Wie Radiologiefachpersonen moderne MRT-Technologie sicher, effizient und patientenzentriert in die klinische Praxis bringen
Eine neue Generation der Magnetresonanztomographie macht möglich, was lange undenkbar schien – schärfere Bilder, schnellere Untersuchungen, ein tieferer Blick in den Körper als je zuvor. Doch mit dieser Leistungsfähigkeit kommt eine leisere Wahrheit: Je intelligenter die Technik wird, desto mehr kommt es auf den Menschen an, der sie bedient.
Aus monatelanger praktischer Arbeit an einem der leistungsstärksten Scanner unserer Zeit schildert Davide Fierro, was sich wirklich verändert, wenn die Technik einen großen Sprung macht – und warum die Zukunft der medizinischen Bildgebung nicht allein von der Hardware geprägt wird, sondern vom Können, dem Urteilsvermögen und der Sorgfalt der Menschen, die sie einsetzen.
Von Davide Fierro, MRT-Radiologiefachperson am Policlinico Universitario „Umberto I“ in Rom und Vizepräsident der AITERM.
Mitglied der Fourier Crew, Everything MRI.
Es gibt einen besonderen Moment, in dem man zum ersten Mal vor einem MRT-Scanner der neuesten Generation steht und begreift: Das ist nicht einfach nur ein weiteres System-Upgrade. Es fühlt sich an wie der Beginn eines neuen Kapitels.
Höhere Feldstärke, stärkere Gradienten, schnellere Sequenzen und KI-gestützte Bildrekonstruktion verändern, was im MRT möglich ist. Untersuchungen, die einst zu lang, zu komplex oder zu bewegungsempfindlich erschienen, werden zunehmend zugänglich. Die Diffusionsbildgebung kann tiefere Einblicke ermöglichen. Die funktionelle Bildgebung kann präziser werden. 4D-Flow, Ganzkörper-MRT und quantitative Verfahren eröffnen neue Wege, Anatomie, Physiologie und Krankheit zu betrachten.
Doch mit diesem neuen Leistungsniveau geht ein neues Maß an Verantwortung einher.
Das Hochleistungs-MRT stellt nicht nur das System selbst vor neue Anforderungen. Es stellt auch höhere Anforderungen an die Menschen, die damit arbeiten. Größere technische Leistungsfähigkeit erfordert größere Aufmerksamkeit: für SAR, periphere Nervenstimulation, akustische Belastung, Patientenkomfort und die Risiken, die entstehen können, wenn Patientinnen und Patienten der Gantry-Innenwand zu nahe kommen. Je fortschrittlicher die Technologie wird, desto wichtiger ist es zu verstehen, was sie nicht nur leisten kann, sondern auch, was sie dem klinischen Team abverlangt.
Dieser Artikel teilt eine erste praktische Perspektive auf die Arbeit mit MRT mit Hochleistungsgradienten. Er beleuchtet, was sich verändert hat, welche neuen klinischen Möglichkeiten entstehen und welche Sicherheitsaspekte im klinischen Alltag besonders relevant werden. Vor allem aber hebt er die Rolle der Radiologiefachpersonen hervor: derjenigen, die technisches Potenzial in eine sichere, ruhige und erfolgreiche Untersuchung für Patientinnen und Patienten überführen.
Denn die Zukunft des MRT wird nicht allein durch die Hardware bestimmt. Sie wird dadurch bestimmt, wie souverän, verantwortungsvoll und umsichtig wir sie einsetzen.
An unserem Standort wurde kürzlich einer der derzeit leistungsfähigsten MRT-Scanner eingeführt.
Für alle, die ihn nicht kennen: MAGNETOM Cima.X, entwickelt von Siemens Healthineers, vereint nicht nur modernste Softwaretechnologie wie Deep Resolve und eine Reihe kürzlich eingeführter Sequenzen wie Grasp-Vibe und Ähnliches, sondern bringt auch wesentliche Hardware-Innovationen mit.
