Zwei Experten von Siemens Healthineers für Entwicklung von neuartiger Niedrigfeld-MRT-Plattform für Deutschen Zukunftspreis nominiert

• Dr. Stephan Biber und Dr. David Grodzki wurden gemeinsam mit Prof. Dr. Michael Uder, Direktor Radiologisches Institut, Uniklinikum Erlangen, als eines von drei Teams für die Auszeichnung vorgeschlagen. 
• Über die Hälfte der Weltbevölkerung hat keinen Zugang zu Magnetresonanztomographie (MRT) – das Team hat mit Magnetom Free eine Plattform entwickelt und in die klinische Routine integriert, die Barrieren um die Technologie abbaut. 
• MRT wurde grundlegend neu gedacht: niedrigere Feldstärke von 0,55 Tesla, kombiniert mit KI-basierter Bildrekonstruktion für hohe diagnostische Qualität sowie vereinfachte Infrastrukturanforderungen durch drastisch reduzierten Heliumbedarf von 0,7 Litern. 
• Innovationen ermöglichen einfache Installation und den Betrieb von MRT dort, wo es vorher nicht möglich war. 

Die Siemens Healthineers-Mitarbeiter Dr. Stephan Biber und Dr. David Grodzki sind gemeinsam mit Prof. Dr. Michael Uder, Uniklinikum Erlangen, für die Entwicklung und klinische Anwendung der Magnetresonanztomographie-Plattform Magnetom Free für den Deutschen Zukunftspreis nominiert worden. 

Magnetom Free bedeutet einen Paradigmenwechsel in der MRT, da die kostengünstige und energieeffiziente Systemplattform den Zugang zu dieser für die Diagnose vieler Erkrankungen zentralen Bildgebungstechnologie stark vereinfacht: Eine innovative Magnetkühlung, die den Helium-Bedarf von bisher bis zu 1.500 Litern auf 0,7 Liter pro System drastisch senkt, eine reduzierte Feldstärke von 0,55 Tesla und Künstliche Intelligenz zur Bildrekonstruktion für hohe Bildqualität und präzise Diagnosen spielen dabei ebenso eine Schlüsselrolle wie eine kompaktere Größe, eine größere Patientenöffnung und einfache Bedienbarkeit. 

„Wir freuen uns über die Nominierung für den Deutschen Zukunftspreis“, sagte Bernd Montag, CEO von Siemens Healthineers. „Stephan Biber und David Grodzki haben in enger Zusammenarbeit mit Michael Uder eine völlig neuartige Magnetresonanztomographie-Plattform entwickelt und in die klinische Anwendung gebracht. Magnetom Free.Max und Magnetom Free.Star bereiten den Weg für eine neue, einfache Art der MRT, die einen umso größeren Beitrag für die Gesundheit der Menschen weltweit leisten kann, indem sie die Technologie dorthin bringen, wo sie vorher nicht möglich war. Die vierte Zukunftspreis-Nominierung für Siemens Healthineers in nur sieben Jahren unterstreicht die Innovationskraft unseres Unternehmens.“ 

Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung hat keinen Zugang zu Magnetresonanztomographie. Und das, obwohl diese strahlungsfreie Art der medizinischen Bildgebung einen großen Mehrwert für die Diagnose verschiedenster Krankheiten bedeuten kann – von der Früherkennung und Behandlung von Krebs über neurologische Erkrankungen bis hin zu orthopädischen Beschwerden. Aber die Technologie konventioneller Geräte ist auch mit gewissen Hürden verbunden: So müssen die Magnetspulen dauerhaft mit bis zu 1.500 Litern flüssigem Helium gekühlt werden, was den Transport und auch den Betrieb der Systeme erschweren kann, da Helium je nach lokaler Infrastruktur nicht immer einfach verfügbar ist. Die Installation der großen und üblicherweise mindestens vier Tonnen schweren Geräte ist kein leichtes Unterfangen – so müssen sie häufig mit Hilfe eines Krans in Gebäude eingebracht werden, auch Umbauarbeiten können nötig sein. Neben diesen infrastrukturellen Herausforderungen braucht es im Betrieb qualifiziertes Personal, um das komplexe System zu bedienen und die Aufnahmeparameter einzustellen. Für bestimmte Personengruppen wie Kinder oder adipöse und klaustrophobische Patientinnen und Patienten stellt zudem die Untersuchung mit einem MRT aufgrund des bisherigen maximalen Röhrendurchmessers von 70 Zentimetern eine Herausforderung dar. 

