Die Geheimnisse der Mumien

Neue bildgebende Verfahren lassen tief in das Innere der konservierten Körper blicken
von Thomas Henzler, Heather Gill-Frerking, Wilfried Rosendahl und Christian Fink

Sie wurden vor Jahrtausenden für die Ewigkeit konserviert und regen seither die Phantasie der Menschen an: Mumien sind faszinierende Überbleibsel und können viel vom Leben und Sterben in früheren Zeiten berichten. Mit der Computertomografie, einem modernen bildgebenden Verfahren, und neuen Methoden zur Bildnachbearbeitung gelingt es, tief in das Körperinnere der Mumien zu blicken und ihnen so manches, bislang bestgehütete Geheimnis zu entlocken.

Was befindet sich unter den Bandagen einer Mumie? In welchem Zustand ist ihr Körper? Sind die inneren Organe erhalten? Wie alt war der mumifizierte Mensch, als er starb? Wie kam er zu Tode? An welchen Krankheiten litt er während seines Lebens?

Mumien faszinieren die Menschen seit jeher – und ebenso vielfältig und schier endlos scheinen die Fragen, die man an Mumien stellen kann. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts blieben diese zumeist unbeantwortet. Es sei denn, man wagte es, die Unversehrtheit der vor Tausenden von Jahren konservierten Körper zu verletzen, ihnen Proben zu entnehmen und sie dabei womöglich zu zerstören. Dies änderte sich erst mit der Nutzung von Röntgenstrahlen. Sie erlaubten es erstmals, in Körper hineinzublicken, ohne sie zuvor aufzuschneiden.

Die Faszination, die Mumien auf Menschen und insbesondere auf Wissenschaftler ausüben, war wohl auch der Grund dafür, dass Röntgenstrahlen bereits ein Jahr nach ihrer Entdeckung (1895) durch Wilhelm Conrad Röntgen verwendet wurden, um eine aus Ägypten stammende Mumie zu untersuchen: Im Jahr 1896 veröffentlichte der Physiker Carl Georg Walter König seine Arbeit unter dem Titel „14 Photographien von Röntgen-Strahlen aufgenommen im Physikalischen Verein zu Frankfurt a. M.“. König hatte mit den Röntgenstrahlen eine ägyptische Kindermumie durchleuchtet.

Die bildgebenden Verfahren haben sich seither erheblich weiterentwickelt. Ein Meilenstein war die Einführung der Computertomografie, kurz „CT“, in den 1970er-Jahren. Sie erlaubt es, mithilfe von Röntgenstrahlen und unterstützt von Computern überlagerungsfreie Schnittbilder zu erzeugen, das Körperinnere also gleichsam in aufeinanderfolgende Scheiben zu zerlegen. Auch diese Methode wurde rasch genutzt, um in Mumien hineinzuschauen. Die CT-Technik hat sich in den letzten Jahrzehnten stetig verbessert. Heute ist es innerhalb weniger Sekunden möglich, den gesamten Körper einer Mumie mit all seinen Knochen und inneren Organen dreidimensional und detailgetreu in Schichten von weniger als einem Millimeter Dicke darzustellen. Das erlaubt tiefgehende Einblicke und lässt nicht nur beantworten, ob der mumifizierte Mensch weiblichen oder männlichen Geschlechts war, welche Krankheiten und Verletzungen er erlitten hat und woran er gestorben ist. Es lassen sich auf Grundlage der CT-Daten des Schädels einer Mumie mit speziellen Programmen auch digitale Gesichtsrekonstruktionen anfertigen, die es möglich machen, sich an das Lebensbild eines längst verstorbenen Menschen anzunähern.

Eine Hürde auf dem Weg zu einer derartigen Detailtreue war lange Zeit, die unterschiedlichen Gewebearten in Mumien zu differenzieren und körpereigenes Gewebe von fremdem Material zu unterscheiden, das zur Mumifizierung in Körperhöhlen eingebracht worden war. Ein Beispiel: Über die Zeit hinweg verändern sich die Knochen, sie demineralisieren. Durchleuchtet man demineralisierte Knochen mit der herkömmlichen Röntgentechnik, erscheinen sie, als wären sie aus Glas. Von Fremdmaterialien, etwa auf die Körperoberfläche aufgetragenen Harzen, lassen sich die Knochen dann nicht mehr sicher unterscheiden.

