Nominee 2019

Ultra-high-field MRI

Ultra-high-field MRI – Precision Medicine for the Good of the Patient

Christina Triantafyllou, Ph.D. (Spokesperson)
Univ.-Prof. Dr. med. Arnd Dörfler*
Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd**
Siemens Healthineers AG, Erlangen

*Universitätsklinikum Erlangen, Friedrich-Alexander University Erlangen-Nürnberg
**German Cancer Research Center (DKFZ Deutsches Krebsforschungszentrum), Heidelberg

(f.l.t.r.) Univ.-Prof. Dr. med. Arnd Dörfler, Christina Triantafyllou, Ph.D., Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd

Magnetic resonance imaging (MRI) has an established place as an important clinical procedure for detecting diseases on the basis of characteristic changes within the body. This technology still has great potential in the diagnosis of neurological diseases and in the monitoring cancer therapies. How can this potential be exploited?

Christina Triantafyllou, PH.D., Prof. Dr. med. Arnd Dörfler and Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd have the answer. The three nominees have considerably increased the strength of the magnetic field used in MRI - and are providing new and more detailed insights into the human body. By taking innovative approaches, they have succeeded in making the advanced ultra-high-field MRI technology accessible not only for basic research, but now also for use in hospitals.

Christina Triantafyllou heads the Global Ultra-High-Field Solutions team at Siemens Healthineers AG in Erlangen, Arnd Dörfler is head of the Neuroradiology department at Universitätsklinikum Erlangen of Friedrich-Alexander University Erlangen-Nürnberg and Mark E. Ladd is head of the department of Medical Physics in Radiology at the German Cancer Research Center, Deutschen Krebsforschungszentrum, Heidelberg.

Several million magnetic resonance images are taken every year in Germany. The success of the magnetic imaging scan is based on several advantages. An MRI unlike the CT scan which uses X-rays, does not pose a health risk. At the same time, it provides detailed and high-contrast images of soft tissue like the central nervous system, muscles, tendons, blood vessels and inner organs - as two-dimensional sectional views or in 3D.

This lets doctors detect and treat many diseases at an early stage. However, in the early stages of inflammatory or degenerative diseases of the central nervous system like dementia, epilepsy and multiple sclerosis (MS), the resolution of conventional MRI systems is not good enough to detect subtle pathological changes. In monitoring therapy for cancer patients, it still takes a long time until these conventional imaging systems are able to reveal the success or failure of tumor therapy.

The key to this new solution is the strength of the magnetic field. In MRI, it allows hydrogen atomic nuclei (protons) to be prepared in such a way that they can be excited using high-frequency pulses. The signals then measured provide information about the proton's surroundings in the tissue. The stronger the applied magnetic field, the more details they reveal. Clinical MRI systems to date have used a magnetic field strength of at most 3 Tesla - that is more than 50,000 times as strong as the earth's magnetic field. Imaging equipment with 7 Tesla that obtain much better resolutions and provide more precise images have been in use for a good 15 years - but only in laboratories devoted to basic research. This is because the sophisticated technology and the gigantic superconducting magnets make the equipment large, heavy and complicated.

The three nominees and their teams have now also changed the shape of the technology, enabling its use in clinical applications. They succeeded in reducing the weight and size of ultra-high-field MRI scanners by taking new and innovating approaches so that the equipment can now be transported by plane for the first time. The technology can be integrated into the existing infrastructure of most hospitals and is easy for clinic personnel to operate. For the first time, this MRI system also makes clinical measurements possible on sodium instead of hydrogen nuclei. This provides insight into metabolic processes, allowing them to be observed directly in the body, whereby changes in body tissue, whether pathological or as a reaction to treatment, are revealed before a change of structure takes place.
Siemens Healthineers has developed an ultra-high-field magnetic resonance (MR) scanner for hospitals based on these innovations.

The "Magnetom Terra" was certified in 2017 as the first 7 Tesla scanner released for clinical use in the USA and the EU. Since 2018, sodium imaging of metabolic processes is also permitted in clinical settings. The first clinic to obtain the system was the Universitätsklinikum Erlangen. In the meantime, other hospitals are also using it. The medical advances of ultra-high-field MRI are documented by research findings on laboratory equipment: multiple sclerosis lesions - damage to brain matter - can be diagnosed in an early stage of the disease - and thus be the starting point for effective treatment. The imaging has been used successfully on epilepsy patients to reveal previously unknown pathological sub-structures; these images then serve as the basis for surgery. The new MRI system is able to reveal structures in the brain that are smaller than one cubic millimeter. In future, this could allow clinicians to detect changes at an earlier stage even in dementia patients. Earlier treatment could perhaps slow or even stop mental decline.

The clinical ultra-high-field MRI system ultimately has promising prospects in regard to the demographic change with an everolder population. It will make it possible to better understand diseases that are largely still puzzling. Options for treating many diseases can be used more effectively thanks to earlier diagnoses. Different types of tumors will be easier to differentiate which helps in selecting the right form of treatment. And, the efficacy of drugs will perhaps be able to be observed and verified "live" in future.

The right to nominate outstanding achievements for the Deutscher Zukunftspreis is incumbent on leading German institutions in science and industry as well as foundations.


The project "Ultra-high-field MRI – Precision Medicine for the Good of the Patient" was submitted by 
the Federation of German Industries BDI.

German President Frank-Walter Steinmeier will award the Deutscher Zukunftspreis to one of the three nominated teams on November 27, 2019.

"Eine Besonderheit bei der MRT ist zudem, dass man nicht nur die anatomische Information erhält, ... , sondern auch Informationen über den biologischen Zustand des Gewebes..."

Christina Triantafyllou, Ph.D.

Fragen an die Nominierten

Ihre Innovation ist technischer Natur, hat aber enorme Auswirkungen auf Menschen, genauer auf die Diagnostik bei hat. Viele Erkrankte haben in ihrem Leben bereits Erfahrungen mit bildgebenden Verfahren, also Computertomografie (CT) oder Magnetresonanztomografie (MRT), gemacht. Aber was ist MRT überhaupt?

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Ein Magnetresonanztomograf ist ein Gerät, mit dem man Aufnahmen aus dem Inneren des menschlichen Körpers machen kann. Das Besondere daran ist, dass man den Menschen dabei keiner schädlichen Strahlung aussetzt.

Beruht das auf einem physikalischen Prinzip?

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Die MRT beruht auf einem quantenmechanischen Phänomen. Mit großen Elektromagneten produzieren wir ein starkes Magnetfeld. Ein Patient, der in ein solches Magnetfeld gebracht wird, wird selbst zu einem enorm schwachen, aber messbaren Magneten. Diese schwache Magnetisierung kommt von den Wasserstoffatomkernen. Wasser spielt bei der MRT eine herausragende Rolle, weil ja auch der Mensch zu rund 70 Prozent aus Wasser besteht.
Um ein MRT-Signal zu erzeugen, muss diese sehr schwache Magnetisierung angeregt werden. Wir senden dazu ein Signal, und anschließend empfangen wir ein Signal, das von den Wasserstoffatomkernen kommt. Je nachdem, wo sich diese Wasserstoffatomkerne befinden, wie viele es sind und in welcher chemischen Umgebung sie sich aufhalten, entsteht ein anderer Kontrast im Magnetresonanz (MR)-Bild.
Eine Besonderheit bei der MRT ist zudem, dass man nicht nur die anatomische Information erhält, also wo sich welcher Gewebetyp befindet, sondern auch Informationen über den biologischen Zustand des Gewebes, also metabolische Information.

Das MRT-Verfahren an sich ist ja nicht neu. Wie war der Stand der Technik vor Ihrer Innovation?

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Als die Entwicklung der 7-Tesla-Systeme vor über 15 Jahren anfing, war die Magnetfeldstärke von 1,5 Tesla der Standard in der Klinik, und Geräte mit 3 Tesla waren gerade erst in der Einführung. Es gab schon länger den Wunsch, stärkere Magnete einzusetzen, weil die Sensitivität des Verfahrens grundlegend davon abhängt. Wenn Sensitivität fehlt, dauern die Aufnahmen sehr lange, oder die räumliche Auflösung ist suboptimal. Durch die höhere Feldstärke ist es dann gelungen, höhere Auflösungen zu erhalten und auch bestimmte Messungen in einer vernünftigen Zeit zu machen. Denn ein Mensch kann in der Regel maximal eine Stunde in einem solchen Gerät liegen. Das ist unser Zeitfenster, in dem wir zu messen haben.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Als die ersten 3-Tesla-Systeme eingeführt waren, etablierte sich anschließend eine neue klinische Magnetfeldstärke. Die damaligen 7-Tesla-MRT-Systeme waren reine Forschungssysteme, die in der Grundlagenforschung eingesetzt wurden. Die beindruckenden Ergebnisse, die dort erzielt wurden, führten zu einem wachsenden Interesse, dies auch im medizinischen Bereich zu nutzen. Aber diese MRT-Systeme waren noch nicht für eine klinische Nutzung ausgereift.

