Einleitung

Mit der Weiterentwicklung und Verbreitung radiologischer Techniken wie Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) hat in den letzten 2 Jahrzehnten die forensische Bildgebung einen immer größeren Stellenwert sowohl in der postmortalen als auch in der klinischen Rechtsmedizin eingenommen [1,2,3,4, 7,8,9, 11, 12, 14,15,16]. Um diese neuen Techniken und die damit verbundenen Möglichkeiten in der Rechtsmedizin gezielt einzusetzen und in Deutschland zu verbreiten, wurde im Rahmen der 93. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Rechtsmedizin (DGRM) in Heringsdorf 2014 die Arbeitsgemeinschaft für forensische Bildgebung (AGFB) gegründet. Eines der Ziele dieser Arbeitsgemeinschaft ist die Ausbildung der Personen, die für die Interpretation der rechtsmedizinisch generierten radiologischen Daten zuständig sind. Um solche Daten allen Mitgliedern der DGRM zugänglich zu machen, und zwar unabhängig davon, ob im eigenen Institut bereits eine Bildgebung angewendet wird oder nicht, begann die AGFB im Jahr 2015 mit der Entwicklung der Wissensbasierten Fallsammlung (WiFas) [5].

Mit der WiFas sollte erstmals eine Plattform angeboten werden, auf deren Grundlage verschiedenste Informationen aus den Bereichen der Rechtsmedizin und der Radiologie zusammenfließen können. Ziel des Projekts war es, den Mitgliedern sowohl die Möglichkeit zu geben, anhand einzelner Fälle zu lernen und zu lehren, als auch gezielt Fälle miteinander zu vergleichen.

Material und Methoden

Konzeption und Implementierung des Systems

Das vorliegende System wurde auf Basis von PHP, einer Skriptsprache mit einer an C und Perl angelehnten Syntax (ursprünglich: Personal Home Page Tools), die hauptsächlich zur Erstellung dynamischer Webseiten oder Webanwendungen verwendet wird, entwickelt, um die Erstellung und Verwaltung rechtsmedizinischer Fälle zu ermöglichen [13].

Im Vordergrund stand die Abbildung einer fachgebietsspezifischen Prozesskette, in der für die Teilbereiche wie z. B. Bildgebung, klinische Untersuchung, Leichenschau, Sektion sowie Fundort Sachverhalte innerhalb von Einzelgutachten abgebildet werden können. Um in diesem Prozess externe Dokumente, Bilder und Dateiarchive zu Einzelgutachten hinzuzufügen und zu verwalten, wurden fest definierte Schnittstellen zur Verfügung gestellt. Alle in diesem Zusammenhang stehenden Daten wurden durch ein freies, objektrelationales Datenbankmanagementsystem, eine PostgreSQL-Datenbank (https://www.postgresql.org/), verwaltet. Für die persistente Datenspeicherung wurde bis jetzt auf die Version 12 von PostgreSQL zurückgegriffen.

Aktuell werden das WiFas-System und alle in diesem Zusammenhang stehenden Daten durch das Forensic Sciences Investigation Lab (FoSIL) der Hochschule Mittweida auf einer eigens dafür in Betrieb genommenen Server-Hardware-Infrastruktur gehostet und betrieben. Sowohl die hardware- als auch softwareseitige Administration unterliegt dabei dem FoSIL.

Gestaltung der Suchmasken

Insgesamt 3 Eingabemasken wurden zur Verfügung gestellt, um die gezielte Suche nach bereits erstellten Fällen zu unterstützen.

Es wurde sowohl eine einfache Suche, die Fälle, basierend auf bestimmten Schlagwörtern, als auch eine grafische und detaillierte Suche in der PostgreSQL-Datenbank implementiert. Dabei wurde das Auswählen interaktiver Körperregionen auf einem anatomischen Modell bzw. durch UND-Verknüpfungen von Schlagworten zu den Themen Anatomie, Ursache und Fundort für den Datenbanknutzer ermöglicht.

