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In Teil 1 dieses Beitrages aus der Reihe „Weiter- und Fortbildung“ wurde das digitaleBild erklärt. Im nunmehr 2. Teil werden das digitale Video sowie Möglichkeiten der Ar-chivierung von digitalem Bildmaterial besprochen. Die verwendeten Fachausdrückesind im Glossar am Ende des Beitrages erklärt.

Digitales Video

Beim digitalen Video wird der � Computer als Videorecorder eingesetzt. Aufzeich-nungsgeräte können die in allen Kliniken und in vielen Praxen vorhandenen Endo-skop-/Mikroskop-Kameras oder Makrovideokameras sein. Die Verbindung erfolgtüber ein S-VHS Kabel. Über diesen Anschluss sind auch flexible Videoendoskope undandere bildgebende Geräte wie z. B. Ultraschall anschließbar.

Videoauflösungen

Generell gilt, dass jede Aufzeichnung nur so gut wie das Original sein kann. Die ma-ximale Auflösung einer analogen Aufzeichnung entspricht dem PAL-Format und liegtbei 768 Zeilen x 576 Spalten, also insgesamt bei ungefähr 450.000 Bildpunkten. Die-se Auflösung wird insbesondere von den älteren Endoskop-Mikroskopkameras nichterreicht. Sehr gute Kameras haben heute eine Auflösung von ca. 400.000 Bildpunk-ten. Ebenso erfolgt die Aufzeichnung auf � analoge Videobänder nicht im vollenPAL-Format.VHS-Videorecorder erreichen eine Auflösung von 320 Zeilen x 200 Spal-ten. S-VHS beziehungsweise Hi8-Recorder erreichen eine Auflösung von 640 Zeilenx 480 Spalten. Im Vergleich dazu lässt sich durch eine direkte Digitalisierung eineranalogen Aufnahme eine maximale Qualität von 720 Zeilen x 576 Spalten erreichen.Hochleistungsvideokameras erlauben die Digitalisierung von Einzelbildern in einerQualität von bis zu 1,3 Mio. Bildpunkten. Abbildung 1 versucht die Unterschiede inder Bildqualität zwischen Aufnahmen mit einer digitalen Fotokamera und digitali-sierten Videoaufnahmen deutlich zu machen.

Farbkalibrierung

Neben der deutlich sichtbaren Abweichung in der Tiefenschärfe, demonstrieren dieseAufnahmen, dass in der Farbwiedergabe des Befundes zwischen den einzelnen Kame-rasystemen deutliche Unterschiede bestehen. Unabhängig von analoger oder digitalerDokumentation zeigt dieses Beispiel das � Problem der Farbkalibierung.Von analo-gen Kleinbildfilmen ist bekannt, dass die Farbemulsionen je nach Hersteller eine eige-ne Farbcharakteristik besitzen. Genau so sind digitale Fotokameras auf ein bestimm-tes Farbprofil eingerichtet. Beim Videobild jedoch beeinflussen mehrere Faktoren die

�Computer als Videorecorder

�Analoge Videoformate

�Problem der Farbkalibierung

Radiologe2001 · 41:100–111 © Springer-Verlag 2001

* Übernommen aus der Zeitschrift HNO, Springer-Verlag

Dr. Horst SchmidtHNO-Klinik,Westpfalz Klinikum, Helmut-Hartert-Straße 1, 67655 Kaiserslautern

RedaktionS. Feuerbach · Regensburg

G. van Kaick · Heidelberg

K. G. Hering · Dortmund

M.Walz · Mannheim

Die Beiträge der Rubrik „Weiterbildung“

sollen dem Stand des zur Facharztprüfung für

den Arzt für Diagnostische Radiologie

notwendigen Wissen entsprechen und

zugleich dem Facharzt in Klinik und Praxis als

Repetitorium dienen. Die Rubrik beschränkt

sich auf klinisch gesicherte Aussagen zum

Thema

H. Schmidt · N. StascheWestpfalz Klinikum, Kaiserslautern

Grundlagen und Praxis digitalerFoto- und Videodokumentation

Teil 2*

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Farbwiedergabe.Wer eine entzündliche Rötung bewertet und anlässlich einer Nachun-tersuchung behauptet, der Zustand habe sich gebessert oder verschlechtert, muss sichauf gleichbleibende Seh-Bedingungen verlassen können.Im klinischen Bereich kann je-doch bis jetzt ein standardisierter,definierter � Weißabgleich der Kamera nicht durch-geführt werden, weil entsprechende Systeme nicht angeboten werden. Selbst wenn dieeingesetzte Kamera einen automatischen Weißabgleich durchführt, so sollten für ver-gleichende Untersuchungen alle Geräte einer Videokette (Kamera,Monitor und Ausga-begeräte) einer Farbkalibrierung unterzogen werden.Elektronische Komponenten un-terliegen einem Alterungsprozess, sodass diese Justierung in bestimmten Zeitabstän-den kontrolliert werden muss.Leider werden Colorimeter oder Testbilder,mit denen derFarbverlauf bei klinischen Kamerasystemen in Übereinstimmung gebracht werdenkann, bislang nicht angeboten. Die Unterschiede in der Darstellung beruhen auch dar-auf, dass die Geräte einer Videokette mit abweichenden Farbsystemen arbeiten. CCD-Kamera und Monitor bewerten die Bilder nach den Farben des RGB-Raums. Druckerhingegen arbeiten mit den � vier Grundfarben des CMYK-Systems.