Der Sprung von 1,5 Tesla auf 3 Tesla war in der klinischen Anwendung bereits eine erhebliche Verbesserung in der Bildauflösung …

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Ja, ich glaube, dass es immer einen Trend zur höheren Feldstärken gab. Die Entwicklung der MRT-Bildgebung fing auch nicht bei 1,5 Tesla, sondern bei 0,2 bis 0,5 Tesla an, ging dann auf 1,5, das lange Standard war und für ausgewählte Indikationen immer noch ist. Es hat auch gedauert, bis die MRT mit 3 Tesla in der klinischen Routine ankam. Das ist mittlerweile der Fall. Letztlich hängt das von der medizinischen Fragestellung und speziellen Untersuchung ab, bei einfacheren reichen 1,5 Tesla Feldstärke durchaus. Als Laie denkt man natürlich, dass ein Gerät mit 3 Tesla im Auflösungsverhalten und im Kontrast doppelt so gut ist wie ein 1,5-Tesla-Gerät und dass Scanner mit 7 Tesla Feldstärke noch mal deutlich effektiver sein sollten. Und in der Tat zeigt der Magnetom Terra bei physikalischen Eigenschaften – wie dem sogenannten Signal-zu-Rausch- und Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis – deutlich bessere Leistungen. Übersetzt bedeutet dies eine viel höhere räumliche Auflösung – also eine exaktere Darstellung der anatomischen Gegebenheiten und eine detailliertere Darstellung der Morphologie.
Wir sehen damit bestimmte Läsionen, vor allem kleinere Läsionen, bei 7 Tesla viel besser als bei 3 Tesla und natürlich als bei 1,5 Tesla – wo sie vielleicht gar nicht zu sehen sind. Insofern ist 7 Tesla definitiv ein Quantensprung gegenüber den etablierten klinischen Feldstärken 3 und 1,5 Tesla.
Diese Innovation, das MRT mit 7 Tesla Feldstärke, und insbesondere der Technologietransfer in ein marktfähiges Produkt und vor allem in die erste klinische Anwendung ist nicht „mal eben so“ mit unserem Projekt möglich geworden, sondern stellt das Ergebnis eines langjährigen Prozesses dar, an dem wir und vor allem ein großes interdisziplinäres, internationales Team aus vielen Fachbereichen intensiv gearbeitet haben.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Der Sprung von 3 auf 7 Tesla erinnert uns an den von 1,5 zu 3 Tesla. Wir können viele Dinge besser sehen als zuvor mit 3 Tesla. Zusätzlich aber sehen wir Neues in der Anatomie, der Funktion und dem Stoffwechsel im menschlichen Körper. Das 7-Tesla-System kombiniert ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis, einen stärkeren Gewebekontrast und eine höhere räumliche Auflösung, sodass 7 Tesla Informationen aufdecken kann, die bei 3 Tesla unsichtbar wären. Diese Vorteile und Erkenntnisse waren das Ergebnis langjähriger Forschung mit den Vorgängersystemen des Magnetom Terra. Es war also ein langer Weg von 15 Jahren bis zu unserem innovativen Produkt.

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Der Innovationssprung ist, dass das Gerät wesentlich leichter ist. Das hat viele Vorteile. Zum Beispiel kann es einfacher, selbst im Flugzeug, transportiert werden. Und es ist vor allem im klinischen Umfeld viel einfacher zu installieren. Mark Ladd und ich haben zusammen in Essen gearbeitet, er hat dort das 7-Tesla-Zentrum mit aufgebaut und installiert. Wie viele Tonnen Stahl sind da verbaut?

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Weil wir das Gerät in ein bestehendes Gebäude eingebaut haben, brauchten wir 430 Tonnen Stahl, um das Magnetfeld abzuschirmen.

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Der Magnet des Magnetom Terra heute ist aktiv geschirmt, der Scanner ist zwar etwas schwerer als klinische 3-Tesla-MRT-Systeme – für einen Statiker kann das schon eine Herausforderung sein –, aber das Gerät kann in einem klinischen Umfeld stehen, also in unmittelbarer Nähe unserer Patienten – und damit auch den größten klinischen Nutzen entfalten. Das System hat einen klinischen Bedien-Modus, es verfügt aber weiterhin über das vollumfängliche wissenschaftliche Potenzial von 7 Tesla – wenn wir es auf ein Auto übertragen, würde das bedeuten: noch mal mit mehr PS, und mehr Beschleunigung. Im Endausbau bietet das Magnetom Terra also das komplette klinische Spektrum, und man kann in Minutenschnelle am Scanner diesen Modus wechseln.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Das Umschalten, das wir als „Dual-Mode-Funktionalität“ bezeichnen, eröffnet beide Möglichkeiten. Der Magnetom Terra kann als reines Forschungsgerät mit erweiterter Funktionalität verwendet werden, aber auch als ein klinisches MR-System.

Sie beschreiben den Unterschied in der Nutzung des Gerätes, einmal in der Forschung und einmal für die klinische Forschung. Warum gibt es diesen Unterschied? Sind das andere Voraussetzungen?

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Dazu muss man zurückgehen zur Entwicklung von niedrigeren auf höhere Feldstärken. Es gab schon diesen Sprung von 1,5 auf 3 Tesla, aber die 3-Tesla-Geräte, zumindest die der ersten Generationen, haben mehr oder weniger die Technologie des 1,5er weitergeführt, nur bei einer höheren Feldstärke.
Die Herausforderung bei 7 Tesla ist, dass die zugrunde liegende Physik eine andere ist. Deshalb hat diese Entwicklung relativ lange gedauert.
Wenn wir zum Beispiel ein Objekt anregen wollen, um ein Bild zu machen, kann man bei den niedrigeren Feldstärken annehmen, dass die hochfrequenten Radiowellen, die zur Anregung erforderlich sind, alle in Phase bleiben. Auch wer nichts über elektromagnetische Wellen weiß, kennt vielleicht Kopfhörer, die eine aktive Geräuschdämmung bieten. Das wird erzeugt, indem man eine gegenphasige Welle einspeist; das Geräusch von außen und diese erzeugte Welle kommen am Ohr zusammen, und es gibt eine Auslöschung – man hört quasi nichts. Das passiert bei 7 Tesla und höheren Feldstärken auf ähnliche Weise. Es gibt Signalauslöschungen an den Stellen, wo die Wellen sich aufheben. Eine große Herausforderung war, Techniken zu entwickeln, die es uns erlauben, unsere gewohnte Bildqualität wieder zu gewinnen. Wir haben also viele Vorteile durch die höhere Feldstärke, aber auch viele Herausforderungen. Deshalb hat es so lange gedauert:
Die ersten 7-Tesla-Scanner gab es bereits im Jahr 2000, die klinische Zulassung kam 2017.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
2015 haben wir den ersten Magnetom Terra im Universitätsklinikum Erlangen installiert. Und die klinische Zulassung 2017 war ja nicht nur die erste klinische Zulassung für ein 7-Tesla-System von Siemens Healthineers, sondern weltweit die erste klinische Zulassung für ein 7-Tesla-Gerät überhaupt. Für diese Zulassung brauchten wir viele Publikationen und Prüfungen, auch Probanden- und Patientenmessungen, die bestätigten, dass diese Geräte einen klinischen Wert haben. Wir haben damit das erste Mal seit 2000 wieder eine neue klinische Magnetfeldstärke etabliert, nämlich 7 Tesla.
Neben der klinischen Zulassung gibt es aber noch weitere innovative Aspekte beim Magnetom Terra.
Erstens der Magnet: Wir haben eine völlig neue Magnettechnologie für den Magnetom Terra. Dieser innovative Magnet hat ein Gewicht von weniger als 50 Prozent im Vergleich zu anderen 7-Tesla-Magneten: 17 statt 40 Tonnen. Wie bereits erwähnt, ist es nun möglich, den 7-Tesla-Magneten erstmals per Flugzeug zu transportieren, was die Installationszeiten deutlich reduziert. Zusätzlich ermöglicht dies die einfache Installation in der bestehenden Infrastruktur der Klinik. Zweitens die sogenannte Multikernfähigkeit: Neben Wasserstoffkernen können auch andere Kerne, wie zum Beispiel Natrium, für die MR-Bildgebung verwendet werden. Dies ermöglicht die Untersuchung von Stoffwechselvorgängen.
Drittens die innovative MR-Technologie: Das System basiert auf den neuesten Soft- und Hardwarekomponenten. Für die Anwender, zum Beispiel Medizinisch-Technische Radiologie-Assistenten (MTRA), bedeutet das, dass sie den Terra wie jedes andere klinische MRT-System bedienen können.
Damit haben wir den gesamten Workflow sehr viel einfacher gemacht. Das zahlt sich nun gerade auch in der klinischen Anwendung aus.

Stichwort Vereinfachung des Workflows: Welche weiteren wesentlichen Fortschritte sehen Sie, mit denen der Magnetom Terra die Nutzung der 7-Tesla-Technologie in der Breite möglich macht?

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Die Physiker sind ja immer bescheiden – aber mit dem Magnetom Terra ist ein völlig neues Paket an Innovationen entstanden. Das Herzstück ist der Magnet, der wesentlich leichter ist als die Vorgängermagnete. Er verbraucht weniger Helium, das zur Kühlung notwendig ist. Man kann das Gerät aus dem Stand in ein klinisches Umfeld versetzen, denn es muss nicht in Hunderte von Tonnen Stahl verpackt und abgeschirmt werden, was bisher bei Forschungsanlagen üblich war. Das ist von der technischen Seite her ein gewaltiger Innovationssprung. Dass es zudem gelungen ist, innerhalb kurzer Zeit eine klinische Zulassung zu erlangen, ist die zweite große Leistung. Der Sprung von 3 auf 7 Tesla ist elementar, vor allem wenn man die Gehirnfunktionen anschauen möchte. Bei 7T gelingen Bilder, die mit einem 3-Tesla-System nicht machbar sind.
Unabhängig von der klinischen Anwendung betrifft dies hier ganz überwiegend Forschungsaspekte, denn man erhält wesentlich mehr Informationen. Ich kann zum Beispiel Aktivierungen überprüfen, wenn ich dem Gehirn bestimmte Reize anbiete: Sprechen, Sehen, Riechen, Hören, das kann man alles mit der funktionellen MRT sichtbar machen – und bei 7 Tesla ist das, vereinfacht gesagt, doppelt so gut sichtbar.
Außerdem erhält man Informationen über Stoffwechselprozesse. Dank der Multikernfunktion man kann verschiedene Elemente darstellen: Wenn es zum Beispiel um die Niere geht, spielt Natrium, also der Salzhaushalt, eine enorme Rolle. Auch Kalium, Phosphor und andere Kerne kann man mit MR erfassen und darüber beispielsweise Hirntumore oder Entzündungen besser charakterisieren, also auch differentialdiagnostisch von anderen Erkrankungen besser abgrenzen. Die Darstellung bestimmter Stoffwechselprodukte – etwa Natrium, Kalium oder Phosphor – ist dabei erst mit 7 Tesla Feldstärke sinnvoll.