Hochmoderne Spulen, die Fähigkeit, mithilfe der Biomatrix-Technologie automatisch auf die Atmung des Patienten zu triggern, sowie die Beat-Sensor-Technologie, um kardiale MRT-Untersuchungen ohne EKG-Positionierung durchzuführen.
Schließlich bieten die leistungsstarken Gemini Gradients außergewöhnliche Gradientenfähigkeiten. Dadurch können wir das System in ausgewählten diagnostischen und wissenschaftlichen Kontexten im „Performance“-Modus einsetzen und Ergebnisse erzielen, die im klinischen Alltag zuvor nur schwer oder gar nicht erreichbar waren.
Abbildung 1: Davide Fierro neben einem Siemens Healthineers MAGNETOM Cima.X MRT-Scanner. Bild mit freundlicher Genehmigung von Davide Fierro (Autor).
Hochleistungs-Gradientensysteme sind unerlässlich für fortschrittliche MRT-Verfahren wie die Diffusions-MRT (Setsompop et al., 2013).
Dieser Artikel entstand aus dem Bedürfnis heraus, erste Erfahrungen mit einem 3-T-System einzuordnen, dessen Gradientensystem eine Gradientenamplitude von 200 mT/m und eine Slew-Rate von 200 T/m/s erreicht – insbesondere im Hinblick auf die Patientensicherheit sowie die klinischen und wissenschaftlichen Anwendungen, die durch dieses Leistungsniveau ermöglicht werden, einschließlich der echo-planaren Bildgebung.
Unsere bisherigen Erfahrungen zeigen, dass der Einsatz derart leistungsfähiger MRT-Systeme neue klinische und wissenschaftliche Möglichkeiten eröffnen kann. Besonders profitieren Anwendungen, die seit Langem zu den zentralen Bestandteilen klinischer Protokolle gehören: die Diffusionsbildgebung, die funktionelle MRT und quantitative angiografische Verfahren wie 4D-Flow.
Doch geben wir zunächst einen technischen Überblick über die spezifischen klinischen Anwendungen, die vom Einsatz dieses Systems erheblich profitieren können.
Drei Anwendungen zeigen besonders deutlich, wie sich diese technische Leistungsfähigkeit in konkreten klinischen Nutzen übersetzt: die Diffusions-MRT, die funktionelle MRT und 4D-Flow-MRT.
Die Diffusions-MRT misst die mikroskopische Bewegung von Wassermolekülen innerhalb von Geweben. Da die Wasserdiffusion durch zelluläre Strukturen beeinflusst wird, liefert die Diffusions-MRT indirekte Informationen über die Gewebemikrostruktur (Basser et al., 1994; Jones, 2010).
Die Diffusionswichtung wird durch den b-Wert gesteuert, der von der Gradientenamplitude, der Dauer und dem Abstand abhängt.
Hohe Gradientenstärken ermöglichen:
eine stärkere Diffusionswichtung
Mit leistungsstarken Gradientensystemen lassen sich sehr hohe b-Werte von 2000 und darüber erreichen. Im „Performance“-Modus können solche Akquisitionen zudem mit klinisch praktikabler zeitlicher Auflösung und innerhalb üblicher Untersuchungszeiten durchgeführt werden (Jones, 2010; Setsompop et al., 2013).
Diffusionsbasierte Akquisitionen wie IVIM (Intravoxel Incoherent Motion) oder Kurtosis lassen sich problemlos und in vertretbaren klinischen Zeiten durchführen.
Abbildung 2: Beispiel einer Leberuntersuchung an einem 3-T-MAGNETOM Cima X, einschließlich einer axialen T2-gewichteten fettunterdrückten Aufnahme und einer axialen IVIM-Diffusionsakquisition mit 11 b-Werten, beide unter Einsatz von Siemens Healthineers Deep Resolve, sowie einer Lebersegmentierung mit quantitativer T2*- und R2*-Bestimmung. Bilder mit freundlicher Genehmigung von Davide Fierro (Autor).
