Der Patient, ein Mann Anfang zwanzig, humpelte an einem Mittwochmorgen in die Notaufnahme, ängstlich und keuchend, sein Hemd war blutverschmiert. Minneapolis erlebte in den 1980er Jahren eine Zunahme von Gewaltverbrechen, die ihm später den Spitznamen Murderapolis einbrachte; Im Hennepin County Medical Center, dem Sicherheitsnetzkrankenhaus der Stadt, waren Messerstiche und Schusswunden alltäglich geworden. Die Ärzte dort hatten Dutzende von Patienten mit Wunden an der Brust behandelt, und die Ergebnisse waren düster: Etwa die Hälfte war gestorben, und viele Überlebende erlitten Hirnschäden.
Die Brust enthält das Herz, die Lunge und die größten Blutgefäße des Körpers. Die Herausforderung für einen Arzt besteht darin, herauszufinden, welche Organe gegebenenfalls verletzt wurden, da jedes Organ anders behandelt werden muss. Jahrzehntelang wurde in medizinischen Texten die Verwendung eines Stethoskops für diese Aufgabe empfohlen: Theoretisch könnten Ärzte das Atemmuster eines Patienten verwenden, um eine kollabierte Lunge zu erkennen, oder die gedämpften Geräusche eines sich mit Blut füllenden Herzens hören. Aber in Wirklichkeit schnitt das Stethoskop in der Notaufnahme schlecht ab. Es war gefährlich, nur zu behandeln und das Beste zu hoffen: Wenn ein Arzt ohne klare Diagnose handelte, konnte er einen Patienten verletzen oder sogar töten, der sich möglicherweise nur als oberflächliche Verletzung herausstellte.
Wenn der blutverschmierte Mann in Hennepin einen Tag früher eingetroffen wäre, wäre er möglicherweise gestorben, während seine Ärzte ihn weiter überwachten. Aber er war in ein Experiment geraten. Eine kleine Gruppe von Hennepin-Ärzten hatte beschlossen, ein Ultraschallgerät in der Traumastation der Notaufnahme zu platzieren, um zu sehen, ob sie eine Blutung im Herzen schnell diagnostizieren könnten. Mit Ultraschall können Kliniker in ähnlicher Weise in den Körper sehen, wie die Echoortung es Fledermäusen ermöglicht, nachts zu navigieren: Eine Sonde gibt Schallwellen mit einer Frequenz ab, die weit über dem menschlichen Hörvermögen liegt, und diese Wellen prallen von Knochen ab, passieren aber Flüssigkeit, wodurch die Sonde, was ist auch ein Empfänger, um das Innere des Körpers zu spüren. Auf einem Ultraschallbildschirm erscheinen Knochen strahlend weiß, fließendes Blut sieht schwarz aus und die meisten anderen Körpergewebe sind in verschiedenen Grautönen sichtbar.
Als Ärzte und Krankenschwestern zu dem verletzten Mann hinabstiegen, rollte jemand das Halbtonnen-Ultraschallgerät näher und platzierte seine Sonde auf seiner Brust. Schallwellen breiteten sich unmerklich durch seinen Körper aus und einen Augenblick später füllte sein Herz den Bildschirm. Es war von hellem Grau umgeben: Blut begann es zu ersticken. Der Mann wurde in den Operationssaal gebracht, wo Chirurgen schnell das eindringende Blut abließen und die Wunden an seinem Herzen reparierten. Er erholte sich ohne nennenswerte Behinderung.
Ultraschall ist eine alte Technologie, deren Wurzeln in den Sonarscannern des Zweiten Weltkriegs liegen. Jahrzehntelang wurde es hauptsächlich zur Untersuchung von Föten im Mutterleib und zur Untersuchung erkrankter Herzen eingesetzt. Aber in den letzten Jahrzehnten haben schnelle Fortschritte in der Computertechnologie, kombiniert mit der Trial-and-Error-Arbeit von Klinikern, Ultraschall in ein leistungsfähiges Diagnoseinstrument für alles, von geschädigten Organen bis hin zu Tuberkulose, verwandelt. Wenn die Evangelisten des Ultraschalls Recht behalten, könnte es bald das Stethoskop als grundlegendes Arztwerkzeug ersetzen. Sein Aufstieg verrät inzwischen etwas darüber, wie Technologie funktioniert. In manchen Fällen kommen Erfindungen vollständig fertig an. Aber andere offenbaren ihr wahres Potenzial langsam und kommen im Laufe der Zeit wirklich zur Geltung.
