermäusen dazu, die Echos der von ihnen ausgestossenen Orientierungssignale aufzufangen. Ob die Signale durch das Maul oder die Nase aussgestossen werden, hängt davon ab, um welche von zwei großen Gruppen von Fledermäusen es sich handelt, um Hufeisennasen oder Glattnasen.

Fischfressende Glattnase

Dinge, die 8 m von ihr entfernt sind, kann die Hufeisennase noch orten. Dabei fliegen die Hufeisennasen mit geschlossenem Maul und stossen durch die Nase hohe, lange Pfeiftöne aus. Anders die Glattnasen: ihr Ton ist explosionsartig kurz und reicht nur für kurze Entfernungen von etwa 1 m; sie erzeugen den Ton mit dem Maul. Die von den Ohrmuscheln eingefangenen Echos werden über die Gehörknöchelchenkette zum Innenohr mit der Schnecke und von dort zum Hörnerven übertragen. Das ist noch nichts besonderes. Doch weisen die Fledermäuse schon im Innenohr einen trennscharfen Hörfilter auf, der ihnen erlaubt, in ihrem Ortungssystem mit einer akustischen Trennschärfe zu arbeiten, die bis zu fünfzigmal höher ist als bei anderen Säugetieren. Dies ist auch notwendig, da Fledermäuse, wenn sie beispielsweise im Blatttwerk eines Baumes nach Insekten jagen, vielfältige Signale sowohl von den Beutetieren wie auch von den Zweigen und Blättern empfangen, die auseinandergehalten werden müssen.

Von den Fledermäusen bis zum heutigen Stand der diagnostischen Sonographie war es jedoch ein weiter Weg. Da der Mensch bekanntermaßen von Natur aus nicht über die Fähigkeit zur Erzeugung von Ultraschall verfügt, macht man sich den sogenannten piezoelektrischen Effekt zunutze, der 1880 von Piere Curie, Chemieprofessor an der Sorbonne in Paris, und seiner Gattin und Nachfolgerin Marie Curie an Quarzen entdeckt wurde.

Als einer der ersten beschäftigte sich der deutsche Physiker A. Behm mit dem Ultraschall. Der tragische Untergang der Titanic 1912, das sich als das sicherste aller bis dato gebauten Schiffe rühmte, war für ihn Anlaß, nach einer Methode zu suchen, Eisberge unter Wasser rechtzeitig zu erkennen. Bei dem von ihm entwickelten Echolot wurde auf einer Seite eines Schiffes durch eine Lotpatrone das notwendige Knallsignal erzeugt und auf der anderen Seite des Schiffes das Echo vom Meeresgrund so empfangen, daß die Entfernung auf einer Skala in Metern direkt abgelesen werden konnte.

Im ersten Weltkrieg zeigte der Ultraschall seine welthistorische Bedeutung, als deutsche Unterseeboote mit Ultraschall geortet und anschließend zerstört werden konnten (Langevin und Chilkowsky 1916).

In den 30er Jahren wurde in Europa und den USA die zerstörungsfreie Materialprüfung die 2. Anwendungsform des Ultraschalls; in Japan wurden Ultraschallgeräte zur Entdeckung von Fischschwärmen genutzt. In dieser Zeit erfolgte auch eine euphorische, unkritische Anwendung des Ultraschalls zur Behandlung verschiedener Erkrankungen bis hin zu dem Versuch, Tumoren zu zerstören. So wurde in den Verhandlungsberichten der nordwestdeutschen Gesellschaft für Gynäkologie 1947 festgehalten: "Die selektive Wirkung der Ultraschallwellen auf Karzinomzellen ist größer als bei Röntgen- und Radiumstrahlen".