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Wenn man ein normales MRT-Bild anschaut, wird Wasserstoff dargestellt. Wo gibt es viel Wasserstoff im Körper? Im Wasser und im Fett. Über weitere MR-Methoden kann man auch andere Kerne wie etwa Natrium oder Phosphor darstellen, oder man kann Wasserstoff in sonstigen Molekülen und Metaboliten abbilden. Davon gibt es wiederum sehr wenig im Körper, verglichen mit Wasser, was ein Problem ist. Daher braucht man die Sensitivität der höheren Feldstärken, um eine solche Untersuchung auch in einer vernünftigen Zeit vornehmen zu können. Das gehört letztlich auch zum Workflow.
Und hier ist Siemens Healthineers etwas Wesentliches gelungen, denn als 7 Tesla noch im Forschungsstadium war, brauchte man fünf oder sechs Physiker, die alles vorbereitet, eingerichtet und kalibriert und dann die Messung begleitet haben. In dem neuen Gerät ist es gelungen, diese Komplexität zu „verstecken“, sodass jemand mit klinischer Routine in der Lage ist, diese Untersuchungen so auszuführen, als ob das ein 1,5- oder 3-Tesla-Gerät wäre.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Auch für Siemens Healthineer, ist die klinische Zulassung der Multikernfähigkeit ein sehr großer Schritt. Dies ist das erste Mal, dass so etwas gemacht wurde.

Bestandteil des Gerätes ist auch ein neues Sicherheitskonzept. Die sogenannten „Hotspots“ sollen nicht vorkommen. Was muss man sich darunter vorstellen?

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Das geht auf das gleiche Thema zurück, das ich vorhin erwähnt hatte. Wenn elektromagnetische Wellen zur Anregung des Signals hineingesendet werden, kann es zu Signalauslöschungen kommen. Für die Bildgebung brauchen wir hochfrequente Magnetfelder im Radiowellenbereich. Mit denen gehen – laut Maxwell – auch elektrische Felder einher, und diese können eine Erwärmung von Gewebe erzeugen. Christina Triantafyllou hatte vorhin angemerkt, dass es keine ionisierende Strahlung im MRT gibt, aber es kann zu einer gewissen Erwärmung von Gewebe kommen. Deswegen sind alle MRT-Geräte entsprechend geregelt. Das Problem bei den elektrischen Feldern ist im Vergleich zu den hochfrequenten Magnetfeldern genau umgekehrt:
Signalauslöschungen sind uns egal, aber wir wollen vermeiden, dass die Wellen sich konstruktiv überlagern und dann zu einem sogenannten Hotspot, einem kleinen Bereich führen, wo viel Wärme deponiert wird. Das erfordert ein ganz anderes Sicherheitskonzept, und viel davon basiert auf numerischen Simulationen, die in den vergangenen 15 Jahren eine rasante Entwicklung gemacht haben. Damals waren sie in der MRT-Welt praktisch unbekannt, und jetzt nutzen wir sie standardmäßig, um die Sicherheit zu gewährleisten.

Als besondere technische Neuerung gilt der supraleitende Magnet. Was hat es damit auf sich?

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Es gibt verschiedene Methoden, ein Magnetfeld zu erzeugen. Die einfachste ist ein Material, das permanent ein Magnetfeld erzeugt; man kennt das vom Kühlschrank. Dieses Magnetfeld ist natürlich zu schwach für eine solche Anwendung. Man könnte auch einfach eine Spule aus Kupfer wickeln, einen elektrischen Strom hindurchspeisen und so ein Magnetfeld erzeugen. Beim MRT ist der Anspruch so hoch, dass es günstiger ist, im Betrieb einen anderen Weg zu gehen. Wir nehmen ein Material, das teuer, aber supraleitend ist. Diese Materialien verlieren ihren kompletten elektrischen Widerstand, wenn sie auf typischerweise 4 Kelvin, also minus 273 Grad Celsius, heruntergekühlt sind. Wenn dann einmal Strom eingespeist ist, wird dieser mehr oder weniger ewig weiterfließen. Das ist der Trick dieser supraleitenden Magneten: Sie werden runtergekühlt, ein Netzteil wird angeschlossen, Strom wird eingespeist, das Netzteil entfernt – und das Magnetfeld ist immer da, solange die Kühlung aufrechterhalten bleibt. Das typische Material, das dafür genommen wird, ist Niob-Titan.

Haben diese technischen Neuerungen auch Auswirkungen auf die Arbeitsabläufe im täglichen Betrieb?

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Für den Magnetom Terra verwenden wir die gleiche Software für die Bedienung wie für unsere anderen klinischen MR-Systeme mit 1,5 und 3 Tesla. Jemand, der mit der Bedienung unserer klinischen Standardsysteme vertraut ist, kann auch sofort einen Magnetom Terra bedienen. Das ist speziell in der klinischen Routine von großer Bedeutung.

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Das ist richtig, unsere MTRAs arbeiten mit dem Magnetom Terra ebenso wie mit unseren Systemen mit 3 oder 1,5 Tesla. Das ist für die Mitarbeiter klinischer Alltag, letztendlich unabhängig von der Feldstärke.

Viele Menschen – Erhebungen zufolge fast 50 Prozent – fürchten sich vor MRT-Untersuchungen. Bringt dieses Gerät auch eine Verbesserung für ängstliche Menschen?

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Nein, nicht wirklich – hier bin ich ganz ehrlich. Viele Menschen fürchten sich aber eher vor dem Ergebnis ihrer Untersuchung, das kann man nicht immer trennen. Nur ein kleiner Prozentsatz hat tatsächlich Platzangst. Es gibt unterschiedlich weite Öffnungen, auch unterschiedlich lange Tunnel bei den verschiedenen MR-Modellen. Das 7-Tesla-System hat eine relativ große Öffnung. Für den Patienten ist das Empfinden ähnlich wie bei 3 Tesla, obwohl das Magnetfeld deutlich stärker ist. Wir fahren den Patienten langsamer hinein, damit ihm nicht schwindlig wird. Dazu haben wir Erfahrungen aus den vergangenen 19 Jahren, es gibt also sehr gute Daten dazu.
In der weiteren Sequenzentwicklung für 7T ist es aber durchaus realistisch, dass mit ultraschnellen Sequenzen die Messzeit bei gleichbleibender Auflösung erheblich verkürzt werden kann. Das würde wiederum Patienten mit Platzangst sehr entgegenkommen.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Zur Erklärung: Relativ große Öffnung bedeutet, dass das Magnetom Terra einen Durchmesser von 60 Zentimetern hat. Im Vergleich dazu gibt es einige MRT-Systeme mit bis zu 70 Zentimetern Durchmesser bei 3 Tesla.

Die Technik ermöglicht neue Erkenntnisse über Vorgänge im Körper oder Krankheiten. Was bedeutet das für die Therapien und für die Chancen einer Heilung?

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Die Anwendung von 7 Tesla in der Forschung gibt es ja schon lange, doch die klinische Zulassung datiert vom August 2017. Daher befinden wir uns immer noch in einer eher frühen Phase. Natürlich reicht es nicht, jetzt nur ein schönes Bild zu haben. Die bessere Bildgebungsqualität, die bessere Auflösung, das bessere Erkennen von Stoffwechselprodukten, Funktionalitäten oder Nervenbahnen lassen sich aber in einen Mehrwert für den Patienten übersetzen. So können bestimmte Erkrankungen leichter oder früher diagnostiziert werden. Differentialdiagnosen, also andere Erkrankungsmöglichkeiten, die im Bild gleich oder sehr ähnlich aussehen, lassen sich eher ausschließen oder bestätigen mit dem Ergebnis, dass der Patient idealerweise – es ist nicht immer alles messbar – zum Beispiel länger lebt, weniger durch seine Krankheit behindert wird oder später kein Pflegefall wird.
Ein konkretes Beispiel dafür ist die Multiple Sklerose (MS), eine Erkrankung, die überwiegend jüngere Erwachsene betrifft. Sie ist chronisch und verläuft klassisch in Schüben. Es gibt mittlerweile sehr effektive Therapeutika, die das Immunsystem beeinflussen und den Krankheitsverlauf verzögern. Wichtig ist es dabei, die Erkrankung früh zu entdecken und dann auch unmittelbar mit der Behandlung zu beginnen. Mit 7 Tesla sehen wir jetzt kleinste Läsionen viel besser. Das Gehirn hat eine weiße und eine graue Substanz, und bei der MS gibt es nicht selten Schädigungsmuster in der grauen Hirnsubstanz, der Hirnrinde. Diese Läsionen sind bisher mit 1,5 Tesla ganz schlecht und mit 3 Tesla auch nicht richtig gut zu sehen, doch bei 7 Tesla erkennen wir hier selbst kleinste Läsionen mit einer hervorragenden Auflösung. Gerade bei der frühen Diagnosestellung ist dieser Nachweis sehr wichtig.
Diese Schädigungsmuster der Hirnrinde bei der Multiplen Sklerose kommen bei anderen Erkrankungen, die ansonsten im MRT ähnlich aussehen können, so nicht vor. 7T bietet also damit auch Vorteile in der Differentialdiagnostik dieser Erkrankungen. Zudem gibt es in diesen Läsionen häufig ein Blutgefäß, eine „zentrale Vene“, die man bei 7 Tesla sehr gut ausmachen kann und die damit einen Biomarker in der MS-Diagnostik darstellen kann.
Insgesamt zeigt sich also bei der MS schon in der sehr frühen Phase der klinischen Anwendung ein deutlicher Mehrwert für den einzelnen Patienten.

Zweites Beispiel: Epilepsie
Epilepsie ist ebenfalls eine häufige Erkrankung. In Deutschland werden rund 500.000 Menschen ärztlich betreut, es gibt 38.000 Neuerkrankungen im Jahr. Das sieht man den Erkrankten nicht an, die meisten Patienten, etwa 70 Prozent von ihnen, sind mit Medikamenten gut behandelbar und haben damit keine oder vielleicht nur noch wenige Anfälle. Aber rund 30 Prozent dieser Epilepsiepatienten mit einer fokalen Epilepsie werden trotz maximaler medikamentöser Behandlung nicht anfallsfrei. Das heißt, die Anfälle lassen sich durch Medikamente nicht zur Ruhe bringen oder verhindern. Manchmal haben solche Patienten fünf oder auch zehn Anfälle am Tag. Sie können damit kein normales Leben führen, nicht mehr arbeiten, nicht Auto fahren und trauen sich nicht mehr am gesellschaftlichen Leben teilzunehmen – sind also ganz erheblich physisch und psychisch belastet. Glauben Sie mir, diese Patienten würden alles tun, um wieder anfallsfrei zu werden.