Sonar verwendet Pings, die Menschen hören können. Ultraschallfrequenzen, die höher und unhörbar sind, wurden zuerst in Metallfehlerdetektoren eingesetzt – Maschinen, mit denen Schiffsbauer Defekte in ihren Rümpfen erkennen konnten. Zunächst war nicht klar, wie man die Technologie für die Medizin adaptiert. Ein Pionier versuchte, das Gehirn mit Ultraschall zu untersuchen; Leider ist dies eines der Organe, das für die Ultraschallbildgebung am wenigsten geeignet ist, da es von einem Schädel aus reflektierendem Knochen umgeben ist. Die ersten Ultraschallgeräte waren riesig, zum Teil, weil die Patienten in Wasser getaucht werden mussten, da die Luft die Streuung von Ultraschallwellen verursacht. (Heute verwenden Kliniker Gel, um eine luftfreie Schnittstelle zwischen Sonde und Patient zu schaffen.)
Die meisten Wegbereiter des Ultraschalls waren experimentierfreudige Ingenieur-Mediziner. Als junger medizinischer Offizier der Royal Air Force während des Zweiten Weltkriegs erlebte Ian Donald, ein britischer Geburtshelfer, aus erster Hand die Leistungsfähigkeit von Sonar und Radar. Später fragte er sich, ob Ultraschall effektiver als eine körperliche Untersuchung sei, um gutartige Zysten von krebsartigen Massen zu unterscheiden. Er überredete einen Kesselbauer in Glasgow, ihn seinen Metallfehlerdetektor auf zwei Koffer voll kürzlich entfernter Tumore, Zysten und Myome richten zu lassen. 1956 verwendeten Donald und ein anderer junger Arzt, John MacVicar, ein primitives Ultraschallgerät ihres eigenen Designs bei einem Patienten, bei dem inoperabler Krebs diagnostiziert worden war. Die Diagnose basierte auf Röntgenaufnahmen und körperlichen Untersuchungen. Im Gegensatz dazu deutete der Ultraschall darauf hin, dass es sich bei der Masse um eine große Ovarialzyste handelte – ein gutartiges Wachstum, das durch eine Operation leicht entfernt werden konnte. Die Ärzte entfernten die Zyste und die Symptome des Patienten verschwanden.
„Von diesem Punkt an gab es kein Zurück mehr“, soll Donald gesagt haben. Doch seine Kollegen waren nicht überzeugt. Frühe Ultraschallgeräte waren schwer zu bedienen und erzeugten trübe Bilder. Donalds Team unternahm den positiven Schritt, das Wasserbad durch eine Sonde zu ersetzen, verwendete jedoch Olivenöl, um die Lücke zwischen Sonde und Körper zu überbrücken – eine unangenehme Angelegenheit für Patient und Arzt. Vielen Ärzten erschien Ultraschall wie eine Krücke für diejenigen, die die Kunst der körperlichen Untersuchung nicht gemeistert hatten. Ein Arzt sagte MacVicar, dass Ultraschall nur „für einen blinden Gynäkologen, der beide Hände nicht mehr gebrauchen kann“, von Wert sei.
Das Stethoskop, das totemistischste Objekt der Medizin, hatte mit ähnlichen Hindernissen zu kämpfen. 1816 behandelte ein Arzt namens René Laennec eine junge Frau mit Herzleiden; besorgt über die Unangemessenheit, sein Ohr direkt an ihre Brust zu legen, rollte er ein Stück Papier zu einer Röhre zusammen, wobei er sein Ohr an einem Ende und seine Patientin am anderen platzierte. Zu seiner Überraschung stellte er fest, dass er Herz- und Lungengeräusche deutlicher hören konnte als mit seinem Ohr allein. Laennec verbrachte Jahre damit, sein Stethoskop zu verfeinern und zu verbessern – der Name leitet sich von den griechischen Wörtern für „schauen“ und „Brustkorb“ ab – bevor er ein Buch veröffentlichte, in dem er seine Ergebnisse beschreibt. Aber die Adoption war langsam. Kritiker argumentierten, dass das Tool zu schwierig zu bedienen und die erforderliche Schulung zu spezialisiert sei. Sogar der schottische Arzt John Forbes, der Laennecs Abhandlung ins Englische übersetzte, schrieb, er bezweifle, dass das Stethoskop „jemals allgemein verwendet werden würde“. Es bedurfte zahlreicher Überarbeitungen des Gerätedesigns – frühe Modelle ähnelten immer noch zusammengerollten Röhren – und der Demonstration reproduzierbarer und aussagekräftiger Ergebnisse, damit Laennec und seine Gefolgsleute diese Einwände überwinden konnten.
