Die Magnetresonanztomographie, kurz MRT, hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einem der wichtigsten medizinischen Untersuchungsverfahren entwickelt. Sie ermöglicht einen detaillierten Blick in den menschlichen Körper und liefert hochaufgelöste Bilder vor allem von Organen und anderen Weichteilen im Körper. Damit schafft die Technik die Grundlage für eine zuverlässige Diagnose einer Vielzahl von Erkrankungen oder innerer Verletzungen. Doch auch 40 Jahre nach ihrer Einführung ist ein Einsatz der MRT in Kliniken und Arztpraxen noch längst nicht überall möglich. Dem stehen verschiedene Hürden im Weg. Wie lassen sie sich beseitigen?
Komplexität und Kosten reduzieren
Eine Lösung fanden Dr.-Ing. Stephan Biber, Dr. David Grodzki und Prof. Dr. Michael Uder. Die drei Nominierten haben dazu eine neuartige Plattform für die Magnetresonanztomographie entwickelt und dafür radikal mit dem Paradigma „immer größer und stärker“ des bisherigen technologischen Fortschritts auf diesem Gebiet gebrochen. Dem Team gelang es erstmals, mithilfe der MRT hochaufgelöste und medizinisch aussagekräftige Aufnahmen des Körperinneren auch bei vergleichsweise schwachen Magnetfeldern zu erreichen – und dadurch sowohl die technische Komplexität als auch die Kosten der Geräte deutlich zu reduzieren.
Stephan Biber ist Senior Systemarchitekt für Magnetresonanzsysteme bei Siemens Healthineers in Erlangen, David M. Grodzki ist dort Teamleiter im Bereich der Applikationsentwicklung für Magnetic Resonance Imaging. Michael Uder ist Direktor des Radiologischen Instituts am Universitätsklinikum Erlangen.
Reaktionen des Körpers verbildlichen
Das Prinzip der Magnetresonanztomographie beruht auf den magnetischen Eigenschaften von Atomkernen des Wasserstoffs – einem chemischen Element, das überall im Körper in unterschiedlich hoher Konzentration vorhanden ist. Durch ein Magnetfeld lassen sich die sonst zufällig orientierten Spins der Kerne wie Kompassnadeln überwiegend parallel ausrichten. Anschließend werden sie durch einen Radiowellen-Impuls aus dieser Richtung ausgelenkt. Das MRT-System misst die Reaktion der Wasserstoff-Kerne.
Durch zusätzlich angelegte Magnetfeldgradienten lassen sich die Reaktionen in verschiedenen Körperbereichen exakt voneinander unterscheiden. Die daraus resultierenden Bilder liefern Medizinern Informationen, die auf andere Weise nicht verfügbar wären. So lassen sich rheumatische Gelenkentzündungen aufspüren, lange bevor die Knochenzerstörung im Röntgenbild sichtbar wird. Nach einem Herzinfarkt ist zuverlässig feststellbar, wo der Herzmuskel durch einen Gefäßeingriff gerettet werden kann. Und bei Lebertumoren zeigt sich präzise, welches Gewebe sich bei einer Operation schonen lässt, ohne den Erfolg des Eingriffs zu gefährden.
Hemmnisse aus dem Weg geräumt
Die räumliche Auflösung der Aufnahmen wächst mit zunehmender Magnetfeldstärke. Daher verlief die Entwicklung bei neuen Generationen von MRT-Scannern in den letzten Jahrzehnten hin zu immer stärkeren Feldern. Das führte einerseits zu enormen Fortschritten bei Diagnose und Therapie vieler, auch sehr seltener Erkrankungen. Andererseits wurden die Geräte dadurch technisch immer komplexer, größer und schwerer – und zudem teurer. Die Folge: Vielerorts ist der Einsatz moderner, hochauflösender Magnetresonanztomographie bisher nicht möglich – etwa in Ländern mit begrenzten finanziellen Mitteln. Aber auch die Anforderungen an die Infrastruktur lassen sich nicht überall meistern und sind nicht nur ein Problem von Schwellenländern.
So benötigen die Magnetfeldspulen große Mengen an flüssigem Helium, um die starken Magnetfeldspulen zu kühlen – und das flüssige Helium muss aufwendig und kostspielig erzeugt werden. Hinzu kommt das Gewicht der Geräte von etlichen Tonnen und deren Größe: Diese Aspekte erschweren oder verhindern in vielen Gebäuden aus statischen Gründen eine Installation. Ein weiterer Aspekt ist die Bedienung, für die spezialisiertes Personal benötigt wird – das aufgrund des Fachkräftemangels weltweit immer schwerer zu finden ist.
Diese Hemmnisse für einen Einsatz der Technik haben die Nominierten aus dem Weg geräumt. Durch die Kombination eines ganzen Bündels von Innovationen ermöglichten sie hochaufgelöste MRT-Untersuchungen bei deutlich schwächeren Magnetfeldern als bislang üblich.