Die Epilepsiechirurgie, ein Spezialbereich der Neurochirurgie, kann gezielt den epileptischen Anfallsherd, also den Fokus, der den Anfall auslöst, entfernen und damit diese Patienten mit einer hohen Erfolgschance von circa 80 Prozent heilen. Voraussetzung dafür ist aber die Lokalisation des Anfallsherdes. Auch hier kommt der MRT eine Schlüsselrolle zu.

Oftmals erfordert dies eine aufwendige Abklärung. Mit einem 1,5-Tesla-MRT sehen wir nicht viel, und bei 3 Tesla erkennen wir nur bestimmte Läsionen. Und selbst da haben wir einen gewissen Prozentsatz an Patienten, bei denen wir im MRT nicht wirklich etwas sehen, aber wissen, dass es irgendwo einen Herd geben muss. Diesen Herd kann man vielleicht elektrophysiologisch charakterisieren, dafür werden zum Teil sogar Elektroden im Gehirn platziert, um das zu messen. Aber jetzt hat 7 Tesla das Potenzial, diese Läsionen besser zu zeigen. Selbst Mikroveränderungen sind damit auszumachen.

Das gilt insgesamt auch für die Neurotraumatologie, zum Beispiel beim Schädel-Hirn-Trauma oder bei Rückenmarksverletzungen oder Erkrankungen, die mit Veränderungen im Hirnstoffwechsel oder mit einer Demenz einhergehen. Bei der Parkinson-Demenz zeigen sich einige Veränderungen in einer ganz bestimmten Gehirnstruktur, der sogenannten Substantia nigra. Diese ähnelt im hinteren Bereich dem Schwanz einer Schwalbe – im Englischen wird dies als Swallow-Tail-Sign bezeichnet –, und mit 7 Tesla sehen wir erstmals, dass sich diese Struktur bei Parkinson-Erkrankten verändert. Diese Anatomie sehen wir mit 7 Tesla in sehr hoher Auflösung und können damit schon in-vivo sagen: Ja, da gibt es Veränderungen, die da nicht hingehören und die gut zu einer Parkinson-Erkrankung passen. Das ist leider nicht spezifisch für Parkinson, aber es ist hilfreich bei der Abklärung und Abgrenzung gegenüber anderen Erkrankungen.

Wir könnten noch Stunden über diese neuen Bilder sprechen. Denn all das ist erst der Anfang, und natürlich braucht man mehr Daten. Aber schon die jetzigen Daten – und deshalb bin ich auch so begeistert – zeigen, dass dies bereits einen Mehrwert für die Patienten bedeutet, und ich bin sehr sicher, dass sich mit der breiteren Anwendung hier noch weitere Felder eröffnen werden.

Was bedeutet das denn für unsere Gesellschaft, die ja immer älter wird?

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Auf unsere Gesellschaft wird sich das bestimmt nicht sofort auswirken. Aber im Sinne einer Spitzen- und Präzisionsmedizin, für die insbesondere die Universitätsmedizin in Deutschland auch weltweit bekannt ist, ist diese Entwicklung ein echter Gewinn. Und bezogen auf den einzelnen Patienten wird sich hier definitiv mit der Zeit ein Mehrwert entwickeln. Nehmen wir Erkrankungen wie vorgenannt die Epilepsie oder die Multiple Sklerose: Patienten, die möglicherweise bereits mit 30 Jahren im Rollstuhl sitzen – oder bei früher Diagnose und Intervention eben nicht und anfallsfrei bleiben. Stattdessen könnten sie vielleicht noch 30 Jahre arbeiten und ein normales Leben führen. Das ist ein erheblicher Mehrwert für den einzelnen Patienten, und hier gibt es für 7 Tesla zwar noch keine Daten, aber ganz sicher einen erheblichen Mehrwert für unser Gesundheitssystem insgesamt.

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Es gibt andere Beispiele, auch wenn das noch nicht mit Zahlen belegt ist, die zu Einsparungen führen könnten, zum Beispiel bei Krebspatienten. Einige Krebstherapien sind extrem teuer, mehrere Zehntausend Euro im Monat. Dabei haben wir das Problem, dass wir erst einmal abwarten müssen, ob diese Therapie überhaupt anschlägt. Jede Methode, die es uns erlaubt, frühzeitiger zu erkennen, ob eine Therapie wirkt oder nicht, würde erstens dem einzelnen Patienten helfen, der früher eine alternative Therapie erhalten könnte, und zweitens würde es auch vermeiden, dass Kosten entstehen, die keinen Nutzen haben.

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Das ist wirklich ein guter Punkt. Die Entwicklung geht schon dahin, sogenannte „Biomarker“ für Erkrankungen zu identifizieren – nicht nur in der MR, sondern auch im Labor, mit Genetik, mit DNA, insbesondere auch zusammen mit maschinellem Lernen. Auch hier hat 7 Tesla ein enormes Potenzial, insbesondere im Hinblick auf metabolische und funktionelle Vorgänge. Ein Beispiel: Bei einer rheumatoiden Arthritis werden Antikörperblocker gegeben, ähnlich den onkologischen Therapien. Das sind Medikamente, die das Immunsystem dämpfen. Die sind richtig teuer. Ob diese Medikamente wirken, erkennt man häufig erst nach vier oder sechs Wochen. Abgesehen von den Nebenwirkungen sind dann bereits enorme Kosten angefallen.

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Das ist das eigentliche Schlagwort: „personalisierte Medizin“. Man will davon wegkommen, dass man eine oder vielleicht drei mögliche Therapien hat, die man für alle Patienten mit einer bestimmten Erkrankung nutzt, sondern man wählt die Therapiekombination, die wirklich am besten für diesen Patienten geeignet ist. Bildgebung spielt dabei eine sehr wichtige Rolle in der Medizin. Alle Krebspatienten werden mehrfach bildgebungstechnisch untersucht. Jetzt, mit 7 Tesla, hoffen wir, dass wir einen wesentlichen Beitrag zu diesen patientenspezifischen Entscheidungen leisten können.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Wir bei Siemens Healthineers sind überzeugt, dass die medizinische Versorgung in Zukunft individuell – im Sinne einer personalisierten Medizin – sein wird. Präzisionsmedizin bedeutet, dass jeder einzelne Patient die bestmögliche, auf seine Bedürfnisse zugeschnittene Behandlung zum richtigen Zeitpunkt erhält. Wir erwarten, dass der Magnetom Terra dabei eine wichtige Rolle spielen wird.

Gab es in dem Entwicklungsprozess zu 7 Tesla einen Punkt, an dem Sie daran gezweifelt haben, dass die Entwicklung und der Innovationsprung, den Sie beschreiben, auch wirklich gelingt?

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Ja, ich war hier eher kritisch. Ich bin zwar auch Wissenschaftler, aber eigentlich mit Herz und Seele Kliniker.
Und natürlich sind die Bilder bei 3 Tesla „schöner“ als bei 1,5 Tesla und bei 7 Tesla „schöner“ als bei 3 Tesla.
Aber aus klinischer Sicht stellt sich die

, ob sich schönere Bilder und eine höhere Auflösung auch in einen klinischen Mehrwert für den Patienten übersetzen lassen, denn nur dann verkauft sich dieses Produkt. Da bin ich aber mittlerweile sehr zuversichtlich.

 

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Die Magnetentwicklung war ein großes Risiko. Aber unsere erfahrenen Ingenieure haben dieses Projekt zum Erfolg geführt. Abgesehen von der technologischen Seite: Wir hatten durchaus Zweifel wegen der klinischen Zulassung. Denn wir wussten nicht, was die amerikanische Zulassungsbehörde fordert, ob es am Ende klappt oder nicht. Die Zulassung war uns sehr wichtig, weil 7 Tesla bis dahin eine Forschungsentwicklung war. Wir haben das dann mit viel Material und vielen Studien belegt, viele Bilder zusammengetragen und die Technologie im Detail ganz genau beschrieben. Das war ein spannender Prozess – und es hat hervorragend funktioniert.

Gibt es einen Wettbewerb für diese Innovation?

Christina Triantafyllou, Ph.D.
7-Tesla-MR-Systeme für die menschliche Bildgebung gibt es von drei verschiedenen Herstellern. Unser Magnetom Terra ist aber das weltweit einzige 7-Tesla-System mit klinischer Zulassung. Forschungsgeräte haben in der Vergangenheit drei große Firmen entwickelt, die alle den Magneten, das Herzstück, beim gleichen Unternehmen zugekauft haben. Das hat die Magnetproduktion eingestellt. Da standen wir vor der Entscheidung, die Magneten selbst zu entwickeln. Das Produkt sehen wir jetzt. Man kann ganz klar sagen: Zurzeit hat Siemens Healthineers mit diesem Wurf ein Alleinstellungmerkmal.

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Kein anderer hat ein derartiges Produkt, auch nicht annähernd etwas, was produktereif ist. Insgesamt ist damit nicht nur aus technischer und ingenieurswissenschaftlicher Sicht, sondern mit der klinischen Zulassung und der ersten Anwendung ein beeindruckendes Beispiel für einen Technologietransfer auf höchstem Niveau gelungen.

Und wie sieht der Markt für Ihre Geräte aus?

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Weltweit liegt der Markt für MRT-Systeme bei 4,3 Milliarden Euro pro Jahr. Das gilt für alle Geräte und Feldstärken insgesamt. Wir erwarten dabei marktübergreifend eine jährliche Wachstumsrate von zwei Prozent innerhalb der kommenden fünf Jahre. Das Top-Marktsegment wächst aber überdurchschnittlich schnell, getrieben von Innovationen und neuen Möglichkeiten in der Diagnostik. Es wird erwartet, dass Siemens Healthineers in den nächsten fünf Jahren einen deutlichen Anteil an einem branchenweiten Umsatzvolumen von fast 600 Millionen Euro im 7-Tesla-Segment haben wird.

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Das steht und fällt mit dem klinischen Mehrwert für die Patienten.
Wenn sich dieser belegen lässt – und die ersten klinischen Erfahrungen gehen ganz eindeutig in diese Richtung –, dann bin ich mir sicher, dass diese Technik deutlich skalierbar ist. Dann wollen sehr viele Kliniken dieses Gerät haben – nicht das kleine Krankenhaus, aber die Uni-Kliniken und die großen medizinischen Zentren dieser Welt.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Mit dem Magnetom Terra haben wir ein neues Marktsegment für die Ultra-Hochfeld-MRT erschlossen: Was bisher nur an reinen Forschungseinrichtungen verfügbar war, kann heute innerhalb einer klinischen Infrastruktur realisiert werden. Und was sehr wichtig ist: Dieser Markt wächst. Wir haben in den vergangenen drei Jahren so viele 7-Tesla-Systeme verkauft wie in den 15 Jahren zuvor.