Eine neue Technik erlaubt es mittlerweile, viele der bisherigen Einschränkungen zu überwinden: Sie nennt sich „Dual-Energy“-CT und wurde im Jahr 2006 eingeführt. Die Eignung dieser Technik für die Erforschung von Mumien wurde im Rahmen einer Kooperation mit Wissenschaftlern des „German Mummy Project“ des Curt-Engelhorn-Zentrums für Kunst- und Kulturgeschichte der Reiss-Engelhorn-Museen in Mannheim und dem Institut für Klinische Radiologie und Nuklearmedizin der Universitätsmedizin Mannheim sowie der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg erprobt. Bislang wurden 20 Mumien und Schädel aus verschiedenen Regionen der Welt und aus unterschiedlichen Epochen untersucht. Ziel dabei war, den Nutzen der in der Medizin bereits häufig verwendeten Dual-Energy-CT für die Mumienforschung zu untersuchen und dabei vor allem die Frage zu klären, ob es mit der neuen Technik tatsächlich noch besser gelingen kann, die Gewebe von Mumien eindeutig zu charakterisieren und Mumienbestandteile wie Bandagen oder Leichenbeigaben sicher von körpereigenen Strukturen zu unterscheiden.

Die Kunst des Unterscheidens
Was bedeutet „Dual Energy“, und weshalb verspricht die neue Methode die Erforschung von Mumien und die anthropologische Forschung generell voranzubringen?

Üblicherweise erfolgt eine „Single-Energy“-CT, das heißt, ein zu untersuchendes Objekt – in der Medizin ist es ein Patient, in der Mumienforschung eine Mumie – wird von einer einzigen Röntgenröhre (mit einer bestimmten Röhrenspannung und einem bestimmten Energiespektrum) umkreist. Der Röntgenröhre gegenüber befinden sich Detektoren, die gleichsam mitsamt der Röhre das Objekt umkreisen. Die Röntgenstrahlen, die in vielen Projektionen durch das zu untersuchende Objekt geschickt werden, schwächen sich auf ihrem Weg durch das Objekt ab (Absorption). Aus der Information der Abschwächung können leistungsstarke Computer Schnittbilder erstellen, die verschiedene Strukturen in verschiedenen Grauwerten zeigen. Der Grauwert eines einzelnen Bildpunktes hängt davon ab, wie die Röntgenstrahlen auf ihrem Weg durch das Objekt und die darin befindlichen Gewebe und Strukturen abgeschwächt worden sind: Die harten Knochen schwächen Röntgenstrahlen viel stärker ab als weiches Gewebe. Die unterschiedlichen Grauwerte, die dabei entstehen, lassen sich in einer Skala, der sogenannten Hounsfield-Skala, erfassen: Luft etwa hat einen Absorptionswert von minus 1000, Wasser hat einen Wert von null, Knochen haben auf der Hounsfield-Skala einen Absorptionswert von über 1000. Auf diese Weise können über die Grauwerte im Bild verschiedene Gewebe und Strukturen charakterisiert werden.

Im Unterschied zu den CT-Systemen der ersten Generation wird das zu studierende Objekt heute auf dem Untersuchungstisch kontinuierlich bewegt, und zwar derart, dass ein lückenloser spiralförmiger Volumendatensatz entstehen kann. Der Vorteil dieser „Spiral“-CT ist, dass sie Datensätze erzeugt, aus denen mathematische Nachbearbeitungs-Verfahren dreidimensionale Bilder berechnen können. Dieser Vorteil gilt noch mehr für die sogenannte Mehrzeilen-Spiral-CT. Sie erlaubt es, Schwächungswerte gleichzeitig mit mehreren Detektoren aufzunehmen; die neuesten Geräte sind mit bis zu 320 Detektorzeilen ausgestattet. Auf diese Weise lassen sich die räumliche Auflösung erhöhen und die Aufnahmezeit reduzieren. In welchem Ausmaß, verdeutlicht folgender Vergleich: Die ersten CT-Aufnahmen des menschlichen Körpers hatten Bildelemente mit einer Auflösung von mehreren Millimetern und dauerten Minuten; heute kann der gesamte Körper mit einer Auflösung von unter einem Millimeter in wenigen Sekunden erfasst werden.