Das Monitorbild, dem für die Beurteilung medizinischer Befunde eine besondereBedeutung zukommt,kann auf drei verschiedene Arten kalibriert werden.Der automa-tischen oder halbautomatischen Kalibrierung mit Farbmessgeräten (� Colorimeter)steht die rein � visuelle Kalibrierung per Auge mit Gammakontrollfeld oder Farbtafelngegenüber.Bereits die einfache Kalibrierung mit Testbildern könnte entscheidend dazubeitragen,die Qualität der Farbübereinstimmung in klinischen Kamerassystemen deut-lich zu verbessern.In PC-gestützten Systemen lassen sich sogar mehrere Farbprofile hin-terlegen,die situationsangepasst – Tageslicht oder Kunstlicht – verwendet werden können.

Der PC

Prozessorleistung und Arbeitsspeicher sind bei der reinen Aufzeichnung eines digi-talen Videos von untergeordneter Bedeutung. Besondere Anforderungen werden je-doch an die � Qualität der Festplatte gestellt, deren Kapazität auf der einen Seite diemaximale Aufzeichnungsdauer begrenzt und deren hohe Datenübertragungsrate aufder anderen Seite eine optimale Bildqualität ermöglicht. Waren diese Anforderun-gen bis vor wenigen Jahren nur mit teuren, videooptimierten SCSI-Platten zu errei-chen, so bieten heute die kostengünstigeren EIDE-Platten, die in Standard-PCs ver-wendet werden, Datentransferraten, mit denen digitale Videoaufzeichnungen ver-lustfrei möglich sind. Durch Festplattenkapazitäten von mehr als 80 Gigabyte proPlatte sind Limits bezüglich der Aufzeichnungsdauer aufgehoben.

Ein solcher Standard-PC (2000 DM) muss mit einem Datenspeicher, z. B. einemCD-Brenner (ab 400 DM), oder einem DVD-RAM Laufwerk (ab 900 DM) aufgerüstetwerden. Weiterhin wird eine � Videokarte/Frame-Grabber-Karte benötigt. Pinnacle(miroVideo DC30) und Fast (AV-Master) sind die beiden großen Hersteller semipro-fessioneller Karten. Diese werden im Fachhandel zu Preisen zwischen 1000 und1500 DM angeboten und erlauben die verlustfreie Digitalisierung von Videos. Digita-lisierungen können ebenfalls mit Hilfe so genannter TV-Karten (Hauppauge, Terra-tec ...) angefertigt werden. Weiterhin gibt es Grafikkarten (ATI, Elsa ...) mit integrier-tem Videoeingang, mit denen ebenfalls Aufnahmen digitalisiert werden können. Die

�Weißabgleich

�Vier Grundfarben des CMYK-Systems

�Colorimeter�Visuelle Kalibrierung

�Qualität der Festplatte

Die Digitalisierung einer Videoaufnahme ist mit

jedem Standard-PC möglich

�Videokarte

Abb. 1 � Bildqualität eines Kehlkopfbefundes aufgenommen mit einer digitalen Fotokamera, einerdigitalen Videokamera und einer analogen Endokamera. ❖ Abbildung in Farbe siehe Seite 113

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optimale Aufnahmequalität lässt sich mit diesen Karten jedoch nicht erreichen. Ta-belle 1 zeigt eine Auswahl von Videokarten und videofähigen Graphikkarten.

Medizinproduktegesetz (MPG)

Ein digitales Videosystem lässt sich entsprechend der obigen Ausführungen für un-ter 4000 DM aufbauen. Damit können analoge Bandaufnahmen digitalisiert werden.Soll ein solches System in direktem Kontakt mit dem Patienten betrieben werden, sowerden Geräte benötigt, die nach den Vorgaben des Medizinproduktegesetzes (MPG)zertifiziert sind. Alle Geräte benötigen ein � CE-Zeichen. Nur wenige Hersteller (ISInformatik Systeme) bieten losgelöst von Software oder Kamerasystemen zertifizier-te PCs an, die an vorhandene bildgebende Geräte angeschlossen werden können. Beidiesen PCs erfolgt der Anschluss der Kamera, des Endoskopes oder des Ultraschall-gerätes über eine optische Kopplung an die Videokarte. Dadurch ist auch ein Einsatzim OP möglich. Soll ein solcher PC in einem Netzwerk betrieben werden, so sindauch an die verwendeten Netzwerkkarten besondere Anforderungen zu stellen. Ab-bildung 2 zeigt die Konfiguration beim Netzwerkeinsatz von Medical-PCs.