MRT mit Innovationen in die Breite bringen 
Biber und Grodzki hatten es sich zur Aufgabe gemacht, ein MRT-System zu entwickeln, welches all diese infrastrukturellen und betrieblichen Hindernisse überwindet und für gängige klinische Routinefragestellungen eingesetzt werden kann – wie etwa in der Kopf-, Wirbelsäulen- und Gelenkbildgebung oder der Diagnose von Lebertumoren. Dafür ließ das Team keine Kernkomponente unangetastet: Voraussetzung dafür, das neue MRT-System leichter, kompakter und kosteneffizienter als bisherige Geräte zu machen, war die Reduzierung der Magnetfeldstärke auf nur 0,55 Tesla. Diese geht allerdings grundsätzlich erst einmal mit einer Verringerung des messbaren Signals einher. Hier machte sich das Team unter anderem Künstliche Intelligenz (KI) zunutze, um eine ausreichend hohe Bildqualität für präzise Diagnosen zu erzielen: Der KI-basierte Algorithmus zur Bildrekonstruktion „Deep Resolve“ ist an hochauflösenden MRT-Daten trainiert und nutzt neuronale Netzwerke, um aus einem schwächeren Eingangssignal trotzdem Bilder mit hoher Auflösung zu erzeugen. Dadurch kann die physikalische Hürde, die eine niedrige Feldstärke mit sich bringt, aufgelöst werden. 

MRT mit Innovationen in die Breite bringen 
Biber und Grodzki hatten es sich zur Aufgabe gemacht, ein MRT-System zu entwickeln, welches all diese infrastrukturellen und betrieblichen Hindernisse überwindet und für gängige klinische Routinefragestellungen eingesetzt werden kann – wie etwa in der Kopf-, Wirbelsäulen- und Gelenkbildgebung oder der Diagnose von Lebertumoren. Dafür ließ das Team keine Kernkomponente unangetastet: Voraussetzung dafür, das neue MRT-System leichter, kompakter und kosteneffizienter als bisherige Geräte zu machen, war die Reduzierung der Magnetfeldstärke auf nur 0,55 Tesla. Diese geht allerdings grundsätzlich erst einmal mit einer Verringerung des messbaren Signals einher. Hier machte sich das Team unter anderem Künstliche Intelligenz (KI) zunutze, um eine ausreichend hohe Bildqualität für präzise Diagnosen zu erzielen: Der KI-basierte Algorithmus zur Bildrekonstruktion „Deep Resolve“ ist an hochauflösenden MRT-Daten trainiert und nutzt neuronale Netzwerke, um aus einem schwächeren Eingangssignal trotzdem Bilder mit hoher Auflösung zu erzeugen. Dadurch kann die physikalische Hürde, die eine niedrige Feldstärke mit sich bringt, aufgelöst werden. 

Geschlossener Helium-Kreislauf für „trockenen Magneten“ 
Für Magnetom Free wurde außerdem eine neue Technologie namens „Dry Cool“ zur nachhaltigen Kühlung des supraleitenden Magneten entwickelt. Damit ist nicht nur ein drastisch reduzierter Bedarf an Helium von 0,7 Litern möglich, sondern dieses kann auch in einem geschlossenen Kreislauf genutzt werden. Das führt dazu, dass die neuen Systeme beim Transport oder bei Stromausfällen kein Helium mehr verlieren, und so die Notwendigkeit für Service mit flüssigem Helium am Installationsort entfällt. Außerdem muss kein Quenchrohr mehr eingebaut werden, durch welches im Fall einer Notabschaltung das Helium direkt und sicher aus dem Gebäude in die Atmosphäre abgeleitet werden kann. Aufgrund der niedrigeren Gradientenstärke kann zudem der Energieverbrauch der Magnetom-Free-Plattform im Vergleich zu konventionellen MRT-Systemen gesenkt werden. 

