Weitere Ergebnisse der Ultraschalluntersuchung bei Gehirnerkrankungen

Zusammenfassung

Die Darstellungsmöglichkeit der Ventrikel beruht auf der besseren akustischen Leitfähigkeit des schallhomogenen Liquors im Vergleich zum strukturierten Hirngewebe.

Tumoren im Schädelinneren kommen im Hyperphonogramm entweder durch bessere Leitfähigkeit zum. Ausdruck, also (wahrscheinlich) die mikromechanisch einfacher strukturierten (härteren?) Tumoren; anderseits durch schlechtere Leitfähigkeit die Geschwülste, die sich durch verzweigtere mikromechanische Struktur charakterisieren, klinisch also wohl die weicheren sind.

Nähere Untersuchungen über die Möglichkeit artdiagnostischer Schlüsse bedürfen noch mehr Erfahrungen, als uns bis jetzt zur Verfügung steht.

Tumoren der hinteren Schädelgrube können wegen der akustisch ungünstigeren Gestaltung des Schädels vielleicht manchmal nur durch die konsekutiven Ventrikelveränderungen diagnostiziert werden, d. h. nicht direkt im Bilde erscheinen.

Meine Damen und Herren! Niemand wird daran denken, durch die Hyperphonographie die Kontrastmethoden der Neurochirurgie ablösen zu wollen. Die Hyperphonographie soll ein ergänzendes diagnostisches Mittel sein. Für die Frühdiagnose kleiner Tumoren aber ist die Hyperphonographie heute schon als, ein Verfahren zu bezeichnen, das den Patienten weder Gefahren, noch Unannehmlichkeiten bringt. Praktisch ist nun doch die Lage so, daß man sich heute doch erst bei erheblichen Symptomen und Ausfällen zur Kontrastfüllung entschließen kann, während es keine Schwierigkeiten macht, die risikolose Hyperphonographie vorzunehmen, auch dort, wo wir das Vorliegen eines Tumors für unwahrscheinlich halten, es aber nicht mit voller Verläßlichkeit ausschließen können. Es war bisher noch nicht der Fall, daß sich trotz normalen Hyperphonogrammen nachträglich ein Tumor herausgestellt hätte.

Die Gefahr- und Beschwerdelosigkeit der Hyperphonographie erlaubt es auch, in kurzen zeitlichen Abständen wiederholt zu hyperphonographieren, womit wir hoffen können, Auskünfte über Wachstum, therapeutische Beeinflußbarkeit und Rückbildung von Hirnprozessen zu erhalten.

Die Zahl der bisher durchgeführten rund dreihundert Untersuchungen ist an sich noch klein, was durch die Tatsache bedingt ist, daß mit unserem derzeitigen Gerät jede Aufnahme noch mit großen Schwierigkeiten hinsichtlich der Einstellung des geeigneten Arbeitspunktes verbunden ist. Wir können daher auch noch nichts darüber sagen, inwieferne Beiträge zur Differentialdiagnose gewonnen werden können.

Für die weiteren Aussichten des Verfahrens ist die Frage des Auflösungsvermögens wichtig. Man wird immer ein Kompromiß eingehen müssen bezüglich Frequenz und Dicke des Schallstrahles. Es ist wegen des Öffnungswinkels nicht möglich, ein beliebig dünnes Ultraschallbündel zu erzeugen bei einer Frequenz, bei der die Absorption eines menschlichen Schädels nicht zu groß wird. Mindestens das Anderthalbfache der Wellenlänge muß ein Detail messen, das erfaßbar sein soll. Da die Wellenlänge etwas über 1 mm beträgt, können wir also noch Details zu erfassen hoffen, die etwas über Zündholzkopfgröße messen. Da es aber auch auf die ausreichende Kontrastbildung ankommt, werden so dünne Gestaltbildungen, wie z. B. der Aquaeductus Sylvii bei unserer Frequenz kaum hyperphonographisch erfaßbar sein. Es kommt uns nur etwas zugute, was bekanntlich auch das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges verbessert, vor allem bezüglich der durch die Größe der Netzhautelemente gegebenen Grenze (um zwei punktförmige Objekte getrennt wahrnehmen zu können, muß zwischen den beiden Netzhautelementen, auf die die Bilder der beiden Objekte zu liegen kommen, bekanntlich mindestens ein ungereiztes Netzhautelemènt sein), die Erfaßbarkeit linear ausgedehnter Objekte durch den bildhaften Charakter.