Suchanfragen wurden so programmiert, dass diese ausschließlich über PostgreSQL (eine Datenbanksprache, auf deren Grundlage die Kommunikation wie z. B. das Bearbeiten und Abfragen von Datenbeständen) mit der zugrunde liegenden PostgreSQL-Datenbank erfolgen. Eine sukzessive Optimierung des Datenbanksystems umfasste den Einsatz von Indizes, die Analyse und Optimierung von Abfragen, die Reorganisation sowie die optimale Anpassung und Nutzung zur Verfügung stehender Systemressourcen.

Aufbau der Falleinstellung in die Datenbank

Für den „content upload“ wurden innerhalb des „user interface“ (UI, englisch für Benutzerschnittstelle) zahlreiche Möglichkeiten zur Verfügung gestellt, um die Systemintegration diverser Dateien, unterschiedlicher Typen, zu gewährleisten. Bisher wurde dabei auf Version 5.2.0 von DropzoneJS (https://www.dropzonejs.com/), eine Open-Source-Bibliothek für das Hochladen von Dateien per Drag & Drop mit integrierter Bildvorschau, zurückgegriffen.

Auf Grundlage der in der Programmiersprache JavaScript entwickelten Open-Source-Bibliotheken CornerstoneJS (https://cornerstonejs.org/), von Chris Hafey, und jQuery (https://jquery.com/) wurde es ermöglicht, nach erfolgtem Upload Bilddateien mit Annotationen zu versehen und somit näher zu beschreiben (unter einer Annotation ist an dieser Stelle ein markierter Bereich auf einem Bild zu verstehen, der zusätzlich textuell näher beschrieben werden kann (Abb. 1)). Das Durchsuchen, Bearbeiten sowie das Animieren von HTML-Dokumenten wurde mittels jQuery, das über eine benutzerfreundliche Programmierschnittstelle, eine „application programming interface (API)“, verfügt und für eine Vielzahl von Browsern unterstützt wird, ermöglicht.

Abb. 1
figure 1

Annotationen in einer hochgeladenen Fotografie

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Implementierung eines Viewers für Bilddaten

Zur Unterstützung eines robusten Parsens von DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)-Dateien, den in diesem Zusammenhang stehenden Übertragungssyntaxen sowie einer „Multi-threaded“-Bilddecodierung wurde CornerstoneJS gewählt.

Der modulare Aufbau von CornerstoneJS ermöglichte die einfache Entwicklung eigener Werkzeuge zur Interaktion mit DICOM-Dateien. Auch eine anschauliche Visualisierung medizinischer Daten im DICOM-Format sowie anderer Bildformate (*.gif, *.jpg, *.png etc.), wurde auf Grundlage von CornerstoneJS und einem systeminternen Bildbetrachter in die Datenbank integrierbar. Dies macht es möglich, dass innerhalb dieses Bildbetrachters komplette DICOM-Bildarchive näher analysiert und mithilfe unterschiedlicher Funktionen aus der CornerstoneJS-Bibliothek skaliert, gespiegelt, rotiert, interpoliert, invertiert, vermessen oder exportiert werden können.