Der Soziologe Everett Rogers identifiziert in seinem Buch „The Diffusion of Innovations“ von 1962 fünf Merkmale, die den Erfolg oder Misserfolg neuer Technologien erklären. Der offensichtlichste ist der relative Vorteil: Eine neue Erfindung muss eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Vorangegangenen bieten. Es muss aber auch in gängige Praxismuster passen, einfach zu bedienen und einfach auszuprobieren sein. In dieser Hinsicht scheiterte der frühe Ultraschall kläglich. Auch in den sechziger Jahren blieben Ultraschallgeräte groß und schwer zu transportieren und erforderten speziell geschultes Personal. Sie produzierten körnige Standbilder, die ursprünglich auf Polaroidfilm aufgenommen wurden. Geburtshelfer waren offen für Ultraschall, weil sie vermeiden wollten, Föten der durch Röntgenstrahlen erzeugten Strahlung auszusetzen. Andere Ärzte nahmen eine abwartende Haltung ein.
Die erste Welle wesentlicher Verbesserungen kam durch die Digitalisierung. Als Siliziumchips Vakuumröhren ersetzten, profitierte Ultraschall vom Mooreschen Gesetz; Die Bildqualität verbesserte sich dramatisch, selbst als die Größe der Maschinen schrumpfte. Die Hersteller vereinfachten ihre Benutzeroberflächen und machten die Maschinen für Laien zugänglich. In den neunziger Jahren DARPA, die Defense Advanced Research Projects Agency, vergab einen Zuschuss für die Entwicklung einer Ultraschalleinheit, die tragbar und langlebig genug ist, um auf das Schlachtfeld getragen zu werden. 1999 veröffentlichte ein Unternehmen namens Sonosite eine kommerzielle Version – das erste tragbare Ultraschallgerät. Der Wettlauf um die Miniaturisierung ging weiter: Heute gibt es Ultraschallgeräte, die ans Smartphone angeschlossen werden können.
Wenn sich eine Technologie verbreitet, folgt Experimentieren und neue Ideen werden verfeinert und reguliert. In den frühen neunziger Jahren untersuchte Grace Rozycki, damals Chirurgin am Grady Memorial, einem Krankenhaus in Atlanta, wie Ultraschall bei der Untersuchung von Traumapatienten eingesetzt werden könnte. „Chirurgen erkannten die Schnelligkeit als die wertvollste Eigenschaft des Ultraschalls“, sagte Rozycki mir. Sie und ihre Kollegen leisteten Pionierarbeit bei der Verwendung des SCHNELL Prüfung – für die fokussierte Beurteilung für Sonographie mit Trauma –, damit sie Behandlungsentscheidungen früher treffen können.
Ich habe gelernt, die durchzuführen SCHNELL Prüfung zum Rettungssanitäter. Ich werde meinen ersten Patienten mit einem positiven Scan nie vergessen – eine Person in den Fünfzigern, die von einem Auto angefahren wurde, nachdem sie sich bei einem wahrscheinlichen Selbstmordversuch auf die Straße gelegt hatte. Die Trage kam durch die Doppeltüren des Krankenwageneingangs geschlichen; Als es die Schwelle passierte, eilte eine Krankenschwester, um dem Patienten eine Infusion in den Arm zu legen, während eine andere sie an einen Monitor anschloss, der ihre Vitalwerte anzeigte. In einem besorgniserregenden Zeichen wurde der Patient zunehmend verwirrt.
Ich rollte das Ultraschallgerät zum Bett, spritzte etwas Gel über die Sonde und platzierte sie auf der rechten Seite des Unterleibs des Patienten. Die meisten Sonden strahlen Ultraschallwellen in einem Bogen nach außen, wodurch die Bilder eine phantasmagorische Qualität haben, als ob eine Taschenlampe in trübes Wasser scheint. Als die Niere des Patienten in Sicht kam, war sie von einer schwarzen Pfütze umgeben – einer Bauchblutung. Wir wussten sofort, dass eine Operation und eine Bluttransfusion einen lebensverändernden Unterschied machen können.