Es erscheint uns daher berechtigt, an die Einführung der Hyperphonographie Hoffnungen auf Verbesserung unserer diagnostischen Möglichkeiten zu setzen, wenn wir uns auch der Grenzen des Verfahrens bewußt sind. Wir glauben auch, theoretische Fortschritte für die Neurologie damit zu fördern. Es erscheint uns für die Hirnpathologie wertvoll, Lage und Größe von Hirnherden schon während des Lebens beurteilen zu können, während wir heute doch erst am anatomischen Präparat diesbezüglich verläßliche Angaben gewinnen. Schließlich ist durch eine weitere Verfeinerung des Verfahrens auch die Abgrenzung anderer Anteile des Gehirns wahrscheinlich erreichbar, so der Stammganglien und des Rindengraus.

Es erscheint mir daher berechtigt, einzuladen, sich mit dieser Methode zu befassen, da die bisher erzielten Ergebnisse und die begründete Aussicht auf die Möglichkeit der Verbesserung der Apparatur dafür sprechen, daß die Methode geeignet sein wird, der Diagnostik und damit unseren Patienten zu helfen.

Summary

The A's. report concerns the recent results of his studies on the brain by means of supersonic techniques, called hyperphonography. This method was discovered by the A. in 1937. It is based on the fact that the factors which bring about decrease in the intensity of a supersonic beam transmitted through a medium are entirely different from those of X-ray beams making X-ray pictures possible. The intensity of transmitted X-rays decreases more in the case of high atomic weight of the elements present in the medium, while their chemical combination and the structure of the medium do not influence it. In case of supersonics the attenuation of the beam depends chiefly on what might be called micromechanics of the material. Supersonic waves are due to elastic forces, contrary to X-rays which are very short electromagnetic waves; therefore we are able to understand the importance of the physical state of the particles, their motion, size, weight, and their mutual relations, i. e. the micromechanic structure. Speaking from a general point of view the importance lies in stresses, in hydration, and in the effect of viscosity on compression waves.

Living cells are now colloidal systems, and most probably life and illness consist in a modification of these colloidal structures. Especially in the case of the brain by means of palpations on the operating-table, the neurosurgeon can explore the modifications of elasticity by touch and can make use of it in his surgical treatment.

Numerous results of fundamental researches of colloidal chemistry show that supersonic waves can interfere with these structural modifications. In this waySchmid has recently obtained a diminution of polymerization leading to changes in viscosity up to 90 points. According toGrabar and his school, these modifications of viscosity are brought about by supersonic waves only in case of “cavitation”.Schmid's researches were made with an intensity of 10 Watt/sqcm; in therapy a maximum of 2 to 4 Watt/sqcm is used. Also in diagnostic application of supersonic waves their intensity must be kept below a safe limit, whereby cavitation is excluded. At the most we are now able to reach registrable results with the tenth part of the therapeutic dosis of ultrasounds. The A.'s fundamental idea was to use a bundle of ultrasounds in the same way as a ray of light or X-rays. In 1937 little was known of the application of ultrasounds on living individuals. For the not yet described diagnostic application, it was necessary for the author to test it on himself. This application is founded on a limited field of ultrasounds which, having penetrated through the object is recorded by means of a piezoelectric receiver (transformed into an electric current and then registered according to the known technical methods of high frequency) and can be photographed.

In the special case of the skull, the object must be put under water. The skull, together with its contents, has sound characteristics similar to those of a liquid but not of a gaseous medium, and so transmission of ultrasound from air to the skull would lead to almost total reflection. Therefore we should have to use an intensity too large if we wished to use air as the surrounding medium. As a frequency, we must choose one which has a wave-length short enough for narrow beam formation, but at the same time not too high, so as not to allow an excessive absorption, because, contrary to the X-rays, the absorption increases with the frequency of the ultrasounds.

Having obtained the fundamental possibility to realize with this method an image of ultrasounds which gave an idea of the structural arrangement in the interior of the object, and after these personal studies which confirmed that these results are obtainable and that they are under the limit of intensity regarding physiologic or even harmful consequences, it was possible to pass from experiments on models and corpses to the practical test on healthy and sick brains.

The first apparatus used for this purpose was constructed in 1946 by the A.'s brother, the physicist Dr.F. Dussik. Unfortunately, because obliged to work with their own means, necessarily limited, and notwithstanding the great sacrifices and renouncements of any profit, it has not yet been possible to construct a new apparatus as projected by the A.'s brother.