Systemzugriff und Rollenverteilung

Jeder WiFas-Nutzer verfügt über ein systeminternes Nutzerkonto. Damit wird ein unautorisierter Systemzugriff von außen, durch unbefugte Personen, verhindert. Ein Nutzer-Rollen-Konzept trägt dazu bei, den systeminternen Informationszugriff zu steuern. Dabei ist ein Nutzerkonto, der personalisierte Systemzugang, mit einer bestimmten Rolle gekoppelt. Das bedeutet, dass ein Nutzer innerhalb des WiFas-Systems eine gewisse Rolle einnimmt, in der er über unterschiedliche Rechte verfügt. Diese Rechte gewährleisten ein Management bei Erstellen, Bearbeiten, Löschen und Exportieren fallspezifischer Daten und schließlich des gesamten systeminternen Informationszugriffs. Die Rollen- bzw. Rechtevergabe ist systemintern fest vorgeschrieben. Eine Änderung der Rechte einer Rolle würde demzufolge alle Nutzer betreffen, welche die zuvor geänderte Rolle besitzen. Neue Rollen können hinzugefügt werden und bereits existierende ggf. geändert oder gelöscht werden. Die Administration einzelner Rollen und deren Vergabe unterliegen dabei den Autoren. Nach erfolgter Registrierung und dem Einloggen in das WiFas-System (s. Abschn. „Arbeiten mit der WiFas, Einloggen“) verfügt ein Nutzer grundlegend über alle Rechte, welche das Management eigener fallspezifischer Daten gewährleisten. Erweiterte Rollen z. B. zur Prüfung fallspezifischer Daten im Rahmen eines Review-Prozesses (s. Abschn. „Ergebnisse – Etablierung der WiFas“), sowie Rollen zur systeminternen administrativen Verwaltung, unterliegen den Autoren. Die Rolle zur Prüfung fallspezifischer Daten im Rahmen eines Review-Prozesses kann fallspezifisch übertragen werden.

Anonymisierung

Von Beginn des Etablierungsprozesses der WiFas an stand die Anonymisierung der systemintern verwalteten Daten im Vordergrund. Die Anonymisierung wurde daher direkt nach dem Upload jeglicher Dateitypen implementiert, in dem der ursprüngliche Dateiname durch einen zuvor randomisiert erstellten 12-stelligen Dateinamen ersetzt wurde. Für die Anonymisierung patientenspezifischer, medizinischer DICOM-Daten, welche personenspezifische Informationen wie z. B. Name, Identifizierungsnummer oder Geburtsdatum sowie weitere personenspezifische Zeit- und Datumsangaben, auf der Metaebene enthalten können, wurde an den eigentlichen Datei‐Upload-Prozess ein weiterer Anonymisierungsschritt angeschlossen (Abb. 2). Des Weiteren wurde unabhängig vom Upload-Prozess eine zeitbasierte Ausführung von Anonymisierungsprozessen auf dem zugrunde liegenden Debian-Linux-Betriebssystem mittels sogenannter Cronjobs eingeführt.

Abb. 2
figure 2

Anonymisierung von DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)-Daten. Nach erfolgtem Datei‐Upload schließt sich ein Anonymisierungsschritt an, in dem patientenspezifische Informationen anonymisiert werden

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Fallsammlung

Um die erstellte Plattform mit ersten Fällen zu füllen, luden Mitglieder der AGFB eigene, interessante bereits abgeschlossene Fälle in anonymisierter Form in die Datenbank hoch. Hierzu wurde u. a. zusätzlich zu den 2‑mal im Jahr stattfindenden Arbeitsgemeinschaftstreffen ein Workshop im FoSIL der Hochschule Mittweida organisiert, sodass gemeinsam an zahlreichen Computern Fälle von den AGFB-Mitgliedern eingestellt werden konnten. Nach der Komplettierung des Hochladens eines Falls wurde dieser an die Editoren geschickt. Bevor die Freigabe erfolgte, wurde jeder Fall fachärztlich rechtsmedizinisch und radiologisch im Review-System überprüft. Erst nach erfolgter Freigabe wurde dieser Fall für alle Benutzer der Datenbank sichtbar.

Ergebnisse

Etablierung der WiFas

Dank der kontinuierlichen Zusammenarbeit der Mitglieder der AGFB und Weiterentwicklung der Prozesse ist aktuell eine Datenbank entstanden, die jedem Nutzer einen individuellen Zugang zu zahlreichen rechtsmedizinischen Fällen mit entweder klinischer oder postmortaler Bildgebung erlaubt.