Allerdings kann die Anzahl der Detektorzeilen nicht beliebig erhöht werden, und es ergeben sich Nachteile bei größeren Detektorbreiten, beispielsweise eine höhere Strahlendosis. Um die Aufnahmezeit dennoch zu verringern, wurde in einem alternativen Konzept – der sogenannten Dual-Source-CT – eine zusätzliche, zweite Röntgenröhre mitsamt dem zugehörigen Detektorsystem in ein CT-Gerät integriert. Während herkömmliche, mit nur einer Röntgenröhre ausgestattete CT-Geräte um mindestens 180 Grad um ein Objekt rotieren müssen, um ein komplettes Schnittbild zu erzeugen, ist bei der Dual-Source-Computertomografie lediglich eine Rotation von 90 Grad notwendig. Dadurch halbiert sich die Aufnahmezeit. Von Vorteil ist zudem, dass die beiden Röntgenröhren mit unterschiedlichen Röhrenspannungen und damit unterschiedlichen Energiespektren als „Dual-Energy-CT“ betrieben werden können.

In der Klinik wird die Dual-Energy-CT bereits routinemäßig verwendet, um Jod in kontrastmittelverstärkten Untersuchungen zu identifizieren. Das erlaubt es, indirekt darauf zu schließen, wie Organe, etwa die Lunge oder das Herz, durchblutet sind, oder es lassen sich aufgrund der höheren Bildkontraste krankhafte Veränderungen besser erkennen. Ähnlich wie Jod kann mit der Dual-Energy-CT auch Kalzium dargestellt werden. Kalzium ist vorwiegend in Knochen enthalten; es kommt aber auch in verkalkten Gefäßen vor und trägt zum Entstehen der Arterienverkalkung, der „Arteriosklerose“, bei.

Für die Mumienforschung und die medizinisch-anthropologische Untersuchung von Mumien ergeben sich hieraus interessante Anwendungen. Es ist zum Beispiel möglich, auch in Mumien kalkhaltige Gefäßablagerungen aufzuspüren – ohne dass den kostbaren Geschöpfen dazu Proben entnommen werden müssten. Kürzlich wurde im Rahmen unserer Kooperation eine südamerikanische Frauenmumie aus dem Musée Jurassien d’Art et d’Histoire in Delémont, Schweiz, mit der Dual-Energy-Technik untersucht; die Datensätze wurden mit einem speziellen Rekonstruktionsalgorithmus nachberechnet. Damit konnten in einer Arterie des Oberschenkels tatsächlich die für eine Arteriosklerose typischen Verkalkungen identifiziert werden. Amerikanische Forscher entdeckten bei drei von zwanzig aus Ägypten stammenden Mumien ebenfalls Kalkablagerungen in den Gefäßen. Solche Ergebnisse machen deutlich, dass die Arteriosklerose nicht allein eine Krankheit des modernen Menschen ist, sondern ein Leiden, das die Menschen bereits vor Jahrtausenden heimgesucht hat. Heute weiß man, dass Rauchen, fettreiche Ernährung und weitere ungünstige Lebensstil-Faktoren wie etwa Bewegungsmangel Gefäßverkalkungen begünstigen. Welche Lebensgewohnheiten in der Vergangenheit zur Arteriosklerose geführt haben, wird derzeit untersucht.

Mit der Dual-Energy-CT können die Kontraste zwischen verschiedenen Geweben und Materialien verbessert werden. So konnte während unseres Forschungsprojektes gezeigt werden, dass sich Salben und Binden, die während des Mumifizierens auf den Kopf und das Gesicht des Verstorbenen aufgebracht worden sind, im Unterschied zur herkömmlichen Single-Energy-CT mit der Dual-Energy-CT ausreichend von körpereigenem Gewebe unterscheiden lassen. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, will man CT-Datensätze dazu verwenden, das Aussehen eines Verstorbenen zum Zeitpunkt seines Todes zu rekonstruieren.