Ultraschall kann Papierblätter entflammen, Gase durch entsprechende Sirenen entstäuben, die Struktur makromolekularer Stoffe verändern und sonst nicht mischbare Flüssigkeiten, z.B. Wasser/Quecksilber oder Wasser/Öl, emulgieren. Weniger beliebt beim Publikum ist die Verwendung von Ultraschall unter gleichzeitiger Ausnutzung des Doppler-Effekts in Radar-Fallen.

Der östereichische Neurologe K. Th. Dussik war der erste Mediziner, der den Ultraschall zu diagnostischen Zwecken nutzbar machte. 1938 publizierte er zusammen mit seinem Bruder seine Methode der Hyperphonographie zur Beurteilung der Gehirnventrikel. Dabei erwies sich einmal mehr, daß die brillianteste Idee nichts nutzt, wenn ihre Anwendung am falschen Objekt erfolgt. Dussik bestand nämlich darauf, seine Methode am menschlichen Gehirn auszuprobieren. Von allen Organen war nun das Gehirn am wenigsten geeignet, da es vollständig vom Schädelknochen umgeben wird, der zumindest mit damaligen Methoden nur sehr unvollständig vom Ultraschall zu durchdringen war.

Nach dem 2. Weltkrieg waren die durch den Krieg weiterentwickelten Sonar- und Radarsysteme Ausgangspunkte für die weitere Entwicklung der Sonographie. 1950 entwickelten Howry und Bliss den ersten Wasserbadscanner. Als Wasserbad diente zunächst ein Waschbottich, später eine Viehtränke, so daß dieses Gerät als der "cattle tank scanner" in die Geschichte einging. Der Patient bzw. das zu untersuchende Organ tauchte in dieses Wasserbad ein, und der Schallkopf fuhr linear motorgesteuert auf einer Hozschiene entlang der Tränke.

Hierbei handelte es sich noch um sogenannte bistabile, also echte Schwarz-Weiß-Bilder, eine Umsetzung der empfangenen Echostärke in verschieden helle Bildpunkte war noch nicht möglich. Bei den bisherigen Geräten lag der Patient im Wasserbad und mußte zum Teil mit Bleiplatten beschert werden. Geholfen hat dies nicht viel, zudem war die Methode nur für Patienten mit robuster Konstitution geeignet.

Der nächste faszinierende Höhepunkt der Ultraschallgeschichte kam mit dem Gynäkologen I. Donald, der 1957 den ersten Kontakt-compound-scanner konstruierte. Jetzt war es nicht mehr nötig, den Patienten in ein Wasserbad zu tauchen, sondern der Schallkopf wurde direkt auf die Haut aufgesetzt und von Hand bewegt. Der Weg war nun frei zu einer breiten Anwendung der Ultraschallmethode in der Medizin, auch wenn I. Donald selbst seine Ergebnisse noch sehr kritisch beurteilte: ".... but our findings are still of more academic interest than practical importance, and we do not feel that our clinical judgement should be influenced by our ultrasonic findings".

Die neuere Geschichte beginnt mit den Real-time-Geräten. Das erste Echtzeitgerät, der sogenannte "schnelle B-Scan"" wurde 1956 in den Siemenswerken in Erlangen vorgestellt. Das "Vidoson" war ein mechanischer Parallelscanner, mit dem ein 14 cm großer Körperausschnitt in Echtzeit mit 16 Bildern/Sekunde untersucht werden konnte. Konzipiert war dieses Gerät für das Mammakarzinomscreening; sehr schnell jedoch wurde es von Internisten und Radiologen entdeckt und zur Abdomensonographie genutzt.

Da zur Bedienung der Geräte ein großes physikalisches Wissen und ein immenser Zeitaufwand notwendig war ist es verständlich, daß diese Methode nur von einem kleinen Kreis von Enthusiasten angewendet wurde. So verwundert nicht ein Ausspruch aus dem Jahre 1974: "Mit dem momentanen Stand der Technik ist Ultraschall mehr eine Kunst als eine Wissenschaft".