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Natürlich hat das seinen Preis, aber das Ganze hat Einfluss auf den Standort Deutschland, auf die Industrie. Da geht es um Wissenschaftstransfer und Know-how, um geistiges Eigentum, aber insbesondere auch um die Spitzenmedizin in Deutschland. Und es steckt eine Menge an Potenzial darin. Nehmen wir die Formel 1: Die kostet Mercedes sicherlich auch eine Menge Geld, aber sie hilft Mercedes auch wiederum bei der Entwicklung ihrer Serienmodelle, weil das Unternehmen bestimmte Techniken zuerst dort testet, um sie dann wieder in Serie verbauen zu können. Und so ist dies auch beim 7-Tesla-System: Auch hier profitieren wiederum die 3-Tesla- und 1,5-Tesla-Scanner von den Innovationen.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Wir haben bei der Weiterentwicklung unserer MRT-Systeme tatsächlich genau dieses Bild der Formel 1 im Kopf. Wir haben den neuen Magneten für den Magnetom Terra entwickelt, und jetzt benutzen wir genau diese Magnettechnologie auch in unseren Serien-MRT-Systemen und haben dieses Magnetdesign auf große Teile unseres Produktportfolios übertragen. Das war anfangs vielleicht ein Wagnis, denn es ging um eine sehr innovative Technologie. Heute können die Anwender all unserer MRTs davon profitieren.

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Das ergibt unglaubliche Effekte bis in die Klinik hinein. Als man dort die Bilder des 7-Tesla-Geräts das erste Mal gesehen hat, gab es darauf Strukturen, die man nicht wirklich erkennen konnte, weil man sie nur aus Lehrbuchansichten kannte. Jetzt kann man diese Bilder interpretieren und in die Diagnostik übertragen; teilweise kann man auch die Bilder bei den niedrigeren Feldstärken anhand dieser Erkenntnisse besser deuten.

Was war denn das Ausschlaggebende dafür, dass Sie in der Ausbildung in diese Kombination – letztlich Medizin und Technik – eingestiegen sind?

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Ich habe in Griechenland Physik studiert und viel, viel gelernt über Energie, Raum und Zeit. Aber es war mir nicht klar, wie all diese Theorien in der Praxis umgesetzt werden können. Ich wollte das Gelernte anwenden, um damit Menschen zu helfen.
Dabei war es eigentlich ein Zufall. Ich war in der Uni-Bibliothek, dort wurden gerade neue Bücher angeschafft, darunter war eines für Medizinphysik. Das war damals ein sehr neues Thema, und ich hatte keine Ahnung, was das ist. Dann habe ich mich ein wenig eingelesen und war fasziniert, dass diese physikalischen Theorien in der Praxis umsetzbar waren. Das war mir sehr wichtig und ich wollte mehr darüber lernen. So habe ich mich für einen Master-Kurs in Medizinischer Physik beworben. Zu dieser Zeit war das in Griechenland nicht möglich, deshalb ging ich nach Großbritannien. In diesem Studium habe ich sehr viel über Röntgenstrahlung und Positronen-Emissions-Tomografie und über MRT gelernt. Die Arbeit mit MRT, wie das funktioniert, hat mich sehr interessiert, denn das ist ein wirklich starkes Diagnosewerkzeug. Deshalb wollte ich unbedingt etwas mit diesen Geräten in der Forschung machen. Dann erhielt ich ein Dissertationsstipendium am King’s College, London. Nach meiner Doktorarbeit ging ich als Postdoc nach Boston, zur Harvard Medical School. Dort lehrte Prof. Larry Wald, ein 7-Tesla-Pionier, der mein Mentor wurde. In der Harvard Medical School hatten sie gerade das erste 7-Tesla-Gerät bekommen, sie entwickelten das mit Siemens zusammen. Ich war zur richtigen Zeit am richtigen Ort – und hatte Lust, mehr zu lernen. Und so hat alles für mich angefangen.

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Es ist wahrscheinlich immer Zufall, wo man landet; so war es auch bei mir. Ich wollte immer etwas mit Sport machen. Sportmedizin und später am liebsten natürlich die Fußballnationalmannschaft betreuen! Ich habe dann im Studium auch viel in der Orthopädie und Unfallchirurgie gearbeitet und eine Doktorarbeit in der Orthopädie begonnen, die Knorpelschäden mithilfe der Magnetresonanztomografie untersuchen sollte – im Jahr 1990. Das war damals in Heidelberg ein ganz neues Verfahren. Diese Doktorarbeit war schlecht betreut, irgendwie kam ich nicht weiter. Aber ich war supermotiviert, wollte eine experimentelle Doktorarbeit machen, hatte mich ja bereits sehr gut in die MRT eingelesen und dachte: Das ist eine tolle Technik. Damals gab es in Heidelberg in der Institution, in der Mark Ladd jetzt arbeitet, am Deutschen Krebsforschungszentrum, ein MRT. Dort wurden nur onkologische Fälle untersucht, und die hatten keine Doktorarbeit mehr zu vergeben. Im Max-Planck-Institut in Heidelberg gab es auch einen MRT, aber es wurden nur Strukturanalysen und Spektroskopie gemacht – also keine Bilder. Dann gab mir jemand den Hinweis, dass im Kopfklinikum in Heidelberg in der Neuroradiologie – dieses Wort hatte ich bis dahin nie gehört – ebenfalls ein MRT-Gerät steht.
Und so bin ich bei meinem Doktorvater gelandet, der auch noch jung war, sich habilitieren wollte, und ich war sein erster Doktorrand. Da stand ich nächtelang im Labor, habe überwiegend nachts an den freien Messzeiten am MRT gemessen und neue MR-Kontrastmittel untersucht. Mein damaliger Doktorvater, Prof. Dr. Michael Forsting, inzwischen Direktor der Radiologie und Neuroradiologie am Universitätsklinikum Essen, war nicht nur ein sehr guter Mentor – das ist er übrigens immer noch –, sondern schon viele Jahre ein guter Freund. Er war es auch, der mir früh vorgeschlagen hat, in der Neuroradiologe zu bleiben.

Ich habe dann doch mit Orthopädie in Zürich angefangen im Praktischen Jahr und hatte vor, bei der Orthopädie zu bleiben, bin aber doch sehr schnell in der Neuroradiologie gelandet – zunächst in Heidelberg, dann in Essen und seit mittlerweile 15 Jahren hier in Erlangen.
Es gab auch immer wieder Gelegenheiten, an anderer Stelle zu arbeiten, etwa ein Ruf an die Charité vor vier Jahren oder nach Zürich ans Uni-Spital vor zwei Jahren. Aber ich bin in Erlangen geblieben. Das Gesamtpaket in Klinik und Forschung, vor allem die Unterstützung vor Ort und die Lebensqualität, passen. Es ist zwar alles ein bisschen kleiner, aber es macht Spaß, hier zu arbeiten.

Und wie war das bei Ihnen?

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Das war eine Reihe von Zufällen, würde ich sagen. Ich habe irgendwann entschieden, Elektrotechnik zu studieren. Es hängt sicher damit zusammen, dass mein Vater Ingenieur war, allerdings auf der mechanischen Seite. Als ich fertig war, habe ich mit dem Gedanken gespielt, Medizin zu studieren. Denn die Strukturen in den USA sind anders, dort studiert man zunächst etwas anderes und macht das Medizinstudium anschließend.

Aber ich war unsicher, hatte keinen richtigen Einblick in die Berufswelt. Deswegen wollte ich erst einmal eine Zeit lang arbeiten, habe mir mehrere Firmen angeschaut und eine gefunden, die im Bereich Medizintechnik tätig ist: General Electric. Das war die perfekte Möglichkeit, Medizin und Ingenieurwissenschaften zu kombinieren. Es gab zunächst ein Trainingsprogramm für neue Mitarbeiter, man rotierte von Abteilung zu Abteilung. Dabei habe ich viel gelernt, war unter anderem. im Bereich MRT, PET (Positronenemissionstherapie) und CT.
Ich hatte auch schon immer den Wunsch, irgendwann in Deutschland zu arbeiten. Das hing damit zusammen, dass ich Deutsch in der Schule gelernt hatte, in Deutschland zwei Sommer bei Gastfamilien war und diese Erfahrung wirklich toll fand. Das sind viele schöne Erinnerungen, aber ich wollte arbeiten und nicht als Tourist kommen. Bei General Electric schienen die Voraussetzungen gut, es gab eine Niederlassung in Frankreich. Das war aber die Zeit einer Krise im Gesundheitssystem der USA, und alles sehr schwierig. Ein Kunde in Zürich wollte zum Glück für eine Softwarenentwicklung jemanden von GE haben, und so bin ich nach Zürich gewechselt. Es sollte nur ein Jahr sein, fünfeinhalb Jahre sind es geworden. In der Zeit konnte ich meine Doktorarbeit fertigstellen und habe auch eine sehr, sehr wichtige Person kennengelernt: Prof. Jörg Debatin. Er war Oberarzt in der Radiologie dort, ist dann Chef der Allgemeinen Radiologie in Essen geworden – und ich bin mitgegangen. Wir waren sozusagen ein dynamisches Duo zwischen Medizin und Physik, haben extrem viel gemeinsam bewegt. Er wurde dann Ärztlicher Direktor an der Uniklinik in Eppendorf, aber wir hatten zuvor ein kleines Projekt angestoßen, das war 7 Tesla. Und dann stand ich da mit dem Projekt …

Und so sind Sie zusammengekommen?

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Es war schon eine richtige Aufbruchszeit. Die beiden, die diese jeweiligen klinischen Institute geführt haben, haben sich natürlich auch irgendwie gefunden. Es war kein Zufall, dass wir alle nach Essen kamen, und wir sind auch heute noch sehr gut vernetzt und befreundet.

Wenn ein junger Mensch, der noch nicht weiß, was er beruflich machen will, zu Ihnen kommt: Was würden Sie ihm sagen, warum das so spannend ist, was Sie machen?