Die meisten Komplettsysteme sind in Kombination mit einer Kamera auf einespezielle Anwendung ausgerichtet – nur auf Stroboskopie,oder nur auf den Anschlusseiner Endoskopkamera. Obwohl der Anwender, sprich in diesem Fall der Arzt, für dieEinhaltung des Medizinproduktegesetzes mit verantwortlich ist, werden im Bereichvon Praxissoftware sogar Rechner angeboten, die nicht mit einem CE-Zeichen (MPG)ausgezeichnet sind. Im Schadensfall bei Vergehen drohen hierbei Bußgelder und Haft-strafen bis zu fünf Jahren. Im Übrigen gelten die Auflagen des Medizinproduktege-setzes auch für eine Aufzeichnung mit analogen Videorecordern. Auch für diese Ge-räte ist eine CE-Kennzeichnung nach dem Medizinproduktegesetz Pflicht.

Die Videokarte (Frame-Grabber-Karte)

Die Videokarte stellt die Schnittstelle zwischen der Kamera und dem Rechner dar.Ihre Aufgabe ist es, das Videosignal zu digitalisieren. Dies geschieht über einen be-stimmten Rechenalgorithmus, einen so genannten � Codec (Compression-Decom-pression). Wird die Rechenarbeit von einem eigenen Prozessor geleistet, der auf derVideokarte sitzt, spricht man von Hardware-Codec oder von � Hardwarekompres-sion. Wird diese Rechenarbeit softwaregesteuert vom Prozessor des PCs geleistet,spricht man von Software-Codec oder � Softwarekompression.Während die billige-ren Grafik- und TV-Karten mit einer Softwarekompression arbeiten, bedienen sich

Wird ein Videosystem in direktem Kontakt mit

Patienten betrieben, müssen die Geräte nach

dem Medizinproduktegesetz zertifiziert werden

�CE-Zeichen

�Codec

�Hardwarekompression

�Softwarekompression

Tabelle 1Videokarten und videofähige Graphikkarten (Auswahl)

Karte Kartentyp Internet Videoeingänge Kompressionsformate Kompression Preis ca. [DM](HW/SW)

miro video DC30 plus Video www.pinnaclesys.de S-VHS, Composite M-JPEG HW 1000miro video DV 500 Video www.pinnaclesys.de S-VHS, Composite, DV, MPEG2, M-JPEG HW 1800

IEEE 1394miro video DV 1000 Video www.pinnaclesys.de S-VHS, Composite, MPEG2 (Echtzeit), DV, HW 5000

IEEE 1394 M-JPEGATI all in wonder Graphik www.ati.com S-VHS, Composite M-JPEG, MPEG2 SW 400Elsa Erazor III Video Graphik www.elsa.de S-VHS, Composite M-JPEG SW 300Matrox Marvel G-400 TV Graphik www.matrox.com S-VHS, Composite M-JPEG, MPEG2 HW 700Matrox RT2000 Video www.matrox.com S-VHS, Composite, MPEG2(Echtzeit) DV HW 3000

IEEE 1394Fast AV Master 2000 Video www.fastmultimedia.de S-VHS, Composite M-JPEG HW 1000Fast DV-Master Video www.fastmultimedia.de S-VHS, IEEE 1394 DV HW 3000Fast DV Master pro Video www.fastmultimedia.de S-VHS, IEEE 1394 DV HW 4500

HW: Hardwarekomprimierung, SW: Softwarekomprimierung

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die teureren semiprofessionellen Karten der Hardwarekompression. Hardwarekom-primierte Aufnahmen müssen bei der Wiedergabe von der gleichen Videokarte wie-der dekomprimiert werden. Entspricht die Bildqualität bei einer Hardwarekompres-sion dem Original, so ist diese bei softwarekomprimierten Aufnahmen meist schlech-ter. Softwarekomprimierte Aufnahmen lassen sich jedoch unabhängig von der ver-wendeten Videokarte auf jedem beliebigen PC abspielen.

Videokompression (Formate)

Das Problem des digitalen Videos besteht in der großen Datenmenge, die bei der Er-stellung solcher Dokumente anfällt. In Echtzeit-Darstellung entsteht ohne Ton einDatenstrom von 22 MB/s. Neben der Digitalisierung ist es auch Aufgabe der Frame-Grabber-Karte, das Video zu komprimieren. Je höher sich die Kompressionsrate ein-stellen lässt, ohne dass Bildverluste auftreten, desto besser ist der verwendete � Kom-pressionsalgorithmus, desto besser ist die Frame-Grabber-Karte und umso kleinerwird die Videodatei, die bei der Aufzeichnung entsteht. Jeder Hersteller hat seinen ei-genen Kompressionsalgorithmus, und in vielen Fällen sind unterschiedliche Video-karten eines Herstellers nur bedingt kompatibel.

Digitale Kompressionsformate

Ähnlich wie es beim analogen Video die Formate VHS, S-VHS, Hi 8 usw. gibt, so gibtes unterschiedliche digitale Kompressionsformate.

� Motion-JPEG ist das geläufigste Kompressionsformat und wird auch bei den o.g.Videokarten verwendet. Bei diesem Format wird jedes einzelne Bild komprimiert. Beivoller Auflösung werden im PAL-Format 25 einzelne Bilder pro Sekunde komprimiert.