Mit unter zwei Metern Höhe und gut drei Tonnen Gewicht können die Magnetom-Free-Systeme durch die Türe zu ihrem Bestimmungsort gebracht und dort installiert werden – ohne, dass aufwändige Baumaßnahmen eingeplant werden müssen. Die reduzierten Spezifikationen des Systems lassen erstmals eine Röhrenöffnung von 80 Zentimeter Durchmesser für Patientinnen und Patienten zu, welche im Modell Magnetom Free.Max zum Einsatz kommt. Davon profitieren sowohl klaustrophobische und adipöse Patientinnen und Patienten als auch Kinder. Die Bedienung des Scanners wurde so vereinfacht, dass es auch unerfahrenen Nutzerinnen und Nutzern möglich ist, MRT-Untersuchungen sicher und mit qualitativ hochwertigen Ergebnissen durchzuführen. So kann dem stetig steigenden Mangel an Fachkräften entgegenwirkt werden. 

Zukunftsträchtige Technologien 
Im Zusammenwirken all dieser Innovationen entsteht eine neue Klasse von Scannern, welche die MRT-Diagnostik weltweit für neue Patientengruppen eröffnet. Zwei Jahre nach der Markteinführung sind Magnetom Free.Star und Magnetom Free.Max in vielen Ländern weltweit verfügbar, darunter sind Installationen in Brasilien, Indien und Angola. Im Jemen konnte sogar das erste moderne MRT seit über zehn Jahren installiert werden. Auch in Ländern wie Deutschland ist es gelungen, den Zugang zur MRT-Diagnostik zu verbessern: In der Kinderradiologie des Uniklinikums Erlangen konnte Magnetom Free.Max aufgrund seines geringen Gewichts in einem Raum nahe der Intensivstation installiert werden, so dass die jungen Patientinnen und Patienten ohne viel Aufwand untersucht werden können. Perspektivisch denkbar sind auch Installationen direkt auf der Intensivstation, um den Betroffenen Transportwege und Wartezeiten zu ersparen. 

Speziell für die Magnetom Free-Plattform entwickelte Technologien, wie etwa die KI-basierte Bildrekonstruktion, wurden bereits für andere, „größere“ MRT-Systeme verfügbar gemacht, die ebenfalls in der klinischen Routine oder Forschung eingesetzt werden. Mittelfristig wird auch der geschlossene Heliumkreislauf eine wichtige Rolle für andere Modellreihen spielen, die am Standort Erlangen entwickelt und gefertigt werden. 

Gemeinsam mit ihren Teams haben die drei Nominierten an verschiedenen Stellen dafür gesorgt, dass Magnetom Free auf den Markt gebracht und sich im Klinikalltag etablieren konnte: Stephan Biber war in seiner Rolle als Systemarchitekt dafür verantwortlich, die richtungsweisenden Hardware-Innovationen voranzutreiben und zu einem Gesamtsystem zusammenzuführen. Die Aufgabe von David Grodzki war die Applikationsentwicklung und die Ausarbeitung der Systemspezifikation sowie deren Umsetzung in eine klinisch hochwertige Bildgebung, unter anderem mit Hilfe von KI. Michael Uder hatte das System Magnetom Free.Max bereits während der Entwicklung erstmals klinisch evaluiert und diese Arbeiten am Uniklinikum Erlangen, der weltweit ersten klinischen Installation, weiter fortgeführt. Er war mit seiner Abteilung für die klinische Prüfung und die Integration von Magnetom Free.Max in die klinische Routine verantwortlich. 

Der Deutsche Zukunftspreis ist eine der höchsten deutschen Auszeichnungen für Technik und Innovation und wird am 22. November von Frank-Walter Steinmeier in Berlin an eines von drei nominierten Teams verliehen.

Weitere Informationen zum Thema unter https://www.siemens-healthineers.com/deu/press/features/pf-future-prize-2023.