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Die MRT an sich als technisches Verfahren finde ich extrem spannend, weil es eine Menge an Technologien bündelt. Wir haben es mit Supraleitung zu tun, mit Optik, mit Rekonstruktionsverfahren, mit Machine Learning, mit elektromagnetischen Feldern, numerischen Simulationen, also fast allem, was man überhaupt denken kann. Die Motivation, im Bereich der medizinischen Bildgebung zu arbeiten, ist, glaube ich, relativ offensichtlich. Es ist ein sehr großer Zufriedenheitsfaktor, zu wissen, dass das, was man macht, später jemandem zugutekommt, jemandem hilft.

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Es gibt viele gute Fächer, aber Medizin kann wirklich super sein. Das hängt davon ab, wie viel Motivation man mitbringt, wo man hinwill – die Work-Life-Balance wird zunehmend wichtiger –, und insbesondere, ob und wie man gefördert wird. Hat man jemanden, der einen fördert, kann man das auch gerne zurückgeben. Ich habe das so erlebt: Ich wurde sehr gefördert, umgekehrt wurde von mir aber auch sehr viel verlangt, und ich habe das gerne zurückgegeben. Neuroradiologie ist dabei ein sehr cooles Fach: Ich habe einen klinischen Bezug: Patienten, denen man wirklich helfen kann, hochmoderne Bildgebungstechniken, die sich ständig weiterentwickeln, und es ist auch ein operatives beziehungsweise interventionelles Fach – wir nehmen ja auch minimal-invasive Kathetereingriffe am Gehirn und am Rücken vor. Und parallel an der Universitätsklinik haben wir ganz ausgezeichnete Forschungs- und Lehrbedingungen. Insgesamt ist also alles super spannend und abwechslungsreich.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Es ist immer faszinierend, an neuen und innovativen Technologien zu arbeiten. Aus der Industrieperspektive finde ich es sehr spannend, ein neues Medizinprodukt zu definieren – ein Produkt, das auf fundamentalen physikalischen Prinzipien wie Elektromagnetismus oder Supraleitung beruht und neueste Elektronik sowie Computeralgorithmen verwendet. Wenn es dann auch noch dem Patienten und damit Menschen helfen kann, ist das etwas ganz Besonderes.
Um Ihre Frage direkt zu beantworten: Ich möchte junge Menschen ermutigen, in Bereiche zu schauen, in denen verschiedene Disziplinen zusammenkommen, wie etwa in der medizinischen Bildgebung. Der Grund dafür ist nicht nur, dass dies besonders interessant ist, sondern dass in interdisziplinären Feldern oftmals die größten technischen Durchbrüche erzielt werden.

 

Als Frau in einem technischen Beruf – ist das noch ein Problem heutzutage? Oder fühlen Sie sich gleichberechtigt? Werden Sie als Kapazität in Ihrem Bereich auch akzeptiert?

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Ich persönlich habe kein Problem damit, und ich habe nicht das Gefühl, dass es etwas anderes ist. In meinem Leben, in meinem beruflichen Werdegang und meinem Studium, habe ich nur Menschen in einem wissenschaftlichen Umfeld getroffen – und es hat keine Rolle gespielt, ob das eine Frau war oder ein Mann. Manchmal ist dies ein wenig anders, aber beim Physikstudium in Griechenland waren immerhin 40 Prozent weiblich. Im Medizinphysikkurs waren wir ungefähr 30 Prozent und auch in meinem Ph.D.-Studium am King’s College in London oder an der Harvard University, wo ich gearbeitet habe. Auch hier bei Siemens Healthineers ist meine Erfahrung die gleiche: Ich arbeite mit meinen Kollegen zusammen, die dieselben Ziele und Arbeitsbedingungen haben, unabhängig davon, ob wir Männer oder Frauen sind. Für mich war es sehr wichtig, Vorbilder zu haben. Und diese Vorbilder, vier Menschen in meinem Leben, waren zwei Frauen und zwei Männer. Sie haben mich motiviert und geführt, brachten mich dazu, über meine Grenzen zu gehen. Und das ist es, was wichtig ist. Für mich gilt: „The sky is the limit“. Diese Motivation, ein Vorbild zu finden, ist für junge Leute sehr wichtig. Für mich war es sehr wichtig, immer wieder Neues zu erkunden. Ich bin Physikerin, habe auch Medizinphysik studiert, jetzt habe ich einen geschäftlichen, einen Managementberuf. Ich habe im Marketing gearbeitet und in der Business-Strategie, und ich leite die Produktdefinition des Magnetom Terra. Meine Rolle ist auch die Zusammenarbeit mit unseren wissenschaftlichen Partnern – und alles zusammen ist sehr spannend.

Letze Frage: Was beschäftigt Sie denn noch außerhalb der Physik oder der MRT-Welten? Was gibt es sonst noch in Ihrem Leben?

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd
Das sind meine Kinder …

Prof. Dr. med. Arnd Dörfler
Sportlich war ich schon immer. Aber im Moment bin ich eher passiv sportlich. Die Familie nimmt natürlich viel Raum ein von dem wenigen, der übrig ist. Ich lese gerne, auch wenn ich jetzt nicht gerade medizinphysikalische Bücher lesen würde. Und ein bisschen Handwerken daheim.

Christina Triantafyllou, Ph.D.
Ich mag es zu reisen und mehr über andere Kulturen zu lernen. Außerdem liebe ich Sport, und zwar Schwimmen und Mountainbike. Und ich organisiere gerne Events, für meine Familie und Freunde, zum Beispiel Geburtstage: Es freut mich, alle zusammenzubringen.

More Details

Resume

Christina Triantafyllou, Ph.D.

15.7.1970
Born in Stuttgart, Germany
1988

Apolytirio, High School Diploma
Eniaio Polycladiko Senior High School, Katerini, Pierias, Greece
1994

B.Sc., Physics
Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, Greece
1995

M.Sc., Medical Physics
 University of Surrey, Guildford, UK
1997 – 2001

Ph.D., Medical Physics
 Institute of Psychiatry, Guy’s, King’s and St Thomas’ School of Medicine, King’s College, University of London, London, UK
2001 - 2006
Harvard University, A.A. Martinos Center for Biomedical Imaging,
MRI Physics Group, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School Boston, MA, USA

Postdoctoral Research Fellow
2006 – 2014

Harvard University, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School
Boston, MA, USA
Assistant in Neuroscience
2006 – 2014

Harvard University, A.A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School
Boston, MA, USA
Faculty, Instructor
2006 – 2012

Massachusetts Institute of Technology (MIT), Department of Brain and Cognitive Sciences, A.A. Martinos Imaging Center, McGovern Institute for Brain Research
Cambridge, MA, USA
Head MRI Physicist
2006 – 2012

Massachusetts Institute of Technology (MIT), Department of Brain and Cognitive Sciences, A.A. Martinos Imaging Center, McGovern Institute for Brain Research
Cambridge, MA, USA
Research Scientist
2012 – 2012

Massachusetts Institute of Technology (MIT), Department of Brain and Cognitive Sciences, A.A. Martinos Imaging Center, McGovern Institute for Brain Research
Cambridge, MA, USA
Principal Research Scientist
2007 – 2012

Massachusetts Institute of Technology (MIT), Department of Brain and Cognitive Sciences, A.A. Martinos Imaging Center, McGovern Institute for Brain Research
Cambridge, MA, USA
Associate Director
2012 – 2013

Siemens AG, Healthcare Sector, Business Line MRI
Erlangen, Germany

Director of Global Ultra High Field Business Management
2013 – 2018
Siemens Healthineers, Business Line MR
Erlangen, Germany

Director of Global Ultra High Field Product Relationship Management
Since 2018

Siemens Healthineers, Business Line MR
 Erlangen, Germany

Solution Owner, Product Line Research and Clinical Translation
Since 2018

Siemens Healthineers, Business Line MR Erlangen, Germany

Director of Global Ultra-High Field MR Solutions
Team leader of Solutions and Digital, Product Line Research and Clinical Translation

Further Activities

 
38 Peer reviewed publications in scientific journals

94 scientific abstracts in Conference Proceedings
Co-Author of 2 book chapters
More than 25 invited talks by international scientific societies and universities
Ad Hoc Reviewer for several scientific journals and professional societies
Grant Review Activities (Department of Veterans Affairs, Rehabilitation R&D Study Section, Grant Review Panel, Washington DC, USA, 2011)
Member of professional scientific societies (International Society for Magnetic Resonance in Medicine, European Society of Magnetic Resonance in Medicine, Organization for Human Brain Mapping, Institute of Physics in UK)
Since 2013

Organizing Committee of the High Field Systems & Applications Study Group, International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM)
Since 2019
Member of the group, Women of ISMRM (International Society for Magnetic Resonance in Medicine)
2005
Software Developer, Collaboration Exchange Program, Department of MREA, Advanced Neuro Applications Group, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany
2000 – 2001

Research Associate in Medical Image Processing, Robert Steiner MRI Unit, Imaging Sciences Department, Hammersmith Hospital, Imperial College, London, UK
1996

Clinical Scientist, Nuclear Medicine Department, Leicester Royal Infirmary Hospital, Leicester, UK
1996

Student Internship Placement, Nuclear Medicine Department, Hammersmith Hospital, London, UK
1993

Summer School in Research Advanced Physics, Department of Physics, University of Crete, Greece

Honors (selected)

2010

Infinite Mile Award for Outstanding Achievement, Office of the Provost, Office of the Vice President for Research and Associate Provost, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, MA, USA
2010

Poster Award (1st place), 2nd Annual Scientific Symposium, Ultra High Field Magnetic Resonance: Clinical Needs, Research Promises and Technical Solutions, B.U.F.F., Berlin, Germany
1997
Scholarship Award for Ph.D. studies, The Stroke Association, King’s College, University of London, London, UK
Travel Stipends, International Society for Magnetic Resonance in Medicine, 13th Annual Meeting, Miami, Florida, USA, 2005, 12th Annual Meeting, Kyoto, Japan, 2004, 11th Annual Meeting, Toronto, Canada, 2003, 9th Annual Meeting, Glasgow, Scotland, UK, 2001
Travel Award, Organization for Human Brain Mapping, 6th Annual Meeting, San Antonio, Texas, USA, 2000
Travel Stipends, British Chapter of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine, 5th Annual Meeting, London, 1999, 3rd Annual Meeting, Manchester, UK, 1997
Travel Award, European Society for Magnetic Resonance in Medicine & Biology, 15th Annual Meeting, Geneva, Switzerland, 1998