Im Gegensatz dazu wird bei den Formaten � MPEG 1 und MPEG 2 nur jedes12.Bild,das so genannte � I-Frame (Intra Frame),gespeichert.Für die dazwischenlie-genden Bilder werden jeweils nur die Änderungen erfasst. MPEG speichert, wie mandie Originalbilder durch Verschieben von Teilen aus vorangehenden oder nachfolgen-den Bildern zurückgewinnen kann.Hierbei kommen zwei Verfahren zur Anwendung.Beim so genannten � P-Frame (Predicted Frame) wird die Information abgespeichert,die sich durch Vergleich mit dem vorausgehenden I-Frame ergibt. Beim so genannten� B-Frame (Bi-directional Frame) wird die Information abgespeichert, die sich ausdem Vergleich mit vorausgehenden und nachfolgenden Bildern ergibt.

Dadurch ist dieses Format sehr platzsparend. Während MPEG 1 nur für Internetund CD-Anwendungen konzipiert ist, stellt MPEG 2 den Komprimierungsalgorithmus

�Kompressionsalgorithmus

�Motion-JPEG

�MPEG� I-Frame

�P-Frame

�B-Frame

Abb. 2 � Netzwerkkonfiguration mit Medical-PCs nach MPG.❖ Abbildung in Farbe siehe Seite 114

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für den digitalen Spielfilm auf DVD und damit das Kompressionsformat der Zukunftdar. Frame-Grabber-Karten, die in der Lage sind, einen Videostrom in Echtzeit nachMPEG 2 (Miro DC-1000; 5000 DM) umzuwandeln, sind jedoch derzeit noch sehr teuer.

Um ein Video zu digitalisieren, muss die verwendete Videokarte in der Lage sein,den Videosstrom zeitgleich zu digitalisieren und zu komprimieren. Umgekehrt mussbeim Abspielen des digitalen Videos die Information zeitgleich dekomprimiert wer-den. Ist der Rechenaufwand für die Kompression und für die Dekompression iden-tisch,so spricht man von einem � symmetrischen Kompressionsverfahren. Im Gegen-satz hierzu bedienen sich viele TV-fähige Grafik-und Videokarten, die damit werben,Videos nach dem MPEG-2-Format herstellen zu können,sogenannter asymmetrischerKompressionsverfahren. Damit kann ein im Motion-JPEG-Verfahren digitalisiertesVideo nach MPEG 2 umgewandelt werden, wodurch die Dateigröße bei gleicher Qua-lität deutlich reduziert wird. Die Umwandlung (Umkompression) von einer MinuteFilm benötigt jedoch teilweise bis zu einer Stunde an Rechenzeit.Die Wiedergabe (De-kompression) ist weniger rechenaufwändig und erfolgt wiederum in Echtzeit.Da die-se Systeme für die Erstellung eines Videos wesentlich mehr Rechenzeit beanspruchenals für die Wiedergabe, spricht man von � asymmetrischen Kompressionverfahren.

Einen Dritten Standard stellt das von Sony entwickelte � DV-Format dar,welchesbei den Home-Videokameras (DV-Camcorder) gebräuchlich ist. Ähnlich wie beimMotion-JPEG-Verfahren erfolgt eine Einzelbildkompression. Diese geschieht jedochbereits in der Kamera. Diese Kamerasysteme, die Videoaufnahmen mit einer Auflö-sung von 720 Zeilen x 576 Spalten aufzeichnen können, sind auch in der Lage, Einzel-bilder mit einer Auflösung von 1024×768 Bildpunkten aufzunehmen. Obwohl sichdiese Kameras mit ihrer geringen Größe für eine Kopplung mit einem Mikroskopeignen würden, haben sie auf Grund der Vorgaben des Medizinproduktegesetzes bis-her � noch keine Verbreitung in medizinischen Anwendungen gefunden. Trotzdemgibt es Hersteller, die passende C-mount-Adapter für diese Geräte liefern.

Da die Bildinformationen bereits in der Kamera digitalisiert werden, entfällt ei-ne Digitalisierung im PC.Die digitalen Bilddaten können über eine IEEE1394-Schnitt-stelle (Firewire) von der Kamera in den PC übertragen und dort nachbearbeitet wer-den.Dieser Vorgang entspricht dem Überspielen eines Videobandes,erfolgt aber ohneQualitätsverluste.Viele neuere PCs sind bereits mit einer IEEE-1394-Schnittstelle aus-gestattet.Alternativ lässt sich ein Rechner mit einer entsprechenden IEEE-1394-Kar-te (250–400 DM) nachrüsten. Mit speziellen digitalen Videokarten, die für Preise ab3000 DM angeboten werden, gelingt mit solchen Systemen auch die zeitgleiche Erfas-sung und Bearbeitung von zwei Videosignalen in DV-Qualität.

Videoschnittsystem

Hat man einzelne Videoclips aufgezeichnet, so steht man im Falle einer Präsentationvor der Aufgabe, diese zusammenzufassen und sie gegebenenfalls mit Effekten, Über-schriften oder Überblendungen zu versehen. Diese Aufgabe lässt sich mit � Video-schnittsoftware meistern.