For this reason no progress has been achieved since the beginning. However, the A. believes that the diapositives shown at this Symposium will prove in a satisfactory manner that good clinical results can be obtained in this way. As there are different structures in tumors, it is also possible to visualize tumors or also pathologic foci, as e. g. scars, directly on the negative. It is also possible to show tumors in their starting state.

In the practice there also exist vibrations which do not depend upon the quality of the object. Their suppression is exclusively a technic problem; it is right to presume that the technical development may lead to a more exact ascertainment of localization.

The value of the tests will be seen in the practice. The A. believes that a development of the diagnosis can be obtained above all in the first phase of cerebral tumors. Besides it is his opinion that important technical problems can be solved.

Until now 300 studies have been made on patients with favorable results. The clinico-pathologic statistics are still limited, but the A. can show that results obtained by his method in series of tumor cases were verified either by operation or by dissection. It has never been recorded that a cerebral tumor has a normal hyperphonogram, with the exception of those in the posterior cranial fossa, where only a ventricular hydrocephalus could be expected, but no positive image of a tumor.

The hyperphonography does not mean either a danger or an annoyance for the patient, as it only lasts about 10 minutes.

The hyperphonography can be repeated several times, so as to observe the development, and successively the results of therapy in the case of cerebral tumors.

The A. believes it advisable to recommend the development of this method.

Résumé

Chez 300 cas on a fait la hyperphonographie du crâne. A cause de ces experiences il est démontré, qu'il soit possible de distinguer les états normaux et pathologiques. Il y a encore des difficultés techniques, mais l'auteur espère que la méthode aurait complétée dans l'avenir. Les avantages de la hyperphonographie sont: aucun danger et aucune importance pour les patients. La hyperphonographie peut être répétée.

Riassunto

L'A. riporta i recenti risultati dello studio del cervello per mezzo della tecnica degli ultrasuoni denominata iperfonografia. Questa tecnica fu dall'A. scoperta nel 1937. Essa si fonda sul fatto che l'indebolimento, a cui va soggetto l'ultrasuono in un mezzo, è completamente diverso da quello a cui va incontro un raggio Roentgen e che rappresenta il fondamento delle immagini nelle radiografie. Questo ultimo si fonda sul fatto che il raggio Roentgen si indebolisce più o meno quanto più è alto il peso molecolare degli elementi, mentre l'ordinamento strutturale della molecola non ha nessuna importanza. Nel caso dell'ultrasuono l'indebolimento dipende in primo luogo dalla struttura micromeccanica del materiale: si tratta in questo caso (a differenza delle ondulazioni elettromagnetiche dei raggi Roentgen) di ondulazioni elettromeccaniche, quindi si comprende come le moditicazioni delle particelle, i movimenti delle particelle stesse, la grandezza, il peso e i rapporti delle particelle fra loro, cioè la struttura micromeccanica, abbiano una importanza decisiva. Parlando dal punto di vista generale, hanno importanza la tensione superficiale, le caratteristiche della superficie di confine, la idratazione, la viscosità di sfregamento come quella ammessa sotto il nome di viscosità di compressione.

Le cellule viventi sono ora dei sisterni colloidali, e molto probabilmente vita e malattia consistono in una modificazione di queste strutture colloidali. Specialmente nel caso del cervello per mezzo della palpazione a cielo scoperto, l'operatore può con il tasto riconoscere le modificazioni della elasticità e servirsene come indirizzo nel suo trattamento chirurgico. Numerosi risultati di ricerche fondamentali della chimica colloidale mostrano che gli ultrasuoni possono intervenire in queste modificazioni strutturali. Così ha recentementeSchmid ottenuto una diminuzione della polimerizzazione delle viscosità fino a 90 gradi. SecondoGrabar e la sua scuola, queste modificazioni della viscosità sono connesse per mezzo degli ultrasuoni che vengono indicati come „cavicazioni“. Le ricerche diSchmid sono state fatte con una intensità di 10 Watt/ccm.; in terapia si adopera al massimo 2 a 4 Watt/ccm. E' perciò decisiva la intensità degli ultrasuoni per ottenere la risonanza del cervello per applicazioni diagnostiche senza pericolo. Possiamo già raggiungere risultati registrabili con al massimo la decima parte della dose terapeutica degli ultrasuoni. L'alta frequenza degli ultrasuoni si può collegare alla lunghezza d'onda molto piccola. In questo modo si può raggiungere all'incirca un raggio sottile di ultrasuoni. La idea fondamentale dell'A. era di disegnare con un raggio di ultrasuoni come con un raggio di luce o con i raggi X. Nel 1937 si sapeva ancora poco della applicazione degli ultrasuoni sull'uomo vivente. Per l'applicazione diagnostica non ancora descritta, si è dovuto fare una esperienza personale per poter farne poi l'applicazione. Questa è basata su un campo limitato di ultrasuoni. Questi ultrasuoni dopo aver attraversato l'oggetto per mezzo di un ricevitore piezoelettrico, vengono trasformati in una tensione elettrica e possono essere registrati secondo i soliti metodi della tecnica dell'alta frequenza e possono essere fotografati.