Research Scientific Interests

 
Methodological advances in magnetic resonance imaging, including imaging with ultra-high magnetic fields
Ultra high resolution in functional magnetic resonance imaging
Clinical neuro applications with ultra-high field MRI

Univ. - Prof. Dr. med. Arnd Dörfler

17.12.1967
Born in Karlsruhe, Germany
1987 - 1994
Human Medicine Studies at the Universities of Heidelberg and Zurich
1994
Doctorate (Dr. med.)
University of Heidelberg, Department of Neuroradiology
‘Magnetic resonance tomography in the acute phase of cerebral ischemia - animal experiments using two ischemia models’
2002

Habilitation including venia legendi
University of Duisburg-Essen, Essen, Germany
‘Radiological diagnosis and therapy of middle cerebral artery infarction’
4.2000
Board Certification in ‘Diagnostic Radiology’
7.2003
Board Certification in ‘Neuroradiology’
2006

Master’s Degree ‘Management of Health and Social Facilities’
University of Kaiserslautern and Witten/Herdecke, Germany
12.1994 - 5.1995
Department of Neuroradiology, University Hospital Heidelberg
6.1995 - 5.1996
Department of Neurology, University Hospital Heidelberg (‘clinical year’)
6.1996 - 6.1997
Department of Neuroradiology, University Hospital Heidelberg
7.1997- 11.2004
Institute for Diagnostic and Interventional Radiology and Neuroradiology, Essen University Hospital
since 12.2004
Head of Department of Neuroradiology, University Hospital Erlangen
Professorship (C3, Extraordinarius) of Neuroradiology at Friedrich-Alexander-University, Erlangen-Nuremberg
since 8.2014
Professor (W3, Ordinarius) of Neuroradiology at Friedrich-Alexander-University, Erlangen-Nuremberg
2013
Offer of an appointment as full professor (W3) of Neuroradiology at the Charité, University Medicine Berlin, declined after being offered a W3 professorship at Friedrich-Alexander-University, Erlangen-Nuremberg in 7/2014
5/2016
Offer of an appointment as full professor of Neuroradiology at the University of Zurich, in conjunction with the directorship of the Medical Center of Neuroradiology at University Hospital Zurich (declined in 10/2016)

Further activities

 
More than 300 publications in scientific journals
Author of 17 book chapters and 24 review articles
Expert reviewer for more than 10 scientific journals and a number of national (e.g. DFG) and international funding organizations (e.g. SNF, NIH) and societies
Since 2006
Extended board member of the German Society for Neuroradiology (DGNR)
Since 2014
Full board member of the German Society for Neuroradiology (DGNR)
2016 - 2018
President of the German Society for Neuroradiology (DGNR)
Since 2019
Board Member of the German Radiological Society (DRG)
Past-President of the German Society for Neuroradiology (DGNR)

Research Interests

Honors (selected)

1998
“Certificate of Excellence“ Symposium Neuroradiologicum, Philadelphia, USA
2002
Kurt-Decker Award of the German Society for Neuroradiology
2006
Felix-Wachsmann Award of the Academy for education and training of the German Radiological Society
2010
‘Best in science’ Award, Society for Vascular and Interventional Neurology, San Francisco, USA
2013
Glaucoma Research Award, German Ophthalmological Society

Univ. - Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd

7.9.1967
Born in Wayne, Michigan, USA
1982 – 1985

High School Diploma
John Glenn High School, Westland, Michigan, USA
1985 – 1989

Bachelor of Science in Engineering
University of Michigan, Ann Arbor, USA
1989 – 1991

Master of Science in Electrical Engineering
Stanford University, Stanford, California, USA
1995 – 1998

PhD (Dr. sc. techn.)
Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Zurich, Switzerland
2001

Habilitation (post-doctoral thesis) with venia legendi
University of Duisburg-Essen, Essen, Germany
1986, 1987

General Motors Corporation, Warren, Michigan USA
Advanced Manufacturing Engineering Staff
Engineering Intern
1989 – 1991

Stanford University, Stanford, California, USA
Space, Telecommunications and Radioscience Laboratory
Research Assistant
1992 – 1994

General Electric Medical Systems, Milwaukee, Wisconsin USA
Engineer
1994 – 1999

General Electric Medical Systems in cooperation with University Hospital Zurich, Switzerland
Advanced Systems Engineer
1999 – 2004

University Hospital Essen, Germany
Department of Diagnostic and Interventional Radiology and Neuroradiology
Senior Physicist
2000 – 2010

MR-Innovation GmbH, Essen, Germany
Vice President Research and Development and Safety Officer
2004 – 2013

University Hospital Essen, Germany
Department of Diagnostic and Interventional Radiology and Neuroradiology
Professor of Biomedical Imaging
2006 – 2013

University of Duisburg-Essen, Essen, Germany
Erwin L. Hahn Institute for Magnetic Resonance Imaging
Director
Since 2013

University of Duisburg-Essen, Essen, Germany
Erwin L. Hahn Institute for Magnetic Resonance Imaging
Principle Investigator
Since 2013

University of Heidelberg, Germany
Medical Faculty
Professor for Medical Physics in Radiodiagnostics and Biophysics
Since 2013

German Cancer Research Center (DKFZ), Heidelberg, Germany
Division of Medical Physics in Radiology
Head

Further Activities

 
More than 260 publications in scientific journals
Author of 11 book chapters and 20 review articles
Reviewer for more than 20 scientific journals and a variety of national and international funding organizations and professional societies
2010 – 2013

Board of Trustees, International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM)
2012 – 2018

Deputy Editor of „Magnetic Resonance in Medicine”
2013

Guest Editor of „Investigative Radiology”, Special Issue on Clinical Advances with 7 Tesla
2013 – 2017

Governing Committee of the High Field Systems & Applications Study Group, International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM)
Since 2013

Scientific Advisory Board of „Der Radiologe“
2016
Co-Chair of Workshop „UHF MRI: Technological Advances & Clinical Applications”, International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM)
2017 – 2018

Vice President of the German Society for Medical Physics (DGMP)
Since 2019

President of the German Society for Medical Physics (DGMP)

Research Interests

 
Methodological advances in magnetic resonance imaging and spectroscopy, including imaging with ultra-high magnetic fields, parallel transmission, MRI safety, and magnetic resonance-guided radiotherapy

Honors (selected)

2000

Award winner in the Competition for the Promotion of Young Academicians as part of the Program for Research Innovation of the State of North Rhine-Westphalia, Germany
2006

Award winner in the Innovation Competition for the Promotion of Medical Engineering of the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF)
2012

Recipient of an Advanced Grant from the European Research Council (ERC)
 
Multimodal imaging approaches of neurological disease
7 Tesla high-field MR neuroimaging
Interventional neuroradiology

Contact

Press

Ulrich Künzel
Communications, Media Relations
Siemens Healthcare GmbH

Karlheinz-Kaske-Str. 5

91052 Erlangen

Mobilw: +49 (0) 162 / 24 33 492
E-Mail: ulrich.kuenzel@siemens-healthineers.com


Spokesperson

Christina Triantafyllou,Ph.D.
Siemens Healthcare GmbH
Allee am Röthelheimpark 2
91052 Erlangen
Phone: +49 (0) 9131 / 84 54 94
E-Mail: christina.triantafyllou@siemens-healthineers.com

A description provided by the institutes and companies regarding their nominated projects

Magnetic resonance imaging (MRI) – also known as magnetic resonance tomography – is now the leading diagnostic imaging method and plays a crucial role in the diagnosis of a large number of diseases. With the development of Siemens Healthineers’ Magnetom Terra, the first ultra-high-field MRI system for clinical use, Christina Triantafyllou Ph.D., Prof. Mark E. Ladd and Univ.-Prof. Arnd Dörfler achieved a breakthrough in diagnostic imaging and at the same time established 7 Tesla as a new clinical field strength. The new system is the first in the world to enable the use of ultra-high-field MRI in clinical applications. The research and development team has thus broken new grounds in medical imaging and reached a significant milestone in the history of MRI.

In particular, for diseases of the central nervous system, internal organs, blood vessels and musculoskeletal system, 7-Tesla MRI offers precise visualisation of the smallest structures in the human body and thus often the best possible diagnosis. Particularly in the early stages of diseases such as multiple sclerosis (MS) and neurodegenerative diseases, for example dementia and Parkinson's disease, pathological changes are often not sufficiently pronounced to be diagnosed using the clinically established MRI systems at lower field strengths. The image quality and spatial resolution achievable using conventional MRI systems are not always adequate for this purpose. Consequently, before the diagnosis is achieved or the treatment is started, valuable time might be lost. The Magnetom Terra from Siemens Healthineers promises a fundamental improvement here: Magnetom Terra’s ultra-high-field imaging provides a very high level of detail and is thus able to reveal the slightest changes in the anatomy and even in the function of organs. This helps to enable firstly very early diagnosis and secondly reliable differentiation from other diseases, something which was not achievable with previous clinically established field strengths.

In 2017, with Magnetom Terra, the German-Future-Prize-nominated research and development team made possible that ultra-high-field MRI with a field strength of 7 Tesla, which has only been utilized in basic research since the early 2000s, became available for clinical use worldwide, for the first time, as a new and effective diagnostic method – consequently also benefiting patients directly. Christina Triantafyllou leads the global team ‘Ultra-High-Field MRI Solutions’ at Siemens Healthineers, Mark E. Ladd is head of the Division of Medical Physics in Radiology of the German Cancer Research Center in Heidelberg and Arnd Dörfler heads the Neuroradiological Department at the University Hospital of the Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nuremberg.

Besides making ultra-high-field MRI at 7 Tesla available for use in a clinical environment, Magnetom Terra also represents an engineering accomplishment that had not previously been achieved: not only new safety concepts have been designed for use on humans, but also a brand new designed, innovative actively-shielded magnet has been developed, which is only half as heavy as the magnets used in previous research systems. Magnetom Terra is therefore much easier to transport and, in particular, easier to integrate into existing hospital infrastructure. Time-consuming and costly construction of new buildings can thus be avoided. A further innovation is Magnetom Terra’s dual-mode functionality, which enables users to switch directly between clinical and research use. The system thus offers the ideal platform for translational research – the latest research developments can therefore be used directly for the benefit of patients.