Während die Aufzeichnung von Filmsequenzen bei einer Hardwarekompressionbereits mit einem Pentium-100-Rechner möglich ist, erfordert die Nachbearbeitungvon Filmen maximale Rechnerleistung. Preis und Leistungsumfang der einzelnenProgramme korrelieren miteinander. Die Palette beginnt mit Shareware für 40 DMund endet bei professionellen Programmen für mehrere 10.000 DM, die Videos imVollformat in Echtzeit verarbeiten können. Dazwischen sind bei einem fast unendli-chen Softwareangebot alle denkbaren Kombinationen möglich.

Bevor man sich für ein Produkt entscheidet, sollte man klären, welche � Anfor-derungen an spätere Videoproduktionen gestellt werden. Sollen nur Motion-JPEG-Filme verarbeitet werden, oder auch die Verarbeitung von MPEG-2- oder DV-For-maten möglich sein? Bedarf es einer zeitsparenden Vorschau (Preview)funktion, dievon teureren Produkten beherrscht wird, oder kann das Video nach einer oder meh-reren Änderungen jeweils neu (teilweise über Stunden) berechnet werden? Wie vie-le Film- oder Tonspuren und welche der Animations- und Überblendeffekte werdenbenötigt?

Auch über die � Dauer des fertigen Films sollte man sich im Klaren sein. Daviele Programme die einzelnen Szenen in einer neuen Datei zusammenfassen, er-

�SymmetrischesKompressionsverfahren

�AsymmetrischesKompressionverfahren

�DV-Format

�Noch keine Verbreitung in medizinischen Anwendungen

�Videoschnittsoftware

Die Nachbearbeitung von Filmen erfordert

die maximale Rechnerleistung

�Anforderungen an spätere Videoproduktionen

�Dauer des fertigen Films

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reicht man bei hoher Qualität nach nur etwa zehn Minuten Filmzeit die Grenze vonzwei Gigabyte, die für einen Teil der Programme die maximale Größe einer einzelnenDatei darstellt. Abhilfe schaffen hierbei Programme, die sich über diese Partitionie-rungsvorgaben hinwegsetzen, oder die keine komplett neue Videodatei erzeugen,sondern die verwendeten Filmsequenzen lückenlos in der festgelegten Reihenfolgeauch von unterschiedlichen Verzeichnissen und Festplatten aneinanderhängen. Die-ses Verfahren bietet zudem den Vorteil, dass es weniger rechenintensiv ist und dieursprüngliche Qualität unverändert erhalten bleibt. Im Gegensatz dazu treten beiProgrammen, die die Videosequenzen erst dekomprimieren, um sie dann zu einerneuen gemeinsamen Datei zu komprimieren, teilweise deutliche Qualitätsverlusteauf. Insbesondere � komplizierte Überblendeffekte können bei diesem Verfahrenzu Bildverzerrungen führen.

Im Semiprofi-Segment beherrschen mit Preisen zwischen 1000 und 2000 DMdie Programme „Adobe Premiere“ und „Ulead Media Studio“ im Windowsbereichden Markt. Für Apple-Geräte steht „Final cut pro“ zur Verfügung. Mit diesen Pro-grammen sind Filmproduktionen möglich, die in Bildqualität und ihren Effektendurchaus mit Fernsehproduktionen konkurrieren können. Ihre Bedienung erfordertallerdings auch einiges an � Einarbeitungszeit. Soll nur gelegentlich ein Video pro-duziert werden,so können die Programme „Ulead Videostudio“,„MainConcept-Main-actor“ und „MGI VideoWave“, die für Preise um 200 DM vertrieben werden, einemögliche Alternative darstellen. Eine Auflistung von Videoschnittsoftware mit unge-fährer Angabe von Preisen zeigt die Tabelle 2. In den allermeisten Fällen liegt denFrame-Grabber-Karten jedoch eine Schnittsoftware bei. Miro vertreibt eine einge-schränkte Version von „Adobe Premiere“, Matrox eine Version von „Avid Cinema“,einer Software, die einzeln nicht erhältlich ist und Fast legt „Media Studio Pro“ vonUlead als Schnittsoftware bei.

Dokumentations- und Archivierungssoftware

Wichtiger als Schnittsoftware ist jedoch eine Dokumentationssoftware für den täg-lichen Gebrauch digitaler Bild- und Videossysteme. Ihre Aufgabe besteht darin, denAnwender bei der Erstellung digitaler Videos und Bilder so zu unterstützen, dass sichder Einsatz dieser Systeme trotz eines wesentlichen größeren Funktionsumfangeseinfacher gestaltet, als die Aufzeichnung mit einem analogen Videorecorder. Die Do-kumentationssoftware sollte alle Mitarbeiter einer Praxis oder Klinik, auch solcheohne PC-Erfahrung, nach kurzer Einarbeitungsphase in die Lage versetzen, mit demSystem zu arbeiten. Abbildung 3 zeigt die ergonomisch gestaltete Bedieneroberflä-che der Dokumentationssoftware „Bild-Archiv“.