Nel caso speciale riguardante il cranio, l'oggetto deve essere collocato sotto acqua. Il cranio col suo contenuto può essere paragonato ad un liquide di grande potere assorbente.

Il passaggio degli ultrasuoni da un medium gassoso ad un liquido conduce ad un assorbimento quasi totale. Perciò si dovrebbe applicare una intensità troppo grande se si volesse ottenere la registrazione per mezzo dell'aria. Come frequenza, si deve scegliere una, che da un lato abbia una lunghezza d'onde abbastanza corta per poter avere un ultrasuono piuttosto tenue, ma dall'altro lato che non sia troppo alta, onde non consentire un assorbimento eccessivo, poichè contrariamente ai raggi X, negli ultrasuoni l'assorbimento cresce con la frequenza.

Siccome risultava la possibilità fondamentale di realizzare con questo metodo immagini di ultrasuoni che dessero una idea della composizione di struttura nell'interno dell'oggetto, dopo queste ricerche personali che hanno confer mato che questi risultati possono essere raggiunti, che sono sotto il limite di intensità per effetti fisiologici o persino dannosi, si poteva passare dagli esperimenti su modelli e su cadaveri, alla prova pratica sul cervello sano e ammalato.

Il primo apparecchio usato per questo scopo fu costruito nel 1946 dal fratello dell'A., il fisico Dr.F. Dussik. Purtroppo, essendo costretti a lavorare con mezzi propri e necessariamente ristretti, dovevano lavorare con metodi primitivi, e malgrado i grandi sacrifici di rinuncie a qualsiasi profitto, non è stato finora possibile costruire un apparecchio nuovo progettato dal fratello.

Per questa ragione, i risultati sono rimasti allo stato iniziali. L'A. crede tuttavia che le diapositive mostrati confermino soddisfacentemente che in questo modo si possono raggiungere buoni risultati clinici. Siccome nel campo di un tumore ci sono diverse strutture, è anche possibile rendere visibile direttamente sulla negativa tumori od anche focolai patologici, come per esempio cicatrici. E' possibile rappresentare tumori anche allo stato iniziale.

In pratica esistono ancora vibrazioni dell'intensità dell'onde ultrasoniche che non dipendono dalla qualità dell'oggetto; la loro soppressione è unicamente un problema tecnico; è giusto presumere che il miglioramento tecnico può condurre al punto che si possa ottenere una localizzazione più esatta.

Il valore delle prove si vedrà nella pratica. L'A. crede anzitutto, che si possa raggiungere uno sviluppo soprattutto della diagnosi dei tumori cerebrali iniziali. Crede inoltre che si possa risolvere problemi importanti di natura tecnica.

Finora sono state fatte 300 ricerche su pazienti, con risultati favorevoli. La statistica clinico-patologica è ancora limitata, ma loro dispongono già di una serie di tumori verificati operativamente o al tavolo anatomo-patologico; non hanno mai potuto constatare che un tumore cerebrale avesse un iperfonogramma normale eccettuato quelli nella fossa cranica posteriore, dove ci si potrebbe aspettare unicamente un idrocefalo ventricolare, ma nessuna immagine effettiva del tumore.

La iperfonografia non significa nè un pericolo, nè una cosa fastidiosa per 1'ammalato, dato che dura solamente 10 min. circa.

Si può senz'altro ripetere diverse volte la iperfonografia, cosi da poter osservare lo sviluppo e successivamente i risultati della terapia nel caso dei tumori del cervello.

L'A. crede sia raccomandabile ed opportuno sviluppare questo metodo.

