PC-Messkarten Ein kompakter MRT-Scanner rettet kranke Babys

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Kleiner als ein herkömmliches MRT: Entwickler eines Start-ups haben einen kleineren und vor allem leichteren MRT-Scanner entwickelt. Die verbauten Messkarten kommen auf eine Kohärenzgenauigkeit von weniger als eine Nanosekunde.

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MRT-Scanner: Speziell für Neugeborene und Kleinkinder haben Entwickler von Neoscan ein kompaktes MRT-Gerät entwickielt.
MRT-Scanner: Speziell für Neugeborene und Kleinkinder haben Entwickler von Neoscan ein kompaktes MRT-Gerät entwickielt.
(Bild: Spectrum Instrumentation)

Sie sind ein wichtiges Werkzeug in der Diagnostik: MRT-Scanner. Nur sind sie groß, sehr schwer und benötigen flüssiges Helium, um gekühlt zu werden. Aktuelle MRT bringen rund acht Tonnen auf die Waage und müssen auf einem massiven Fundament stehen. Das ist entweder ein verstärkter Boden oder im Keller eines Gebäudes. Scann und Ausrüstung kommen auf einen Platzbedarf von rund 40 m².

Wie kann ein solcher Gigant ein kleines, zerbrechliches Baby scannen? „Das Scannen eines kranken Babys bedeutet oft einen langen Weg von der Station bis zum Scanner. Kleinkinder benötigen möglicherweise medizinische Zusatzgeräte. Oft wird deshalb auf den Scan eines Babys verzichtet“, berichtet Dr. Stefan Röll, Gründer von Neoscan Solutions in Magdeburg.

Kleinerer Scanner für Neugeborene

Röll und seine Kollegen haben deswegen ein MRT speziell für Neugeborene und Kleinkinder entwickelt. Die Öffnung des Scanners hat einen Durchmesser von 30 cm und nicht wie üblich 60 cm. Der Scanner misst 170 cm x 150 cm x 110 cm und passt durch alle Türen eines Krankenhauses.

Mit einem reduzierten Gewicht von nur 2000 kg kann das Gerät überall aufgestellt werden, ohne dass verstärkte Böden nötig sind. Mit nur zehn Quadratmetern Platzbedarf kann es in einem beliebigen Raum direkt auf der Kinderstation installiert werden. Es ist ein großer Vorteil, ein schlafendes Baby nur wenige Meter bis zum MRT zu tragen, statt eine lange Reise durch das Gebäude anzutreten. Ein schlafendes Baby benötigt keine Beruhigungsmitteln, wenn es für den Scan bewegungslos gehalten werden soll.

Ein Blick auf die Details des MRT

Ein Magnet erzeugt innerhalb der Öffnung ein Standardfeld von 1,5 Tesla.
Ein Magnet erzeugt innerhalb der Öffnung ein Standardfeld von 1,5 Tesla.
(Bild: Spectrum Instrumentation)

Die Technik hinter den MRT von Neoscan ist identisch mit aktuellen MRT-Scannern. Neue klinische Studien sind nicht erforderlich. Für den hohen Standard haben sie ein Magnet entwickelt, der das Standardfeld von 1,5 Tesla innerhalb der Öffnung erzeugt. Dabei sollte kein flüssiges Helium zur Kühlung notwendig sein. Im Inneren des MRT befindet sich ein zylindrischer Magnet, der 2,5 Tesla erzeugt. Von Außen wirkt ebenfalls ein zylindrischer Magnet, der dem inneren Feld entgegenwirkt. Dank der starken aktiven Magnetabschirmung existiert in einem Abstand von einem Meter oder mehr um das Gerät kein Streumagnetfeld mehrt.

Neben dem Magnet lag der Fokus auf der Steuerelektronik. Moderne MRT-Scanner besitzen üblicherweise drei große Racks mit speziell entwickelter Elektronik. Sie sind vom MRT-Hersteller kundenspezifisch geplant und umgesetzt. Das Team von Neoscan wählte einen anderen Weg: Zum Einsatz kommt ein PC, auf dem die von Neoscan erstellte Software ausgeführt wird. Ergänzt von PC-Messkarten von Spectrum Instrumentation.

Die Signale für den Scanvorgang werden von den Arbitrary Waveform Generatoren M4i.6620-x8 und M2p.6546-x4 erzeugt. Ein Digitizer der Familie M2p.5968-x4 erfasst und analysiert die Signale. Das System verwendet die SCAPP-Softwaretreiber von Spectrum. Dabei übernimmt ein Grafikprozessor mit 5.000 Kernen die Parallelverarbeitung der Daten, statt dafür nur die acht oder 16 Kerne der CPU des PCs zu nutzen.

Eine Präzision von wenigen Nanosekunden

„Als Start-up konnten wir es uns nicht leisten, spezielle Hardware selbst zu entwickeln. Wir nutzen die Messkarten von Spectrum", erzählt Dr. Röll. Nur so konnten sich die Entwickler auf die Software konzentrieren. Denn die Hardware wird bereits vielfach erprobt und eingesetzt. Für einen MRT-Scanner ist es wichtig, dass es in den 64-MHz-Signalen eine Phasenkohärenz gibt. Ansonsten kommt es zu Auslöschungseffekten.

In der Praxis bedeutet das, der AWG sowie ein passender Digitizer braucht eine Kohärenzgenauigkeit von weniger als eine Nanosekunde. Während der Forschungsphase haben die Experten von Neoscan diverse Hersteller kontaktiert. Immer wieder die Spezifikationen ihrer Karten verglichen. Das war schwierig. Denn die Kohärenzgenauigkeit ist keine typische Eigenschaft, die üblicherweise zu den Vergleichsdaten gehört.

„Das Team von Spectrum hat unsere besondere Anwendung zu verstehen, die optimalen Karten aus ihrem Produktsortiment vorzuschlagen und uns während der Implementierung zu unterstützen. Das Angebot eines Mitbewerbers kam erst Wochen später, war stark überspezifiziert und deutlich teurer.“ Der Zertifizierungsprozess mit der CE-Kennzeichnung wird voraussichtlich vor Ende 2021 abgeschlossen sein.

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