Heliumarmer Magnetresonanztomograph: Ressourcenschonende MRT-Technologie als Meilenstein für eine nachhaltigere Radiologie
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein wichtiges radiologisches Bildgebungsverfahren, das mehrere Vorteile hat. Insbesondere die Möglichkeiten, Weichgewebe mit einer hohen Auflösung darzustellen und durch verschiedene Sequenzen mit nur einer Aufnahme mehrere Fragen zu klären, machen das Verfahren – neben seiner strahlungsfreien Durchführung – bedeutend. MRT-Scans werden in verschiedenen medizinischen Fachbereichen, wie der Herzmedizin (Kardiologie), der Krebsmedizin (Onkologie) oder der Endokrinologie zur Diagnostik eingesetzt.
Mit der Durchführung einer MRT-Untersuchung ist allerdings auch ein erheblicher technischer Aufwand verbunden. Während in Geräten mit einer geringen magnetischen Feldstärke bis zu 1,5 Tesla (Einheit zur Messung der Feldstärke) Permanentmagnete verwendet werden, basiert die Funktionsweise eines Magnetresonanztomographen mit höherer Leistung auf dem Konzept der Supraleitung. Um dabei für den supraleitenden Elektromagneten eine niedrige Betriebstemperatur zu erreichen, wird flüssiges Helium genutzt – mitunter können dafür mehrere hundert Liter des Edelgases erforderlich sein. Moderne heliumarme Magnetresonanztomographen benötigen hingegen nur wenige Liter und sind damit nicht nur ressourcenschonender, sondern zeichnen sich auch durch eine erleichterte Installation und Wartung aus.
Warum spielt Helium für die MRT eine Rolle?
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Für die MRT werden starke Magnetfelder eingesetzt, die auf Supraleitung basieren.
- Die verwendeten Magneten müssen durch flüssiges Helium gekühlt werden.
- Für einen herkömmlichen Magnetresonanztomographen werden mitunter mehr als 1.000 Liter Helium gebraucht.
Der Magnet in dem Tomographen wird für die Erzeugung eines stabilen Magnetfelds benötigt. Speziell die Systeme mit höherer Feldstärke (in der radiologischen Praxis sind oft Geräte zwischen 1,5 und 3,0 Tesla im Einsatz) nutzen für die Magnetspulen supraleitende Materialien, weil diese elektrischen Strom ohne Widerstand leiten und somit keine Energie als Wärme verloren geht. Auf diese Weise lassen sich dauerhaft extrem starke, stabile und homogene Magnetfelder erzeugen, die für die Erstellung hochauflösender medizinischer Bilder zwingend erforderlich sind.
Um die Eigenschaft der widerstandslosen Leitung nutzen zu können, sind im Betrieb dauerhaft niedrige Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt notwendig. Flüssiges Helium eignet sich dabei als Kühlmittel, muss aber in entsprechender Menge zur Verfügung stehen. Je nach Magnetresonanztomograph liegt der Bedarf bei mehreren hundert bis über 1.000 Liter. Zugleich ist das Edelgas Helium ein nur begrenzt verfügbarer Rohstoff, dessen Gewinnung – als Beiprodukt der Erdgasförderung – sich auf wenige Länder konzentriert.
Lieferengpässe und Preisschwankungen beeinflussen daher die Planungssicherheit radiologischer Einrichtungen. Erschwerend kommt hinzu, dass es bei einer Notabschaltung bzw. wenn der alte Magnet ausgetauscht werden muss, zu einem sogenannten Quench kommt. Hierbei verdampft und entweicht das flüssige Helium. Da das Helium bei Wiederinbetriebnahme ersetzt werden muss, kann es auf diese Weise schnell zu einem Verlust von mehreren tausend Euro kommen. Daher ist die Heliumversorgung auch ein wichtiger wirtschaftlicher Aspekt für die Betreiber von Magnetresonanztomographen.
Was macht einen heliumreduzierten Magnetresonanztomographen aus?
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Der Bedarf an Helium liegt bei den Magnetresonanztomographen der neuen Generation nur im einstelligen Literbereich.
- Medizintechnikhersteller nutzen in der Produktion von heliumreduzierten Tomographen verschiedene technische Verfahren.
- Ein zentraler Aspekt ist die Konzeption der Magneten als geschlossenes System.
Wichtig ist zunächst, im Hinblick auf die Nutzung von Helium im Magnetresonanztomographen mehrere Begriffe zu definieren. „Heliumreduziert“ bzw. „heliumarm“ bedeuten, dass im System der Bedarf an flüssigem Helium im Vergleich zu herkömmlichen Scannern geringer ist. Als „heliumfrei“ können – genau genommen – nur solche Geräte bezeichnet werden, bei denen gar kein flüssiges Edelgas als Kühlmittel benötigt wird. Gleichwohl wird der Begriff von den Medizingeräteherstellern auch für Geräte mit einem geringen Heliumbedarf in geschlossenen Kreisläufen verwendet. Wie weit die Menge in einem heliumarmen Magnetresonanztomographen reduziert ist, unterscheidet sich von Hersteller zu Hersteller.
Philips gibt beispielsweise für seine BlueSeal-Magneten eine Heliumfüllung von sieben Litern an, was nur noch einem Bruchteil des Bedarfs entspricht, den ein herkömmlicher Magnetresonanztomograph benötigt [1]. Siemens Healthineers geht darüber hinaus und kann mit seiner DryCool-Technologie den Bedarf sogar auf 0,7 Liter flüssigen Heliums absenken [2].
