Die Niedrigfeld-Experten

• Siemens Healthineers-Mitarbeiter Dr. Stephan Biber und Dr. David Grodzki haben gemeinsam mit Prof. Michael Uder, Direktor Radiologisches Institut, Uniklinikum Erlangen, eine neue, innovative Plattform für die Magnetresonanztomographie (MRT) entwickelt und in die klinische Routine integriert. 
• Magnetom Free.Max und Magnetom Free.Star kommen mit niedriger Feldstärke von 0,55 Tesla aus und ermöglichen MRT dort, wo sie vorher nicht möglich war.

Seit der ersten Magnetresonanztomographie-Untersuchung im Jahr 1983 gab es nur einen Trend: nach oben. Denn mit steigenden Magnetfeldstärken waren bessere medizinische Bilder und präzisere Diagnosen möglich. Doch je höher die Feldstärke der Systeme, desto höher auch deren Kosten und Komplexität. Das führt dazu, dass schätzungsweise mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung keinen Zugang zu dieser Technologie hat. Daher haben Dr. Stephan Biber und Dr. David Grodzki von Siemens Healthineers, zusammen mit Prof. Michael Uder, Uniklinikum Erlangen, eine MRT-Plattform entwickelt, die mit einer Feldstärke von nur 0,55 Tesla auskommt, bei weiterhin exzellenten Ergebnissen. Damit ist es dem Team gelungen, Hürden um die Technologie abzubauen und einen besseren globalen Zugang zu MRT zu ermöglichen. 

MRT hat die bildgebende Diagnostik revolutioniert: Bei Rheuma können Gelenkentzündungen gefunden werden, lange bevor die Knochenzerstörung im Röntgenbild sichtbar wird. Nach einem Herzinfarkt lässt sich zuverlässig feststellen, wo der Herzmuskel durch einen Gefäßeingriff gerettet werden kann. Bei Lebertumoren ist genau zu sehen, welches Gewebe bei der Operation geschont werden kann. Dies sind nur einige Beispiele dafür, wie die MRT zuverlässige Diagnosen liefert und die Therapie für Patientinnen und Patienten verbessern kann. Das Verfahren ist vor allem für die Darstellung von Weichteilen geeignet und gilt als gesundheitlich unbedenklich, da es ohne Strahlung auskommt. 

Trotz all dieser Vorteile hat schätzungsweise mehr als die Hälfte aller Menschen weltweit keinen Zugang zu MRT-Untersuchungen. Kosten sind dabei nur ein Faktor. Häufig fehlt die Infrastruktur, um einen MRT dauerhaft zu betreiben: Dazu gehören eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und der Nachschub an flüssigem Helium, welche beide zur Kühlung des Magneten benötigt werden. Außerdem sind die bislang verfügbaren Geräte so groß und schwer, dass sie in vielen Gebäuden gar nicht oder nur unter erheblichem Aufwand installiert werden können. Ein weiterer Grund ist ein Mangel an qualifiziertem Personal für die teils komplizierten Untersuchungen. Und der sehr begrenzte Platz in einem MRT-System stellt bei Klaustrophobie, Adipositas oder auch bei Kindern eine Herausforderung dar. 

Vor rund sechs Jahren begann das Forscherteam um Stephan Biber und David Grodzki, den allgemeinen Konsensus der hohen Feldstärke infrage zu stellen und die Technologie grundlegend neu zu denken – um sie mehr Menschen zugänglich zu machen. Die Grundvoraussetzung für die Neuentwicklung der Magnetom Free Plattform war eine niedrigere Magnetfeldstärke, um Kosten und Komplexität zu senken. Dabei bestand die Herausforderung darin, mit einem schwächeren Magnetfeld von 0,55 Tesla (T) Bilder zu erzeugen, die sich in ihrer diagnostischen Qualität mit denen konventioneller Geräte mit 1,5T und höher messen können. Grundsätzlich bedeutet eine geringere Feldstärke, dass die Messzeit verlängert werden muss, um diagnostisch hochwertige Bilder zu erhalten. Um dieses Dilemma aufzulösen, wurden neue Aufnahmetechniken und von Künstlicher Intelligenz (KI) gestützte Bildrekonstruktionsverfahren entwickelt.