Die Dokumentationssoftware sollte Befunde oder Vorbefunde ohne lange Suchzei-ten zur Verfügung stellen und verhindern, dass Bilder oder Videos versehentlich ge-löscht werden – Anforderungen, die mit einem analogen Videorecorder, insbesonderewenn mehrere Mitarbeiter damit arbeiten, nicht zu erfüllen sind. Die manuellen Ein-gaben sollten in einem solchen Programm auf ein Minimum limitiert sein, um eine

�Komplizierte Überblendeffekte

�Einarbeitungszeit

Die Dokumentationssoftware soll allen Mitar-

beitern die Möglichkeit geben, mit dem System

zu arbeiten

Tabelle 2Videoschnittsoftware (Auswahl)

Videoschnittsoftware Anbieter Internet-Adresse Betriebssystem Preis [DM]

Adobe Premiere Adobe www.adobe.de Windows 1600Ulead Media Studio Ulead www.ulead.de Windows 1000Final cut pro Apple www.apple.com Apple 2000Ulead Videostudio 4.0 Ulead Systems www.ulead.de Windows 200Mainactor 3.53 MainConcept www.mainconcept.de Windows 200MGI MGI www.mgisoft.com Windows 150DigiSuite LE Bundle Matrox www.matrox.com Windows 11580RealTime Pinnacle www.pinnaclesys.com Windows 15080MoviePack AIST www.aist.com Windows 1800

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eindeutige Zuordnung zu gewährleisten. Aus dem gleichen Grunde sollte die Vergabeder Dateinamen für Bilder und Videos automatisch erfolgen. Die Anzeige von Vorab-bildern (� Thumbnails) erweist sich bei der Auswahl von Dokumenten als nützlich.In-dividuell konfigurierbare Datenbankfelder sollten es ermöglichen, ein Dokument mitzwei bis drei prägnanten Begriffen zu beschreiben.Anhand dieser Begriffe sollten sichähnliche Dokumente in Sekundenschnelle auffinden lassen. Die Dokumentationsoft-ware sollte mit unterschiedlichen bildgebenden Geräten zusammenarbeiten.

Hier sind vor allem Foto und Video, aber auch Bild- und Diascanner von Bedeu-tung. Systeme, die nur mit einem Gerät, z. B. einem Videostroboskop arbeiten, lassenviele Möglichkeiten digitaler Bildsysteme ungenutzt. Gibt es unterschiedliche Auf-zeichnungsorte (OP-Säle,Ambulanz),so muss die � Software netzwerkfähig sein.ZurAbsicherung der Daten sollte eine Benutzerverwaltung vorhanden sein. Diese regeltnicht nur Zugriffsrechte, sie ermöglicht es auch, Angaben darüber zu verwalten, werwann Dokumente erstellt und gegebenenfalls geändert hat. Die Archivierung der Do-kumente sollte automatisch erfolgen, wobei nicht nur die Bilddokumente, sondernauch die Stammdaten archiviert werden müssen. Um Befunde an ärztliche Kollegenweitergeben zu können,muss eine Brieffunktion vorhanden sein, in die die gewünsch-ten Bilder möglichst automatisch integriert werden. Da es von Vorteil ist zu wissen,wem man was geschickt hat, sollten auch diese Dokumente von der Software verwal-tet werden.

Anbieter im HNO-Bereich

Von fünf Anbietern im HNO-Bereich werden Software bzw. � Komplettpakete mitRechner angeboten. Diese sind in Tabelle 3 aufgelistet.Während die Produkte „Media-stroboskop“ von Atmos und „rpSzene“ von Rehder/Partner für den Einsatz im Be-reich der Stroboskopie konzipiert sind, zielt das Programm „Aida“ von Storz auf dieArchivierung von intraoperativ aufgenommenen Endoskopiebildern.„Bild-Archiv“von IS Informatik Systeme ermöglicht sowohl die Aufnahme von endoskopischenEinzelbildern als auch von digitalen endoskopischen Videosequenzen. Weiterhin istdieses Programm in der Lage, Einzelbilder von digitalen Fotokameras direkt einzu-lesen und zu archivieren. Ebenso kann bei dieser Software ein Scanner eingebundenwerden. Die beiden zuletzt genannten Programme bieten die Möglichkeit, Bilder au-tomatisch in unterschiedliche Dokumentvorlagen einzufügen, um so Arztbriefe oderOP-Berichte zu erstellen.Weiter beinhalten diese Programme Werkzeuge für eine ein-fache Weiterverwendung der Bilder für Vorträge. Im Gegensatz zu den eben genann-ten Komplettsystemen stellt die Software „Imagic Access“ von der Imagic AG ein mo-dular aufgebautes Archivierungssystem dar, welches diese Funktionen ebenfalls be-herrscht, jede einzelne Funktion muss jedoch separat gekauft werden.