Auch hinsichtlich des b-Werts ermöglichen Systeme hoher Gradientenintensität – als grundlegende Elemente beim Einsatz echo-planarer Sequenzen – das Erreichen von Werten über einem b-Wert von 2000, was potenziell bislang kaum zugängliche diagnostische Möglichkeiten eröffnet.
In unserer täglichen Praxis nutzen wir die Diffusion auch, um Beurteilungen der Gewebezusammensetzung vorzunehmen – gewissermaßen eine virtuelle Elastographie, die sich gegebenenfalls mit Ultraschalldaten vergleichen lässt. Dies stellt eines der spannendsten Szenarien für den Einsatz solch leistungsfähiger Geräte dar: die Möglichkeit, Anwendungen zu erschließen und umzusetzen, die zuvor nicht möglich waren.
Die funktionelle MRT (fMRT) erfasst Hirnaktivität, indem sie Veränderungen der Blutsauerstoffsättigung, das sogenannte BOLD-Signal, misst. (Ogawa et al., 1990).
Um diese dynamischen Signale zu erfassen, sind schnelle Bildgebungssequenzen wie Echo Planar Imaging (EPI) erforderlich. Verfahren wie simultane Mehrschichtbildgebung können eine schnellere Akquisition und eine breitere Abdeckung des Gehirns unterstützen (Feinberg & Setsompop, 2013).
Hochleistungsgradienten ermöglichen:
Ein solches System ermöglicht es, neue Stimulusparadigmen und Modelle der Signalerfassung zu erproben sowie Daten zu erfassen und zu vergleichen, die zuvor in dieser Form nicht zugänglich gewesen wären.
Die 4D-Flow-MRT ist ein fortschrittliches kardiovaskuläres MRT-Verfahren, das das Blutgeschwindigkeitsfeld dreidimensional über die Zeit misst.
Der Name „4D“ steht für:
Das Verfahren leitet sich von der Phasenkontrast-MRT ab, erweitert die Geschwindigkeitsmessung jedoch auf das gesamte Volumen und auf alle Richtungen. Die Blutflussgeschwindigkeit wird über Geschwindigkeitsgradienten (VENC) in der „Phase des MRT-Signals“ kodiert. Durch die Akquisition des Volumens während des Herzzyklus (EKG-Gating) wird für jeden Zeitschritt eine 3D-Geschwindigkeitskarte gewonnen.
Abbildung 3: 4D-Flow-MRT macht komplexe kardiovaskuläre Strömungen über drei Raumdimensionen und den Herzzyklus hinweg sichtbar und messbar. Bild mit freundlicher Genehmigung von Davide Fierro (Autor).
Aus dem Datensatz lassen sich rekonstruieren:
Diese Informationen sind mit herkömmlicher MRT nur schwer oder gar nicht zu gewinnen. Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten von 4D-Flow zählen kardiologische Fragestellungen, insbesondere Herzklappenerkrankungen und angeborene Herzfehler.
Einer der Vorteile der 4D-Flow-Anwendung besteht darin, dass sich nach der Akquisition jedes beliebige Gefäß analysieren lässt (ohne dass 2D-Ebenen geplant werden müssen).
Wesentliche Nachteile:
Der synergetische Einsatz hoher Magnetfeldstärke und leistungsstarker Gradientensysteme hat wesentliche Fortschritte in der Neurobildgebung, der kardialen Bildgebung sowie der Prostata-, Leber- und Ganzkörper-MRT ermöglicht – insbesondere im Hinblick auf die benötigte Akquisitionszeit.
Abbildung 4: Beispiele für Anwendungen der Hochleistungs-MRT, darunter sagittale 3D-FLAIR-Bildgebung mit 0,8 mm Voxelgröße, axiale PSIR-Realbilder, 2-Kammer-Cine-Bildgebung mit Steady-State-Free-Precession, T2-HASTE sowie eine koronare fettunterdrückte T1-VIBE-Ganzkörperrekonstruktion. Bilder mit freundlicher Genehmigung von Davide Fierro (Autor).