Early diagnosis and more effective countermeasures to combat multiple sclerosis
The innovative metabolic imaging technology of Magnetom Terra can render pathological changes visible at the metabolic level, even before they manifest themselves either morphologically and anatomically. Here, the field strength of 7 Tesla, which is equivalent to approximately 140,000 times the strength of the earth’s magnetic field, produces impressive results. While it was previously only possible to detect pathological changes on clinical images only at the advanced stages of MS, for example at 7 Tesla these can often be identified in earlier stage of the disease. Furthermore, smaller lesions in the brain’s gray matter can be detected, which previously was not possible. Subsequently, such early diagnosis and prompt initial treatment are of particular importance for MS patients, many of whom are young, in delaying the onset of disability or even preventing it entirely as the disease progresses.[1], [2]

Precise identification of epileptogenic foci
Epilepsy is one of the most common neurological conditions. In Germany alone, there are around half a million epilepsy patients. Even given the best drug treatment, a considerable proportion of these patients do not remain seizure-free, which greatly restricts the lives of those affected. On the other hand, this patient group may benefit from a higher success rate from epilepsy surgery. This intervention involves the surgical removal of epileptogenic foci from the patient’s brain. After complete removal, patients can live seizure-free. Magnetom Terra’s outstanding detail resolution makes it possible for epileptogenic foci to be diagnosed more precisely or even initially identified as such. This makes interventions more reliable, enabling those affected to regain their original quality of life.[3], [4]

Sodium imaging for neurodegenerative diseases
With dementia disorders, a diagnosis can generally be made only in the advanced stages. Morphological damage in the brain will then already have occurred. Here, too, Magnetom Terra offers new possibilities for detecting Parkinson’s disease or Alzheimer’s disease at an early stage. Using ultra-high-field MRI, the deposits typical of Alzheimer’s can be shown better than previously, and in the case of Parkinson’s, structural changes in very specific areas of the brain can reliably be detected at an early stage. Here, anatomically visible features play as much a role [5] as metabolic changes, which can be shown clearly for example by sodium imaging.[6] The release of Magnetom Terra’s sodium-based metabolic MRI imaging system for clinical use in Europe and the USA in 2018 was a worlds first.

Improved treatment monitoring in oncology
In oncology, Magnetom Terra also offers new opportunities for early treatment and better monitoring. While cancers can frequently be diagnosed using previously clinically established field strengths, weeks can often pass until it is clear whether a treatment has been effective. Using biomarkers, ultra-high-field MRI has succeeded in clinical research in characterizing brain tumors in a way that enables improved prognosis of disease outcome and especially individualized treatment – in line with the goals of precision medicine.[7] The formation of new blood vessels typical of aggressive tumors can be rendered visible at 7 Tesla and used clinically in diagnostics and treatment monitoring. Furthermore, the examination of metabolic processes by means of spectroscopic methods, as well as imaging with sodium, also open up new possibilities for characterizing tumors.1, [8], [9]

The physicist Christina Triantafyllou was a driving force behind the development of Magnetom Terra, the first system in the world to establish the technical prerequisites for the clinical application of 7-Tesla imaging. Mark E. Ladd, senior physicist at the German Cancer Research Center in Heidelberg, played a prominent part in the research developments of the first 7-Tesla MRI systems installed at the University Hospital in Essen and in Heidelberg in the 2000s. He also played a significant role in Magnetom Terra’s clinical approval process. The radiologist and neuroradiologist Arnd Dörfler was involved in the development phase: in particular, he played a key role in the clinical implementation and validation of the world’s first 7 Tesla MRI system designed for clinical operation at the University Hospital of Erlangen and in the clinical approval of Magnetom Terra.

¹ Research mode is still under development and not commercially available in the U.S. and other countries. Its future availability cannot be ensured.

Siemens Healthineers enables healthcare providers worldwide to increase value by empowering them on their journey towards expanding precision medicine, transforming care delivery, improving patient experience and digitalizing healthcare. A leader in medical technology, Siemens Healthineers is constantly innovating its portfolio of products and services in its core areas of diagnostic and therapeutic imaging and in laboratory diagnostics and molecular medicine. Siemens Healthineers is also actively developing its digital health services and enterprise services. In fiscal 2018, which ended on September 30, 2018, Siemens Healthineers generated revenue of €13.4 billion and adjusted profit of €2.3 billion and has about 50,000 employees worldwide. Further information is available at www.siemens-healthineers.com.

The German Cancer Research Center (Deutsches Krebsforschungszentrum, DKFZ) with its more than 3,000 employees is the largest biomedical research institution in Germany. At DKFZ, more than 1,300 scientists investigate how cancer develops, identify cancer risk factors and endeavor to find new strategies to prevent people from getting cancer. They develop novel approaches to make tumor diagnosis more precise and treatment of cancer patients more successful. 

DKFZ’s Cancer Information Service (KID) provides individual answers to all questions about cancer for patients, the general public, and health care professionals. 

Jointly with partners from Heidelberg University Hospital, DKFZ runs the National Center for Tumor Diseases (NCT) located in Heidelberg and Dresden, and, also in Heidelberg, the Hopp Children’s Cancer Center (KiTZ). In the German Cancer Consortium (DKTK), one of six German Centers for Health Research, DKFZ maintains translational centers at seven university partnering sites. Combining excellent university hospitals with high-profile research at a Helmholtz Center at the NCT and DKTK sites is an important contribution to the endeavor of translating promising approaches from cancer research into the clinic in order to improve the chances of cancer patients. 

DKFZ is a member of the Helmholtz Association of National Research Centers, with ninety percent of its funding coming from the German Federal Ministry of Education and Research and the remaining ten percent from the State of Baden-Württemberg.

With its 50 departments and institutes, Universitätsklinikum (University Hospital) Erlangen covers all areas of modern medicine. The majority of buildings of the University Hospital are located centrally by the Schlossgarten and house approximately 1350 beds. Patient care, research and teaching are interconnected on a highly sophisticated level. Patients benefit from state-of-the-art treatment methods that are often not yet available at other facilities. In 2018 over 545.000 outpatients have been treated, as well as 65.000 inpatients. Comprehensive quality assurance systems ensure optimal patient care from arrival to discharge. More than 7700 employees in interdisciplinary teams are committed to this goal. They are united in what they strive to achieve: to alleviate suffering and to heal diseases.

Bibliography

[1] Springer E, Dymerska B, Cardoso PL., Robinson SD, Weisstanner C, Wiest R, Schmitt B, Trattnig S (2016): Comparison of Routine Brain Imaging at 3 T and 7 T. Invest Radiol. 51(8), p. 469-82: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26863580.

[2] Obusez EC, Lowe M, Oh SH, Wang I, Jennifer Bullen, Ruggieri P, Hill V, Lockwood D, Emch T, Moon D, Loy G, Lee J, Kiczek M, Manoj Massand, Statsevych V, Stultz T, Jones SE (2018): 7T MR of intracranial pathology: Preliminary observations and comparisons to 3T and 1.5T. Neuroimage, 168, p. 459-476: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27915116.

[3] Davis KA, Nanga RP, Das S, Chen SH, Hadar PN, Pollard JR, Lucas TH, Shinohara RT, Litt B, Hariharan H, Elliott MA, Detre JA, Reddy R. (2015): Glutamate imaging (GluCEST) lateralizes epileptic foci in nonlesional temporal lobe epilepsy. Sci Transl Med, 7(309):309ra161: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26468323.

[4] Veersema TJ, Ferrier CH, van Eijsden P, Gosselaar PH, Aronica E, Visser F, Zwanenburg JM, de Kort GAP, Hendrikse J, Luijten PR, Braun KPJ (2017): Seven tesla MRI improves detection of focal cortical dysplasia in patients with refractory focal epilepsy. Veersema. Epilepsia Open, 2(2), p. 162-171: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29588945.

[5] Schmidt M, Engelhorn T, Marxreiter F, Winkler J, Lang S, Kloska S, Goelitz P, Doerfler A (2017): Ultra high-field SWI in the substantia nigra at 7T: reliability and consistency of the swallow-tail sign. BMC Neurology 17:194: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29073886.

[6] E.A. Mellon, D.T. Pilkinton, C.M. Clark, M.A. Elliott, W.R. Witschey 2nd, A. Borthakur, R. Reddy (2009): Sodium MR imaging detection of mild Alzheimer disease: preliminary study. AJNR 30(5):978-984: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19213826.

[7] Choi C, Ganji SK, DeBerardinis RJ, Hatanpaa KJ, Rakheja D, Kovacs Z, Yang XL, Mashimo T, Raisanen JM, Marin-Valencia I, Pascual JM, Madden CJ, Mickey BE, Malloy CR, Bachoo RM, Maher EA (2012): 2-hydroxyglutarate detection by magnetic resonance spectroscopy in subjects with IDH-mutated gliomas. Nature Medicine volume 18, p. 624–629: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22281806.

[8] Paech D, Windschuh J, Oberhollenzer J, Dreher C, Sahm F, Meissner JE, Goerke S, Schuenke P, Zaiss M, Regnery S, Bickelhaupt S, Bäumer P, Bendszus M, Wick W, Unterberg A, Bachert P, Ladd ME, Schlemmer HP, Radbruch A. (2018): Assessing the predictability of IDH mutation and MGMT methylation status in glioma patients using relaxation-compensated multipool CEST MRI at 7.0 T. Neuro Oncol 20(12):1661-1671: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29733378.

[9] Biller A, Badde S, Nagel A, Neumann JO, Wick W, Hertenstein A, Bendszus M, Sahm F, Benkhedah N, Kleesiek J. (2016): Improved Brain Tumor Classification by Sodium MR Imaging: Prediction of IDH Mutation Status and Tumor Progression. AJNR 37(1):66-73: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26494691.

The right to nominate outstanding achievements for the Deutscher Zukunftspreis is incumbent on leading German institutions in science and industry as well as foundations.


The project "Ultra-high-field MRI – Precision Medicine for the Good of the Patient" was submitted by 
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