Zum Zeitpunkt der Artikelerstellung befinden sich in der WiFas 32 Fälle. Von diesen sind 15 vollständig für alle Nutzer freigegeben. Des Weiteren befinden sich 17 von Nutzern hochgeladene Fälle in Bearbeitung bzw. im Review-Prozess.

Der Review-Prozess ist analog zu wissenschaftlichen Fachzeitschriften aufgebaut worden. Mindestens ein/eine rechtsmedizinischer/rechtsmedizinische Facharzt/Fachärztin und ein/eine radiologischer/radiologische Facharzt/Fachärztin, die jeweils entsprechende Erfahrung in der forensischen Bildgebung besitzen, begutachten jeden Fall. Die von den Rezensenten gemachten Anmerkungen können direkt online im Fall angeschaut und von der den Fall einstellenden Person korrigiert werden. Erst nach Freigabe durch beide Reviewer wird der Fall veröffentlicht.

Zur Zeit der Erstellung dieses Manuskripts befindet sich die Datenbank in der β‑Version und ist allen Mitgliedern der AGFB zugänglich. Die Datenbank ist über den Mitgliederbereich der Homepage der DGRM erreichbar, sodass sie auch für DGRM-Mitglieder außerhalb der AGFB genutzt werden kann. Passwörter können dort direkt von allen Mitgliedern über einen Anfrage-Link angefordert werden.

Arbeiten mit der WiFas

Einloggen

In der β‑Version der WiFas können sich Mitglieder der DGRM über den Mitgliederbereich der Internetseite der DGRM mittels eines Registrierungsformulars anmelden und erhalten so einen personifizierten Zugang zur Datenbank.

Nach dem Einloggen muss den aktuellen Datenschutzbestimmungen zugestimmt werden, bevor die Übersicht der vorhandenen Fälle erscheint. Die Datenschutzbestimmungen beinhalten u. a., dass ausschließlich die DGRM über das vollumfängliche Nutzungsrecht verfügt, die im WiFas-System zur Verfügung gestellten Inhalte (Bilder, Videos, Dokumente und Informationen) außerhalb des Systems zu verwenden bzw. für andere Personen freizugeben. Bei Nichtverwenden der Datenbank erfolgt ein automatisches Log-out nach 23 min.

Zur Zeit der Erstellung dieses Manuskripts können Mitglieder der DGRM über den Mitgliederbereich der Internetseite der DGRM, über eine Zwei-Wege-Authentifizierung, einen personifizierten Zugang zum WiFas-System erhalten. Nach durchgeführter Registrierung eines neuen Nutzers erfolgt eine Legitimierung durch eine systemverantwortliche Person, welche die Registrierung des neuen Nutzers nochmals an den Administrator betätigt.

Übersicht

In der Übersicht ist es möglich, durch die einzelnen Fälle zu scrollen und neben Identifikationsnummern, die bereits anzeigen, ob es sich um klinische oder postmortale Fälle handelt, erhält der Benutzer kurze Informationen zu den Fällen.

Suche

In der Taskleiste kann ferner die Suche direkt angewählt werden. Diese wiederum kann mittels Schlagwörtern, anhand von anatomischen Regionen, Fundort, Alter und Geschlecht oder angewandter Gewaltformen erfolgen (Abb. 3a, b).

Abb. 3
figure 3

a Suchmöglichkeit mittels Schlagwörtern und Körperregionen in der WiFas. b Suchmöglichkeit mittels Stichwörtern, Verletzungsursachen, Fundort, Alter und Geschlecht in der WiFas

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Nach Auswahl einer oder mehr Suchbegriffe werden dem Benutzer sämtliche in der Datenbank vorhandenen Fälle angezeigt, welche die zuvor festgelegten Suchkriterien erfüllen. Nun kann ein einzelner Fall ausgewählt oder die angezeigten Fälle verglichen werden.