�Thumbnails

Die Dokumentationsoftware sollte mit

unterschiedlichen bildgebenden Geräten

zusammenarbeiten

�Netzwerkfähige Software

�Komplettpakete mit Rechner

Abb. 3 � Bedieneroberfläche der Dokumentationssoftware „Bild-Archiv“.❖ Abbildung in Farbe siehe Seite 114

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Da Leistungsumfang und Preisniveau der angebotenen Lösungen zum Teil deut-liche Unterschiede aufweisen – die Preise für die Software beginnen ab 1500 DM –und nicht in jedem Fall einen Vergleich zulassen, kann nur ein Test der Software inForm eines � Demopaketes dem Anwender Klarheit darüber vermitteln, welche Lö-sung für seinen Bedarf die beste darstellt. Mit Ausnahme der Aufzeichnung von Vi-deos, für die eine Frame-Grabber-Karte erforderlich ist, sollten sich die Software-Pa-kete auf jedem beliebigen Windows-Rechner testen lassen. Neben Funktionsumfangund Preis sollte man insbesondere auch auf die � Bedienungsergonomie und vor-handene � Online-Hilfen achten.

Rechtssicherheit digitaler Dokumente

Die Benutzung von Dokumentationssoftware stellt ein wichtiges Element dar, um dieRechtssicherheit der angefertigten Dokumente zu erhöhen. Digitale Dokumente sindzwar in ihrer Rechtsform dem Mikrofilm gleichgestellt, für beide Dokumentations-arten gilt jedoch, dass sie im Gegensatz zum Papierdokument in ihrer Beweiskraft � nicht die Qualität einer Urkunde erreichen.Digitale Dokumente stellen in ihrer Be-weisqualität ein „Objekt des Augenscheins“ dar und unterliegen im jeweiligen Indi-vidualfall der freien Beweiswürdigung durch den Richter, d. h. dieser entscheidet, obdas Dokument als Beweismittel anerkannt wird oder nicht.Während in der Schweiz,Großbritannien und in den USA Aufzeichnungen auf Bild und Datenträgern den Ur-kunden bereits rechtlich gleichgestellt sind,wird in Deutschland die Beweiskraft elek-tronischer Dokumente wegen der � Gefahr einer spurenlosen Manipulation nichtnur im medizinischen Bereich, sondern für alle Rechtsgebiete diskutiert.

Durch Einsatz besonderer Sicherungs-und Schutzmaßnahmen, die die Verände-rung,Vernichtung oder unrechtmäßige Verwendung verhindern sollen, erreichen di-gitale Dokumente den Status eines � „Objektes des Augenscheins hoher Qualität“,das der Urkunde sehr nahe kommt. Dieser Status entspricht dem, der für Praxissoft-ware gelten soll.

Neben der Tatsache,dass die dokumentierten Informationen innerhalb der vorge-schriebenen Aufbewahrungsfristen in angemessener Zeit verfüg- und lesbar gemachtwerden müssen,werden für solche Dokumente technische und organisatorische Vorga-ben gefordert, die eine Verletzung der ärztlichen Schweigepflicht verhindern sollen.Hierzu gehört u.a.eine � Zugangskontrolle,die Unbefugten den Zugriff auf Patienten-daten verwehrt,sowie eine Datenträgerkontrolle,die z.B.eine Inventarisierung von be-weglichen Datenträgern beinhaltet. Dazu gehört eine Speicherkontrolle, die bewirkt,dass Daten außerhalb der Anwendung gar nicht oder nur in chiffrierter Form einseh-bar sind. Eine weitere Schutzmaßnahme stellt die Zugriffskontrolle dar, die Personenüber Passwortabfrage für bestimmte Funktionen legitimiert,und eine Eingabekontrol-le, die dokumentiert, welche Daten von wem zu welcher Zeit verändert worden sind.

Die Summe dieser Vorgaben, die vollständig in [3] veröffentlicht sind, kann vonvielen Praxissystemen, als auch von den hier beschriebenen Bilddokumentationssy-stemen nicht eingehalten werden.

Eine hundertprozentige Sicherheit gegen Fälschung gibt es nicht. Papierdoku-mente können durch Scannerverfahren so manipuliert werden, dass Unterschiedezum Original nicht mehr nachweisbar sind. Im Vergleich dazu bieten digitale Tech-

�Demopaket

�Bedienungsergonomie�Online-Hilfen

�Keine Urkundenqualität

�Gefahr einer spurenlosen Manipulation

�„Objektes des Augenscheins hoher Qualität“

�Zugangskontrolle

Eine hundertprozentige Sicherheit gegen Fäl-

schung gibt es nicht

Tabelle 3 Anbieter von Dokumentationssoftware im HNO-Bereich

Anbieter Dokumentations- Telefon CE-Zertifizierungsoftware Hardware/Software

Atmos MediaStroboscope 07653-6890 Ja/neinImagic Bildverarbeitung AG Image Access +41 (0)1 809 40 60IS Informatik Systeme Bild-Archiv 0631-35119 0 Ja/jaRehder/Partner GmbH rpSzene 040-881 00 01Storz Aida 07461-708 0