Zu den wichtigsten Vorteilen zählen:
Abbildung 5: Die quantitative Leberbeurteilung zeigt, wie fortgeschrittene MRT über die reine Morphologie hinausgehen und messbare Gewebeeigenschaften erfassen kann. Bild mit freundlicher Genehmigung von Davide Fierro (Autor).
Im Laufe meiner Tätigkeit als auf MRT spezialisierte Radiologiefachperson – insbesondere in der 3-T-Körperbildgebung – wurde mir neben der Begeisterung für ein solch leistungsfähiges Gerät schnell deutlich: Die ersten Überlegungen betrafen nicht so sehr die Bildgebung, sondern vor allem die Patientensicherheit.
Wer regelmäßig im MRT arbeitet, weiß, wie wichtig konsequente Sicherheitsmaßnahmen sind, um Zwischenfälle zu vermeiden. Solche Ereignisse können erhebliche Folgen haben – sowohl für die Gesundheit der Patientinnen und Patienten als auch für das MRT-System selbst. In schwerwiegenden Fällen können zudem Maßnahmen wie ein Quench erforderlich werden, bei dem das statische Magnetfeld B0 gezielt abgebaut wird und anschließend aufwendige technische Eingriffe notwendig sein können.
Neben diesen Überlegungen betrifft ein weiteres wesentliches Sicherheitsthema das SAR und den Einsatz der Gradienten im „Performance“-Modus, die theoretisch die maximal verfügbare Amplitude ausschöpfen und zu peripherer Nervenstimulation führen können, worauf wir später in diesem Abschnitt näher eingehen werden.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Bore-Durchmesser dieser Systeme. MAGNETOM Cima.X verfügt über einen Bore mit einem Durchmesser von 60 cm, was besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich Patientenkomfort und Lagerung erfordert. Bei manchen Patientinnen und Patienten kann der vergleichsweise begrenzte Raum das Gefühl von Klaustrophobie verstärken, wodurch die Verträglichkeit der Untersuchung und eine optimale Mitarbeit erschwert werden können.
Die Körpermaße der Patientinnen und Patienten müssen zudem eine sichere Lagerung ohne direkten Kontakt zur Bore-Innenwand ermöglichen. Eine sorgfältige Lagerung trägt dazu bei, den Untersuchungskomfort zu verbessern und potenzielle thermische Risiken zu reduzieren.
Magnetfeldgradienten gehören zu den zentralen Komponenten eines Magnetresonanztomographen. Ihre schnellen zeitlichen Änderungen können im menschlichen Körper elektrische Felder und dadurch Ströme induzieren, die unter bestimmten Bedingungen periphere Nerven stimulieren können.
Aus diesem Grund ist es bei engen Platzverhältnissen in der Gantry unerlässlich, bei der Lagerung der Patientinnen und Patienten äußerst präzise und sorgfältig vorzugehen, da sowohl der Patientenkomfort als auch die Mitarbeit während der Untersuchung beeinträchtigt sein können. Bei der Lagerung müssen zudem geeignete Polster verwendet werden, insbesondere seitlich entlang der Rechts-Links-Achse, um einen direkten Kontakt zwischen der Körperoberfläche und der Innenwand des Scanners zu vermeiden. Ein solcher Kontakt kann das Risiko thermischer Zwischenfälle erhöhen und die Wärmeableitung beeinträchtigen.
Abbildung 6: Das MR Safety Angel Pad wird vor einer MRT-Untersuchung an einem Siemens Healthineers MAGNETOM Lumina vorbereitet. Es hilft, das Risiko von Leiterschleifen und direktem Kontakt mit der Gantry-Innenwand zu reduzieren, insbesondere bei begrenztem Abstand zwischen Patient und Gantry oder bei der Lagerung größerer Patientinnen und Patienten. Hier zusammen mit dem PearlFit Wedge für zusätzlichen Patientenkomfort. Bild mit freundlicher Genehmigung von Pearl Technology.