Resumen

La hiperfonografía nos permite en principio, sin acudir a medios de contraste, representar gráficamente e in vivo caracteres normales y patologicos del cerebro y en primer lugar el tamano, forma grosera y posición de los ventriculos. Los ventriculos laterales se representan bien, el tercero solamente parcialmente y el cuarto solamente en posiciones determinadas. La posibilidad de representar los ventrículos se basa en la mejor capacidad de conducción acústica del l. c. r., por su estructura homogénea en relacion al tejido cerebral. Los tumores intracraneales se manifiestan en el hiperfonograma bien por su mejor capacidad de conducción, o sea (o probablemente) los tumores de una estructura micromecánica más simple (más duros?) o bien por una peor capacidad de conduction, lo que corresponde a una estructura micromecánica no tan homogénea y clínicamente a los tumores mas blandos. Se requiere una mayor experiencia de la que disponemos sobre la posibilidad de extraer conclusiones acerca del diagnóstico del tipo de tumor. Los tumores de la fosa posterior no se podrán representar directamente por las desventajas acústicas del cráneo a este nivel y si acaso por las alteraciones secundarias que producen en los ventriculos. Nadie puede pensar en sustituir los medios de contraste en neurocirurgía por la hiperfonografía, siendo solamente un medio auxiliar complementario. Pero sí hay que señalar la hiperfonografía para el diagnóstico precoz de los tumores pequeños, método que no ocasiona al enfermo ni peligros ni molestias. Prácticamente estamos en un punto que solamente se decide uno a hacer una replección de contraste más que cuando existen sintomas marcados. En cambio no ofrece ninguna dificultad practicar una hiperfonografía, carente de todo riesgo, aun en los casos en que consideremos improbable la existencia de un tumor pero sin tener la seguridad absoluta de exeluirlo. Aun no se ha dado el caso que con un hiperfonograma se haya demostrado posteriormente la existencia de un tumor. La falta de peligros y molestias de la hiperfonografía nos permite acudir a este método en cortos intérvalos de tiempo con lo que esperamos obtener datos sobre el crecimiento, influencia de la terapéutica y regresión de los procesos cerebrales. La cantidad de casos examinados hasta ahora es aún reducida, alrededor de 300, y es debida a que cada estudio gráfico con nuestro aparato nos ofrece aun grandes dificultades emanadas de la fijacion adecuada de un punto. No podemos decir aun nada sobre las conclusiones que se pueden obtener para el diagnostico diferencial. La capacidad de separación es de importancia para las posibilidades ulteriores de este proceder. Estaremos sujetos a los factores de frecuencia y grosor del haz sónico. No es posible por el ángulo de abertura producir un haz ultrasónico tan fino como uno quiere y con una frecuencia en la que no sea demasiado grande la capacidad de absorcion del cráneo. Las estructuras para poder ser registradas tendrán por lo menos un tamaño del uno y medio de la longitud de onda. Como la longitud de onda sobrepasa en algo un milímetro podremos esporar registrar detalles cuyo tamaño sea algo mayor que una cabeza de cerilla. Como tiene importancia un registro de contraste marcado creemos que no será posible con la frecuencia que se emplea señalar estructuras tan finas como p. ej. el acueducto de Sylvio. Hay un factor que nos puede facilitar la capacidad de captación de objetos extensos lineales y que radica en la condición de imagen de los mismos. Es algo parecido a lo que ocurre en el ojo humano y que contribute a mejorar la capacidad de separación del mismo, condicionada por el tamano de los elementos retinianos y que marcan su limite (para poder percibir aislados dos objetos puntiformes tiene que haber una célula retiniana no excitada entre las dos sobre las que se proyectan las imágenes de ambos objetos).

Nos parece justificado al introducir la hiperfonografía concebir esperanzas de una mejora de nuestras posibilidades diagnósticas, aun cuando conozcamos los limites de este proceder. Creemos también poder estimular los progresos teóricos en neurología. Creemos también de importancia poder valorar en vida del enfermo acerca del tamano y situation de los focos cerebrales, mientras que hasta ahora podiamos obtener solamente datos de valor en el examen anatómico. Podríamos también mejorando este proceder alcanzar otras estructuras del cerebro, tal como los ganglios basales y la corteza. Creemos indicado invitar a otros a ocuparse con este método ya que los resultados obtenidos y la posibilidad fundada de mejorar los aparatos, nos hacen pensar que este proceder es adecuad para ayudar al diagnóstico y con ello a nuestros enfermos.