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Science Insight: STIMULATE researcher develops innovative Halbach magnet for cost-effective MRI systems
The Research Campus STIMULATE at Otto von Guericke University (OVGU) Magdeburg has succeeded in creating a special technological basis for the next generation of mobile magnetic resonance imaging (MRI) systems. Researcher Marcus Prier, together with project partners, has developed and built a novel OSI² Halbach MRI System. It consists of small cube magnets, around 2,500 of which are combined in a special cylindrical arrangement. Each small magnet is individually aligned so that their small individual magnetic fields combine to form a large and homogeneous magnetic field inside the cylinder. At 50 mT (milli-Tesla), the overall magnetic field is rather weak and has the advantage that it does not extend far beyond the magnet itself. This means that the Halbach magnet can also be placed near other metallic equipment that would be attracted by stronger magnetic fields.
This development is part of an international project within the EURAMET network, which aims to create cost-effective, open-source low-field MRI systems. Compared to clinical high-field MRIs, low-field MRIs operate with a relatively weak magnetic field, but are significantly more compact, lighter, cheaper and do not require any special infrastructure. The vision: mobile MRI systems with a total weight of less than 100 kilograms and a material cost of less than 20,000 euros. These can later be replicated worldwide using open-source instructions and used either mobile or in clinics in remote regions.
In the project, Halbach MRI System are being set up at several project partners, such as the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Berlin and TÜBITAK in Istanbul, in order to compare their performance. This allows the manufacturing accuracy and reproducibility of the systems to be tested. The new MRI system is ideal for imaging the human head and extremities. One of the critical components for use as a medical device was developed for this purpose at the OVGU. The so-called SAR hardware monitor is responsible for patient monitoring and safety. In addition to hardware development, the project also includes new methods for model-based image reconstruction in order to generate images that are as accurate as possible from the raw data recorded.
The developed systems are currently being tested in collaboration with clinical radiologists to evaluate their image quality and practical suitability. In the long term, the technology is intended not only to improve medical care, but also to serve as an openly documented reference platform for science and industry – a step towards greater transparency, reproducibility and global accessibility in MRI technology.
Science Insight: STIMULATE-Forscher entwickelt neuartigen Halbach-Magnet für kostengünstige MRT-Systeme
Am Forschungscampus STIMULATE der Otto-von-Guericke-Universität (OVGU) Magdeburg ist es gelungen, eine besondere technologische Grundlage für die nächste Generation mobiler Magnetresonanztomografen (MRT) zu schaffen. Der Wissenschaftler Marcus Prier hat zusammen mit Projektpartnern ein neuartiges OSI² Halbach MRI System entwickelt und gebaut. Dieser besteht aus kleinen Würfelmagneten, von denen etwa 2500 Stück in einer speziellen zylindrischen Anordnung kombiniert werden. Jeder kleine Magnet ist individuell ausgerichtet, so dass sich deren kleine Einzelmagnetfelder zu einem großen und homogenen Magnetfeld im Inneren des Zylinders kombinieren. Das gesamte Magnetfeld ist mit 50 mT (Milli-Tesla) ein eher schwaches Magnetfeld und hat den Vorteil, dass es nicht weit nach außen über den Magneten selbst hinausreicht. Damit kann der Halbach-Magnet auch in der Nähe anderer metallischer Technik platziert werden, die von stärkeren Magnetfeldern angezogen würde.
Diese Entwicklung ist Teil eines internationalen Projekts im EURAMET-Netzwerk, das das Ziel verfolgt, kostengünstige, open-source (quelloffene) Niederfeld-MRT-Systeme zu schaffen. Niederfeld MRTs arbeiten im Vergleich zu klinischen Hochfeld-MRTs mit einem vergleichsweisen schwachen Magnetfeld, sind dadurch aber deutlich kompakter, leichter, günstiger und benötigen keine besondere Infrastruktur. Die Vision: Mobile MRT-Systeme mit einem Gesamtgewicht unter 100 Kilogramm und einem Materialpreis von unter 20.000 Euro. Diese können später über open-source Anleitungen weltweit nachgebaut und mobil oder auch in Kliniken entlegener Regionen eingesetzt werden.
Im Projekt werden bei mehreren Projektpartnern, wie der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin oder TÜBITAK in Istanbul, Halbach-MRTs aufgebaut, um ihre Performance anschließend zu vergleichen. So können die Herstellungsgenauigkeit und Reproduzierbarkeit der Systeme getestet werden. Das OSI² Halbach MRI System eignet sich ideal für die Bildgebung des menschlichen Kopfes und der Extremitäten. An der OVGU wurde hierfür eine der kritischen Komponenten für den Gebrauch als medizinisches Gerät entwickelt. Der sogenannte SAR-Hardware-Monitor ist für die Patientenüberwachung und -sicherheit verantwortlich. Neben der Hardware-Entwicklung umfasst das Projekt auch neue Verfahren zur modellbasierten Bildrekonstruktion, um aus den aufgenommenen Rohdaten möglichst präzise Bilder zu erzeugen.
Die entwickelten Systeme werden derzeit in Zusammenarbeit mit klinischen Radiolog:innen getestet, um ihre Bildqualität und Praxistauglichkeit zu bewerten. Langfristig soll die Technologie nicht nur die medizinische Versorgung verbessern, sondern auch der Wissenschaft und Industrie als offen dokumentierte Referenzplattform dienen – ein Schritt hin zu mehr Transparenz, Reproduzierbarkeit und weltweiter Zugänglichkeit in der MRT-Technologie.