Ultrahochfeld-MRT nähert sich der klinischen Anwendung

Eine Besonderheit des neuen Magnetom Terra¹ liegt im schnellen Umschalten zwischen Forschung und klinischer Anwendung. Ein Nutzer kann innerhalb von zehn Minuten von dem hochinnovativen Forschungsmodus auf einen Klinik-Modus wechseln. Dieser Modus bietet klinisch validierte Untersuchungsprotokolle und ermöglicht es Anwendern zugleich, komplexe Forschungsprojekte fortzusetzen.

Das Schlüsselbauteil – der sieben-Tesla-Magnet – ist eine komplette Neuentwicklung. Erstmals wird ein Magnet dieser Stärke von Siemens als Komplettlieferanten konzipiert, gebaut und gewartet. Der Prototyp der 7T-Magneten steht am Universitätsklinikum Erlangen. Anfang 2016 sollen die ersten Magnetom Terra-Geräte ausgeliefert werden, die Serienproduktion ist für Anfang 2017 geplant.

Rotierende Wasserstoffkerne im Magnetfeld
Vereinfacht gesagt, misst ein MRT das Rotationsverhalten von Wasserstoffkernen, die zunächst mit Hilfe starker Magnetfelder ausgerichtet und dann mit Radiowellen angeregt werden. Das System detektiert die Signale, die die angeregten Kerne abgeben. Aus dem Abklingverhalten des MR-Signals lässt sich auf die Eigenschaften des beobachteten Gewebes schließen. Je stärker das magnetische Feld ist, desto besser wird das Verhältnis von Mess-Signal zu störendem Rauschen.

Bei sieben Tesla ist dieses Verhältnis etwa doppelt so hoch wie bei drei Tesla. Damit erreicht man unter anderem eine deutlich höhere räumliche Auflösung und einen besseren Bildkontrast. Es werden zum Beispiel feinste Details in Gehirnstrukturen sichtbar, die mit MRTs geringerer Feldstärke nicht auflösbar waren. Auch morphologische Veränderungen in Knorpel- und Muskelgewebe sind besser und früher erkennbar. Außerdem verbessert ein höheres Magnetfeld die Ergebnisse bei der Magnetresonanzspektroskopie, einen Verfahren mit dem man bestimmte chemische Elemente detektiert, um zum Beispiel Stoffwechselvorgänge zu verfolgen.

Erprobte Technologie für 7 Tesla optimiert
Siemens Magnet Technology (SMT) in Oxford produziert 1,5T- und 3T-Magnete für MRTs seit 20 Jahren. Magnete für stärkere Systeme bezog Siemens bisher von anderen Herstellern. 2014 gab Siemens bekannt, eigene 7T-Magnete herstellen zu wollen. Der Wechsel zur eigenen Produktion gab den Entwicklern die Chance, Ultrahochfeld-Magnete speziell für den klinischen Einsatz auszulegen. Im Wesentlichen geht es dabei darum, das Gewicht so weit wie möglich zu senken, damit die baulichen Anforderungen für die Installation von Ultrahochfeld-MRTs beherrschbarer werden. Der Siemens 7T-Magnet ist nun 50 Prozent leichter als bisherige 7T-Magnete und wiegt 17 Tonnen. Insgesamt wiegt ein Magnetom Terra 20 Tonnen, was eine einfachere Integration in ein Krankenhaus ermöglicht.

Um derart hohe Feldstärken zu erreichen, bestehen die Magnetspulen aus supraleitenden Materialien. Während des Betriebs und im Stand-By Modus werden sie mit flüssigem Helium gekühlt und sind deshalb in einem Tank, dem Kryostaten, untergebracht. Normalerweise verdampft trotz geschlossenem Kyrostat ein Teil des Heliums und muss regelmäßig ersetzt werden. Siemens hat bereits für seine 3T-Magnete seine Tieftemperaturtechnik optimiert und die sogenannte Zero-Boil-off Technologie entwickelt. Sie verhindert selbst im Betrieb das Verdampfen von Helium. Diese Technologie wurde nun auf den 7T-Magnet übertragen.

Räumliche Auflösung von 0,2 Millimetern
Eine weitere innovative Neuheit am Magnetom Terra sind die acht parallelen Sendekanäle. Dieses Feature gibt es bisher nur für reine Forschungsgeräte – klinische MRT arbeiten mit nur einem Sendekanal. Mit mehreren Kanälen lässt sich die zu untersuchende Körperstelle gleichmäßiger anregen, um so einen höheren Bildkontrast zu erreichen. Dieses Multikanal-Feature ist nur im Forschungsmodus verfügbar. Die Empfangstechnik besteht sowohl im Klinik- als auch im Forschungs-Modus aus bis zu 64 Empfangskanälen und ermöglicht so eine sehr hohe räumliche Auflösung von bis zu 0,2 Millimetern in allen räumlichen Richtungen.

Bei einer MRT Aufnahme wird die räumliche Auflösung durch sogenannte Gradienten erzeugt. Gradienten sind Magnetfelder mit räumlich abhängiger Magnetfeldstärke. Je stärker die Gradienten, also die Änderung des Magnetfeldes, desto höher die Bildqualität. Die Gradientenstärke des Magnetom Terra beträgt bis zu 80 Millitesla pro Meter, was besonders bei der Diffusionsbildgebung, einem Verfahren zur Darstellung und Untersuchung von Nervenverbindungen im Gehirn, vorteilhaft ist.

Siemens hat weltweit die meisten 7T-MRT installiert: etwa 65 Prozent aller Systeme. Da die Ultrahochfeld-MRT künftig eine wichtigere Rolle in klinischen Untersuchungen spielen wird, sind die Maßnahmen für die Marktzulassungen in Europa bzw. USA für die klinische Nutzung des Magnetom Terra für bestimmte klinische Anwendungen bereits angestoßen.

¹ Der Magnetom Terra befindet sich noch im Entwicklungsstadium und ist nicht kommerziell verfügbar. Einige Features werden weiterhin nur der Forschung vorbehalten sein.

Kontakt:
Herr Dr Norbert Aschenbrenner
Redaktion
Siemens AG
norbert.aschenbrenner@siemens.com

Originalartikel im Internet:
https://www.siemens.com/innovation/de/home/pictures-of-the-future/gesundheit-und-mensch/medizinische-bildgebung-ultrahochfeld-magnetresonanz-tomographie.html

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