Bei einem solchen Hochleistungssystem lohnt es sich, zusätzliche Zeit für die Vorbereitung der Patientinnen und Patienten einzuplanen. Dazu gehört, den Untersuchungsablauf verständlich zu erklären, etwa mögliche Atemkommandos, Atemanhaltephasen oder die Kontrastmittelgabe. Ebenso wichtig ist eine sorgfältige Lagerung, um Klaustrophobie zu reduzieren und die Untersuchung so angenehm wie möglich zu gestalten – insbesondere bei onkologischen Patientinnen und Patienten, die im Verlauf mehrfach untersucht werden.
Die akustischen Einschränkungen beim Einsatz eines Magnetresonanztomographen hängen mit dem starken Lärm zusammen, der während der Bildakquisition durch die Magnetgradienten erzeugt wird. Dieser Lärm kann hohe Pegel erreichen und muss gemäß spezifischen Sicherheitsvorschriften beherrscht werden.
Im Allgemeinen kann der während einer MRT-Untersuchung erzeugte und wahrgenommene Schallpegel zwischen 80 und 120 dB liegen. Bei besonders schnellen Sequenzen, etwa echo-planaren Sequenzen, wie sie häufig in der Diffusionsbildgebung eingesetzt werden, können die Pegel jedoch deutlich höher ausfallen und in einzelnen Fällen 130 dB überschreiten.
Zur Einordnung lassen sich diese Pegel – für all jene, die die von einem MRT erzeugten Geräusche nicht kennen – mit Alltags- und Umgebungslärm vergleichen:
Aus diesem Grund ist ein Gehörschutz vorgeschrieben, wobei Kapselgehörschützer verwendet werden, die die Lärmwahrnehmung des Patienten verringern.
Es gibt verschiedene nationale und internationale Referenznormen. Wir gehen hier nicht unmittelbar auf die einzelnen nationalen Normen ein, erwähnen jedoch die internationale technische Norm der International Electrotechnical Commission IEC 60601-2-33 (2022), die:
Die im MRT eingesetzten Hochfrequenzimpulse kippen die Magnetisierung in die Transversalebene. Dabei wird Energie im Körper der Patientinnen und Patienten deponiert.
Sie wird über einen spezifischen Parameter namens SAR (Specific Absorption Rate, spezifische Absorptionsrate) gemessen, der angibt, wie viel Leistung pro Masseeinheit absorbiert wird. Die Maßeinheit ist W/kg.
Beim Übergang von einem Niedrig-/Mittelfeldsystem zu einem Hochfeld-Hochgradientensystem steigt das SAR. Das liegt daran, dass die Larmor-Frequenz zunimmt, da mehr Hochfrequenzenergie erforderlich ist, um die Protonen in einer einzelnen Schicht anzuregen. Dadurch erhöht sich das SAR.
Als dieser Scannertyp bei uns eingeführt wurde, riet ich den Patientinnen und Patienten daher, während der Untersuchung ungewöhnliche oder zunehmende Wärmeempfindungen sofort zu melden. Zu den möglichen thermischen Effekten zählen eine erhöhte Körpertemperatur sowie lokale Verbrennungen, deren Risiko unter anderem bei starkem Übergewicht, vorhandenem Metall oder Haut-zu-Haut-Kontakt erhöht sein kann.
Auch in diesem Fall gibt es nationale und internationale Vorschriften, und wir konzentrieren uns dieses Mal insbesondere auf die Norm der International Electrotechnical Commission – IEC 60601-2-33, die die wichtigsten regulatorischen Betriebsmodi definiert:
Normalmodus (Normal Mode): Ganzkörper-SAR ≤ 2 W/kg, ohne tatsächliches klinisches Risiko.
Kontrollierter Modus erster Stufe (First-Level Controlled Mode): SAR ≤ 4 W/kg, erfordert ärztliche Überwachung.
Kontrollierter Modus zweiter Stufe (Second-Level Controlled Mode): jenseits dieser Grenzwerte, nur für Forschungszwecke (mit Genehmigung).