Beide Konzepte beruhen darauf, den Kühlmechanismus technisch so zu verändern, dass ein geschlossenes Magnetsystem entsteht, bei dem im normalen Betrieb das Nachfüllen von Helium entfällt. Bei den neuen Magnetresonanztomographen greifen somit mehrere Aspekte ineinander. Eine umfassende Isolierung der Magneten sorgt dafür, dass weniger Außenwärme einwirkt, was die erforderliche Kühlleistung verringert. Die Kombination von mechanischer Kühlung und Heliumkreislauf verringert sich der Bedarf an dem Edelgas. Entscheidend ist dabei, dass sich das Helium in einem geschlossenen Kreislauf befindet. Über diesen kann das Kühlmittel die Wärme des Magneten aufnehmen und ableiten und wird bei der Abgabe der thermischen Energie wieder heruntergekühlt. Auf diese Weise verbleibt das Kühlmittel im heliumarmen Magnetresonanztomographen dauerhaft im System und kann nicht entweichen.
Welche Vorteile bietet die heliumarme MRT-Technologie?
Ein zentraler Vorteil liegt im geringeren Bedarf an der Nachfüllung von Helium. Dies führt zu höherer Planungssicherheit bei Lieferengpässen sowie zu weniger Aufwand bei Lagerung und Nachbeschaffung des Edelgases. Zudem tragen heliumreduzierte MRT-Systeme zu einer schonenden Nutzung des begrenzten Rohstoffs bei und reduzieren indirekt den erforderlichen Transportaufwand mit den damit verbundenen Emissionen.
Je nach Modell ergeben sich darüber hinaus Vorteile für die bauliche Planung, da beispielsweise Quench-Ableitungen nicht mehr berücksichtigt werden müssen und eine kompakte Magnetkonstruktion die Installation in der Praxis vereinfacht. Durch ihren geringeren Platzbedarf erhöhen heliumarme Magnetresonanztomographen die bauliche Flexibilität. Die Geräte lassen sich auch an solchen Standorten nutzen, bei denen der Einbau eines herkömmlichen Systems nur mit erheblichen Schwierigkeiten zu realisieren gewesen wäre.
Dennoch sind einige Rahmenbedingungen nach wie vor zu berücksichtigen, zu denen
- die Magnetfeldabschirmung,
- die Hochfrequenzabschirmung,
- die Stromversorgung und
- die gesetzlichen Sicherheitsvorgaben
gehören.
Der Nachteil der neuen MRT-Technologie besteht darin, dass im Fall eines Defekts – aufgrund des geschlossenen Magnetsystems – die gesamte Einheit ausgetauscht werden muss.
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Fazit: Die moderne heliumreduzierte MRT-Technologie schont eine wichtige Ressource
Helium ist eine Ressource, die in der Radiologie als Kühlmittel für Magnetresonanztomographen eine besondere Rolle spielt. Ohne das verflüssigte Edelgas lassen sich die supraleitenden Elektromagneten nicht auf die erforderliche Temperatur herunterkühlen. Um den Betrieb sicherzustellen, benötigt ein Gerät der alten Generation mehrere hundert Liter Helium. Der neue Ansatz, spezielle Kühltechnologien mit einem geschlossenen Kreislauf zu kombinieren, verringert den Bedarf an Helium pro Gerät beträchtlich. Damit stehen für die Bildgebung nunmehr Geräte zur Verfügung, die sowohl ressourcenschonend sind als auch eine hohe Bildqualität erreichen. Zudem ist aufgrund der kompakteren Bauweise auch die Installation der modernen Magnetresonanztomographen vor Ort in der Praxis einfacher.
FAQ zu heliumarmen Magnetresonanztomographen: Die wichtigsten Fragen und Antworten
Hat ein heliumfreier Magnetresonanztomograph dieselbe Lebensdauer wie ein herkömmliches MRT-System?
Die Lebensdauer des Magnetsystems selbst unterscheidet sich kaum, da beide Technologien auf Supraleitung basieren. Bei heliumarmen Magnetresonanztomographen ist jedoch ein regelmäßiger Nachfüllprozess nicht mehr erforderlich, was den Wartungsaufwand reduziert. Verschleißteile wie der Kaltkopf (Teil des Kryokühlers, der an der Verflüssigung des verdampfenden Heliums beteiligt ist) unterliegen dagegen einem eigenen Wartungszyklus und müssen in bestimmten Intervallen ausgetauscht werden.
Beeinflusst die Reduzierung des Heliums auch die Bildqualität?
Auf die Bildqualität der MRT hat die Reduzierung des Kühlmittels im heliumfreien Magnetresonanztomographen keinen direkten Einfluss. Die Feldstärke und Homogenität des Magnetfelds – beide sind entscheidend für die Aufnahmequalität – werden unabhängig von der Heliummenge technisch sichergestellt. Die geringere Heliummenge betrifft ausschließlich die Kühltechnik des Magnetsystems, nicht aber dessen physikalische Leistungsfähigkeit.
Was passiert bei einem Stromausfall mit dem heliumarmen Magnetresonanztomographen?
Stromunterbrechungen führen bei herkömmlichen Systemen zum Quench (dem Ablassen des gasförmigen Heliums), der bei geschlossenen Systemen nicht möglich ist. Stattdessen verfügen diese über spezielle Ausfallmechanismen, die ein kontrolliertes und materialschonendes Herunterfahren der Magnetfelder ermöglichen. Durch den gekapselten Kreislauf muss beim Anfahren kein Helium nachgefüllt werden.
[1] ITN online (2023), Philips’ BlueSeal Helium-free MR Operations Magnet Wins Best New Technology Solution for Radiology, 04.05.2023, online verfügbar unter: Link (Datum des letzten Zugriffs: 30.09.2026).
[2] Healthcare-in-Europe (2024), MRT-System für mehr Nachhaltigkeit und Effizienz vorgestellt, 29.02.2024, online verfügbar unter: Link (Datum des letzten Zugriffs: 30.09.2026).