Geschlossener Heliumkreislauf für eine nachhaltige Magnetkühlung 
Eine weitere grundlegende Neuerung betrifft die Magnetkühlung: Die Verwendung von Helium als flüssiges Kühlmittel war bisher nicht nur ein hoher Kostenfaktor – auch die mangelnde Verfügbarkeit erschwert in vielen Regionen der Welt den Einsatz der MRT. Für die neuen Systeme Magnetom Free.Max und Magnetom Free.Star entwickelte das Team um Biber und Grodzki deshalb eine innovative Magnettechnologie, mit der die benötigte Menge an flüssigem Helium von bisher bis zu 1.500 Litern auf 0,7 Liter gesenkt und in einem geschlossenen Kreislauf aufbewahrt werden kann. So kann das Gerät auch nach längeren Stromausfällen automatisch wieder in Betrieb genommen werden, ohne dass – wie bei konventionellen Systemen – ein Serviceeinsatz mit Heliumnachfüllung notwendig wäre. 

Kompaktes Produktdesign für einfache Installation 
Dank ihres Gesamtgewichts von gut drei Tonnen können die Systeme auf gerade einmal 24 Quadratmetern Fläche installiert werden und ermöglichen so den Betrieb an Orten, wo zuvor keine MRT möglich war: Selbst der Einsatz in Gebäuden mit geringerer Tragfähigkeit der Böden und in höheren Geschossen ist möglich. Überdies können die neuen MRT-Geräte durch zwei Meter hohe Standardtüren und über vorhandene Flure transportiert werden, ohne dass Türen und Wände entfernt oder gar neue Gebäude errichtet werden müssten. 

Größere Patientenöffnung und einfache Bedienbarkeit 
Durch die Verringerung der Magnetfeldstärke war es zudem möglich, den Röhrendurchmesser für das System Magnetom Free.Max erstmals im Markt auf 80 Zentimeter zu erweitern, statt der bisher verfügbaren 60 oder 70 Zentimeter. Dies erleichtert die Untersuchung von klaustrophobischen und adipösen Patientinnen und Patienten und Kindern, die bei der Untersuchung nun besser von ihren Eltern betreut werden können, und reduziert die Notwendigkeit zur Sedierung. Um die Bedienung zu vereinfachen und damit dem Fachkräftemangel Rechnung zu tragen, wurde speziell für die neue Scanner-Plattform eine hochautomatisierte und vereinfachte Benutzeroberfläche entwickelt. Diese soll zum einen Bedienfehler verhindern, zum anderen werden automatisierte Algorithmen eingesetzt, um die Bildaufnahme organspezifisch anzupassen. 

Eine neue Klasse von Magnetresonanztomographen 
Stephan Biber, David Grodzki und Michael Uder haben eine neue Klasse von MRT-Scannern entwickelt und in die klinische Routine integriert, die zwei Jahre nach Markteinführung bereits weit verbreitet sind. Darunter sind Installationen in Brasilien, Indien, dem Jemen und Angola. Auch in Deutschland ist es gelungen, den Zugang zu MRT-Diagnostik zu verbessern: In der Kinderradiologie des Uniklinikums Erlangen konnte das neue System aufgrund seiner kompakten Bauweise in einem Raum nahe der Intensivstation installiert werden, um eine einfache Untersuchung zu ermöglichen. Speziell für die neue Plattform entwickelte Technologien, wie die KI-basierte Bildrekonstruktion, wurden bereits für andere MRT-Systeme verfügbar gemacht, die etwa in der Herzbildgebung oder der klinischen Forschung eingesetzt werden.