Doch wie wird das SAR in der Praxis kontrolliert, und welche konkreten Maßnahmen können in modernen MRT-Systemen eingesetzt werden? Moderne Systeme berechnen das SAR automatisch, begrenzen die HF-Leistung, warnen bei potenziell kritischen Sequenzparametern und können alternative Einstellungen vorschlagen, um die Energiedeposition zu reduzieren.
Zu den am häufigsten eingesetzten technischen Strategien zählen: die Verringerung des Flipwinkels, die Verlängerung der Repetitionszeit (TR) sowie der Einsatz weniger energieintensiver Sequenzen.
Die fortschreitende Entwicklung des Hochfeld-MRT und der Hochleistungs-Gradientensysteme wird die Möglichkeiten der biomedizinischen Bildgebung erheblich erweitern. Künftige Systeme könnten die In-vivo-Bildgebung näher an eine Auflösung auf zellulärer Ebene heranführen und damit neue Einblicke in die Hirnkonnektivität, neurodegenerative Erkrankungen und die personalisierte Medizin ermöglichen (Uğurbil, 2018).
Die Integration mit fortschrittlichen rechnergestützten Rekonstruktionsverfahren und künstlicher Intelligenz wird die MRT-Akquisition weiter beschleunigen und die Bildqualität verbessern.
Abbildung 7: Das nächste Kapitel der MRT wird nicht nur durch leistungsfähigere Hardware geprägt sein, sondern auch durch intelligentere Rekonstruktionsverfahren und rechnergestützte Workflows. Bild mit freundlicher Genehmigung von Davide Fierro (Autor).
Die Reise hat gerade erst begonnen, doch bereits in diesen wenigen Monaten konnte ich bei der Arbeit mit diesem Scanner einen kleinen Vorgeschmack auf die Zukunft unseres Berufs erleben: schnellere Akquisitions- und Nachverarbeitungsprozesse, neue Möglichkeiten der quantitativen Bildgebung mit zunehmendem Fokus auf mikroskopische Strukturen sowie die Erprobung unterschiedlicher Diffusionsverfahren eröffnen bislang undenkbare Szenarien.
Die Integration all dieser Hardware- und Software-Fortschritte wird uns helfen, eine noch größere Leistungsfähigkeit zu erreichen.
Unsere Aufgabe ist es, sicherzustellen, dass wir vorbereitet sind, uns kontinuierlich weiterzubilden und uns vom Vormarsch der Technologie nicht überwältigen zu lassen. Nur dann werden wir ihr immenses Potenzial voll ausschöpfen, die bestmöglichen Bilder für die Patienten erzeugen und eine hochwertige diagnostische Versorgung bieten können.
Basser, P. J., Mattiello, J., & LeBihan, D. (1994). MR diffusion tensor spectroscopy and imaging. Biophysical Journal, 66(1), 259–267. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(94)80775-1
Feinberg, D. A., & Setsompop, K. (2013). Ultra-fast MRI of the human brain with simultaneous multi-slice imaging. Journal of Magnetic Resonance, 229, 90–100. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2013.02.002
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Jones, D. K. (Ed.). (2010). Diffusion MRI: Theory, methods, and applications. Oxford University Press.
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Ogawa, S., Lee, T. M., Nayak, A. S., & Glynn, P. (1990). Oxygenation-sensitive contrast in magnetic resonance image of rodent brain at high magnetic fields. Magnetic Resonance in Medicine, 14(1), 68–78. https://doi.org/10.1002/mrm.1910140108
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Setsompop, K., Kimmlingen, R., Eberlein, E., Wedeen, V. J., Wald, L. L., Heberlein, K., & Rosen, B. R. (2013). Pushing the limits of in vivo diffusion MRI for the Human Connectome Project. NeuroImage, 80, 220–233. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.05.078
Uğurbil, K. (2018). Imaging at ultrahigh magnetic fields: History, challenges, and solutions. NeuroImage, 168, 7–32. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.07.007
Van Essen, D. C., Smith, S. M., Barch, D. M., Behrens, T. E. J., Yacoub, E., & Uğurbil, K. (2013). The WU-Minn Human Connectome Project: An overview. NeuroImage, 80, 62–79. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.05.041