Während vorgenannte Ausführungen zeigen, wie sich an hochspezialisierten Werkzeugen von Lebewesen einer großen Gattung Grundsätzliches über das Funktionieren von Organen überhaupt herausfinden läßt, verspürt ein Teil des Publikums bei näherer Bekanntschaft mit Fledermäusen immer noch leichte Gruselgefühle. Eher harmlos mutet in diesem Zusammenhang die Furcht vorwiegend weiblicher Individuen an, daß eine Fledermaus sich in ihre Frisur verirren könnte. Dies ist Aberglaube: Fledermäuse bevorzugen für ihren Aufenthalt Dachböden, Felsspalten, Baumhöhlen und Stollen. Bedenklicher ist, daß etwas von verlorenen Seelen oder Seelen auf Urlaub in den Köpfen spukt. Mit ihrem lautlosen Gleitflug und nächtlichen Wispern steht die Fledermaus seit Ovid für das Unheimliche bis auf den heutigen Tag. Seitdem lebte die Figur des Fledermausmenschen in Mythen und Volksmärchen fort. Ihre entschiedenste Ausprägung fand sie in der bluttriefenden Gestalt des Vampirs.

Gemeiner Vampir

In den tropischen Nächten Mittel- und Südamerikas geht nach Einbruch völliger Dunkelheit eine Fledermausart auf Beutefang, deren Gebiß eigentümlich verändert ist. Die Zahl der Zähne ist auf zwanzig vermindert, die Vorderzähne haben messerscharfe Schneiden. Es handelt sich hier um Vertreter der Familie der Echten Vampire, von denen der bekannteste der Gemeine Vampir (Desmodus rotundus) ist. "Gemein" beschreibt hier keine Charaktereigenschaft, sondern spielt auf die Tatsache an, daß Desmodus rotundus erheblich weiter verbreitet ist als z.B. sein Artgenosse, der kleine Blutsauger (Diphylla ecaudata). Das reichlich austretende Blut wird mit der Zunge aufgeleckt, nicht wirklich ausgesaugt. Obwohl die aufgenommene Blutmenge so beträchtlich ist, daß der Leib des Vampirs bei einer Mahlzeit zusehends anschwillt, hält der Blutverlust sich doch meist in Grenzen. Dagegen droht wirkliche Gefahr durch den Biss eines Vampirs nur, wenn dadurch gefährliche Krankheiten übertragen werden. Dies sind in Mittel- und Südamerika für das Vieh eine spezielle Pferdeseuche, für den Menschen aber vor allem die Tollwut.

Nach Bekanntwerden dieser beunruhigenden Einzelheiten aus der Neuen Welt breiteten sich in Europa fantastische Vorstellungen und allerhand Aberglaube aus. Fledermäuse gehörten von nun an zur klassischen Entourage von Hexen und Teufeln, sie traten auf in den gothic novels des Philip Marlowe und den cineastischen Hervorbringungen der Londoner Hammer Productions sowie zahlreicher Nachfolgeproduktionen, die in unseren Lichtspieltheatern die Vorliebe des Publikums für steile Zähne bedienen. Typisch war auch, dass in der Malerei der Spätrenaissance (Hieronymus Bosch) und des Barock, aber auch des ausklingenden Rokoko (Francisco Goya) und der Moderne (z.B. in den Federzeichnungen von Alfred Kubin) der Teufel, der sich einer Jungfrau oder einem Heiligen unziemlich nähert, Fledermausflügel trug oder zumindest von Fledermäusen begleitet wurde. Engel waren dagegen grundsätzlich mit Vogelschwingen ausgestattet.

Wie allerdings die Fledermäuse einen Dachboden brauchen, die Vampire einen Clan, die Radiologen die DRG, brauchen die deutschen "Schaller" die DEGUM (Deutsche Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin); daher der Appell an alle sonographisch Tätigen: unbedingt eintreten!

Verfasser

Prof. Dr. H. Strunk
Dr. B. Frentzel-Beyme
Dr. G. Stuckmann