Fallauswahl

Nach Auswahl eines Falls öffnet sich dieser mit einer allgemeinen Beschreibung, gefolgt von zu dem Fall hinterlegten Berichten und Bildmaterial.

Es können verschiedene Berichte z. B. Fundortbericht, äußere Leichenschau, Sektionsprotokoll bzw. Auszüge aus diesen oder auch klinische Untersuchungen mit entsprechender Fotodokumentation hinterlegt werden. Die Fotos enthalten erläuternde Bildunterschriften und Annotationen wichtiger Befunde, die mithilfe der Maus farblich hervorgehoben werden können.

DICOM-Viewer

Im Folgenden können dann einzelne Bilder als auch ganze DICOM-Dateien mit Schnittbildern angeschaut werden, welche die zu zeigenden Befunde wiedergeben. Hierbei kann eigenständig z. B. durch eine CT-Untersuchung einer Körperregion gescrollt werden. Alternativ können die Annotationen mittels Maustaste bemüht werden, um wichtige Befunde zu finden und ihr Erkennen zu erlernen (Abb. 4). Ein radiologischer Befundbericht bei komplexeren Befunden oder bei außergewöhnlicher Beschreibung ist ebenfalls abrufbar.

Abb. 4
figure 4

DICOM-Viewer der WiFas mit verschiedenen Funktionen (hier: Darstellung eines rupturierten Bauchaortenaneurysmas)

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Bei klinischen Fällen sind zusätzliche Untersuchungen und ggf. das weitere Vorgehen der Rechtsmedizin für den spezifischen Fall hinterlegt.

Ausblick

Geplant ist die interne Fortbildungspunktevergabe im Rahmen der Weiterbildungsakademie der DGRM für die Einstellung von neuen Fällen bzw. die Bearbeitung/Lösung von speziellen Lehrfällen für Assistenzärztinnen und -ärzte.

Diskussion

Dass die forensische Bildgebung während der letzten Jahre einen bedeutenden Stellenwert in der Rechtsmedizin eingenommen hat, zeigen u. a. zahlreiche wissenschaftliche Artikel, Kongressbeiträge als auch Lehrbücher. Sowohl die klinische forensische Bildgebung als auch die postmortale Bildgebung sind nicht mit der klinischen Radiologie gleichzusetzen [6, 10, 14].

Es sind die forensischen Fragestellungen sowohl bei der Erstellung des Bildmaterials als auch bei der Interpretation zu berücksichtigen. Dementsprechend müssen klinische CT- und MRT-Protokolle sowohl in der klinisch forensischen als auch postmortalen Bildgebung an die forensischen Bedürfnisse angepasst oder komplett neu implementiert werden. Postmortal ist mit den Leichenveränderungen eine weitere Anpassung des Protokolls für die Erstellung des Bildmaterials als auch ein Erlernen postmortaler Normalbefunde und „pitfalls“ im Vergleich zur klinischen Radiologie für die Interpretation notwendig [6]. Oftmals werden seitens der Ermittlungsbehörden zusätzlich rekonstruktive Fragen gestellt, deren Beantwortung rechtsmedizinisches Fachwissen zusätzlich zum radiologischen Wissen als auch gesonderte Rekonstruktionen der Bilddaten (z. B. VRT-Rekonstruktionen von CT-Daten) erfordert. Im gesamten Gebiet der forensischen Bildgebung ist dementsprechend interdisziplinäres radiologisches und rechtsmedizinisches Wissen notwendig.

In verschiedenen bereits erschienen Artikeln und Lehrbüchern ist lediglich das Betrachten einzelner Fotografien von Befunden möglich. Das selbstständige Erkennen und eine direkte Lernkontrolle, wie sie durch die WiFas gegeben sind, können diese Bücher jedoch nicht bieten. Sie vermitteln dementsprechend nicht denselben Lernerfolg.

Mit der wissensbasierten Fallsammlung der forensischen Bildgebung wird erstmals eine Plattform angeboten, auf deren Grundlage verschiedenste Informationen aus den Bereichen der Rechtsmedizin und der Radiologie zusammenzufließen können.