Ein Beispiel dafür sind die seitliche und die horizontale Rekonstruktion des Schädels einer ägyptischen Mumie, die uns das Naturhistorische Museum Basel zur Verfügung gestellt hat. Die Rekonstruktionen wurden aufgrund eines für die Berechnung verwendeten speziellen Dual-Energy-Algorithmus möglich, der es erlaubt, knöcherne Strukturen im Bild gezielt hervorzuheben, während andere Gewebe und insbesondere Fremdmaterialien nicht dargestellt werden.

Auch für andere Gewebearten hat sich die Dual-Energy-CT als vorteilhaft erwiesen. So konnte bei einer Frauenmumie von der Südküste Perus das zusammengeschrumpfte Gehirn in der hinteren Schädelgrube von Fremdmaterial mit ähnlicher Dichte wie der des Hirngewebes unterschieden werden. Mit der herkömmlichen Single-Energy-Technik wäre das nicht möglich gewesen.

In der Medizin wird die Dual-Energy-Technik auch benutzt, um die Sehnen und Bänder von Patienten sichtbar zu machen. Wir haben die Technik während unseres Mumien-Forschungsprojekts angewendet, um das Kniegelenk einer ägyptischen Frauenmumie zu untersuchen. Auch hier ist es uns gelungen, die Bänder, welche die Kniescheibe führen, und die Sehnen der Mumie entsprechend ihrer Beschaffenheit bei lebenden Patienten farblich zu visualisieren.

Die vorgestellten Beispiele zeigen, dass die Dual-Energy-Computertomografie das Spektrum der Untersuchungsmethoden in der anthropologischen Forschung deutlich erweitern kann. Im Unterschied zur herkömmlichen Single-Energy-Technik erlaubt sie es, Gewebe und Materialien besser voneinander zu unterscheiden und Bildartefakte zu reduzieren. Insgesamt ergibt sich daraus eine bessere Darstellung des Körperinnern von Mumien – ein spannender Einblick, der gleichzeitig ein spannender Blick in die Vergangenheit ist.

Prof. Dr. Christian Fink ist seit 2007 als Geschäftsführender Oberarzt und Leiter des Geschäftsfeldes für kardiothorakale Bildgebung am Institut für Klinische Radiologie und Nuklearmedizin der Universitätsmedizin Mannheim tätig. Seine wissenschaftlichen Schwerpunkte bestehen in der Erforschung neuer Bildgebungstechniken für die Bildgebung des kardiothorakalen Systems sowie im Bereich der Onkologie. 2010 wurde ihm der Wilhelm-Konrad-Röntgen-Ring der Deutschen Röntgengesellschaft verliehen.
Kontakt: christian.fink@umm.de

Dr. med. Thomas Henzler arbeitet seit 2007 als Assistenzarzt im Institut für Klinische Radiologie und Nuklearmedizin der Universitätsmedizin Mannheim. Seine wissenschaftlichen Schwerpunkte bestehen in der Erforschung neuer computertomographischer Techniken für die Bildgebung des kardiothorakalen Systems sowie im Bereich der Onkologie.

Dr. rer. nat. Wilfried Rosendahl ist Paläontologe und seit 2004 an den Reiss-Engelhorn-Museen in Mannheim tätig. Dort ist er stellvertretender Direktor für Archäologie und Weltkulturen und Leiter der Abteilung „Weltkulturen und Umwelt“. Seit 2004 leitet er außerdem das „German Mummy Project“, eines der derzeit weltweit größten interdisziplinären Mumien-Forschungsprojekte.

Heather Gill-Frerking ist Anthropologin und hat an der University of Manitoba in Kanada über Moorleichen aus Schleswig-Holstein promoviert. Seit mehr als 15 Jahren arbeitet sie in der interdisziplinären Mumienforschung. Seit dem Jahr 2010 ist sie als wissenschaftliche Kuratorin im „German Mummy Project“ an den Reiss-Engelhorn-Museen tätig.