In der Datenbank ist es möglich, eine Übersicht von Fällen durchzuscrollen oder gezielt nach einzelnen Fällen zu suchen. Dies kann mittels Stichwortsuche, Körperregionen, Geschlecht, Alter oder Gewaltarten erfolgen. Der Vergleich sämtlicher Fälle, die den Suchkriterien entsprechen, ist so möglich. In einem Fall bekommt der Leser zunächst einen Überblick, wird dann durch verschiedene hinterlegte Dokumente wie z. B. den Fundortbericht, die äußere Leichenschau mit Fotos und Annotationen der Fotos zu der Sektion und den radiologischen Untersuchungen geführt. Zum Beispiel könnte neben der Sektion ein postmortales CT vorliegen, das im DICOM-Viewer selbst auf wichtige Befunde durchgeschaut werden kann. Zur Verbesserung des Lerneffekts ist es möglich, hier Markierungen und Beschreibungen mittels der Maus zu erhalten. Diese radiologischen Befunde können wiederum mit den Sektionsbefunden verglichen werden. Idealerweise befinden sich zusätzlich der radiologische Befundbericht und Auszüge aus dem Sektionsprotokoll als Datei im Anhang, sodass die Verschriftlichung der Befunde direkt mitgelernt werden kann.

Das Hochladen von Fällen in die WiFas bedarf, ähnlich dem Hochladen eines Artikels in einer Fachzeitschrift, einiger Vorbereitung. So müssen z. B. die verschiedenen Berichte anonymisiert werden. Ferner müssen sehr große DICOM-Datensätze auf wesentliche Bereiche beschränkt werden (z. B. CT-Abdomen anstelle eines Ganzkörper-Scans). Fehler oder Probleme mit der Benutzung der WiFas können direkt in dieser an den Administrator gemeldet werden. Sollte es zu systematischen Problemen mit der Anwenderfreundlichkeit der Datenbank kommen, können diese hierdurch bereits vor der geplanten Evaluation (s. unten) zeitnah behoben werden.

So kann benutzerindividuell je nach bereits bestehendem Wissen bzw. notwendiger Intensität des Lernens Fachwissen zu verschiedenen Fragestellungen im Bereich der forensischen Bildgebung von jedem Mitglied der DGRM erworben bzw. vertieft werden.

Unseres Wissens existiert bislang keine weitere solche Datenbank für forensische Bildgebung.

Dementsprechend hat die WiFas für alle Mitglieder der DGRM die Möglichkeit geschaffen, individuell forensische Bildgebung zu lernen und sich für die Verwendung der Bildgebung in der täglichen Routine vorzubereiten. Dies gewährt ein systematisches und fundiertes Erlernen der forensischen Bildgebung unabhängig davon, wie viele Untersuchungen im eigenen Institut durchgeführt werden.

Um diesen Lerneffekt zu evaluieren, ist die Durchführung einer Fragebogenstudie nach 1,5 Jahren geplant. Direkt online bei Zugriff auf die WiFas wird dem Nutzer einmalig ein standardisierter Fragebogen vorgelegt, in dem Punkte zum Aufbau und zur Anwenderfreundlichkeit der WiFas sowie zum eigenen Verwenden und zum Lernen abgefragt werden. Die Ergebnisse werden nach Abschluss der Befragung veröffentlicht.

Fazit für die Praxis

Die WiFas schließt auf interaktive Art und Weise die Lücke zwischen wachsenden Ansprüchen an forensisch-radiologischen Wissen und der derzeit noch limitierten Verbreitung desselben. Sie erlaubt somit Rechtsmedizinerinnen und Rechtsmedizinern der DGRM, sich auf die Verwendung der forensischen Bildgebung vorzubereiten oder sich bei bereits etablierter Anwendung darin zu verbessern.