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niken wie � digitale Signatur oder � elektronisches Wasserzeichen wesentlich we-niger und vergleichsweise schwierigere Angriffspunkte. Ein Ausweg ergibt sich nurdann, wenn ähnlich wie in unseren Nachbarländern digitale Dokumente unter Aus-nutzung bestimmter zertifizierter Verfahren den rechtlichen Charakter einer Urkun-de bekommen. Durch die Novellierung des deutschen Signaturgesetzes von 1997 undseine Anpassung an die EU-Richtlinie 1999/93/EG werden erste Schritte in diese Rich-tung beschrieben. Nach dem Willen dieses Gesetzes werden von so genannten TrustCentern � „qualifizierte elektronische Signaturen“, die digitalen Unterschriften ent-sprechen, vergeben. Diese müssen den Forderungen der EU-Richtlinie entsprechenund sind mit qualifizierten Signaturen aus anderen Staaten gleichgestellt. Sie geltengenau wie eine handschriftlich geleistete Unterschrift. Die Trust Center haften fürdie Sicherheit der qualifizierten elektronischen Signatur. Diese Novelle des Signatur-gesetzes soll Anfang 2001 in Kraft treten.

Vorteile digitaler Bildverarbeitung

Trotz dieser Einschränkung sollten die Vorteile digitaler Bildverarbeitung überwiegen.Allein auf Grund des Rationalisierungspotenzials würde in der Praxis niemand mehrauf sein Praxisprogramm verzichten wollen.In Zeiten zunehmender Ressourcenknapp-heit kostet die herkömmliche Archivierung medizinischer Daten Personal, Zeit, Platzund Geld.Die Vorteile digitaler Dokumente liegen in ihrer sofortigen Verfügbarkeit.EinVergleich mit Vorbefunden ist ohne langwierige Suche möglich. Digitale Dokumenteunterliegen � keinem Qualitätsverlust durch mechanische Abnutzung und Alterungund können verlustfrei auf andere Speichermedien kopiert werden. Identische Bildersind gleichzeitig an mehreren Orten zugänglich,und sie lassen sich problemlos für Brie-fe oder Vorträge weiterverarbeiten. Tabelle 4 vergleicht digitale und analoge Dokumente.

Digitale Bild-und Archivsysteme finanzieren sich selbst durch Kosteneinsparungvon Verbrauchsmaterialien, Film- und Entwicklungskosten und durch eine effizien-tere Nutzung der Arbeitszeit, die für klinische Tätigkeiten freigesetzt wird. Durch denEinsatz digitaler Dokumente, auch in Zusammenarbeit mit dem Patienten, wird einwesentlicher Beitrag zur Verbesserung der Qualität der Versorgung in Krankenhausund Praxis erreicht.

Glossar

Codec. Ein Algorithmus zur Kompression (COmpressor) Dekompression (DECom-pressor) von Multimediadateien – also z. B. von Videos. Codecs können auf Softwareoder auf Hardware basieren, wobei Hardware-Komprimierung sehr viel schnellerund effektiver ist als eine Software-Komprimierung. Der Algorithmus beeinflusstauch die visuelle Qualität des Films und die Geschwindigkeit, mit der er am Monitordes Computers wiedergegeben wird.

�Digitale Signatur�Elektronisches Wasserzeichen

�„Qualifizierte elektronischeSignaturen“

�Kein Qualitätsverlust durchmechanische Abnutzung undAlterung

Tabelle 4 Vergleich digitaler und analoger Dokumente

Digitale Analoge Aufnahmen Aufnahmen

Sofortige Verfügbarkeit Ja Std.–TageQualitätsverlust durch Alterung Nein JaVerlustfreie Kopie Ja NeinSimultane Nutzung einer Aufnahme Ja NeinArbeitskosten für die manuelle Suche von Bildern Sehr gering HochArbeitskosten für die manuelle Archivierung von Bildern Gering Sehr hochRaumbedarf Gering Sehr hochTelemedizin Ja NeinVariable Abfragen von Bildgruppen Ja Nein

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CMY- oder CMYK-Farbraum. Kurzbezeichnung für Cyan (Blaugrün), Magenta (Purpur)und Yellow (Gelb), die Primärfarben des subtraktiven Farbsystems. Durch eine Kom-bination aus diesen drei Primärfarben kann jede andere Farbe dargestellt werden.Der Schwarz oder K-Auszug wird in der Drucktechnik eingesetzt, um die Farben imDruck mit einer höheren Sättigung darstellen zu können. Gleichzeitig sorgt dieserAuszug für ein optimale Wiedergabe der dunklen Bildbereiche und der Kontraste.Man spricht deshalb vom Vierfarbendruck.Auch PC-Farbdrucker arbeiten nach die-sem Verfahren und benötigen deshalb vier Farbpatronen.

DV. Abkürzung für „Digital Video“. Digitaler Videostandard für den semiprofessionel-len Bereich. Beim DV-Format werden die Videodaten mit einer festen Datenrate von3,6 MB/s aufs Band geschrieben,was einem Kompressions-Faktor von ca.1:5 entspricht.

Echtfarben. True Color

Farbtiefe (Bit Depht). Gibt die Anzahl von verwendeten Bits für jeden einzelnen Pixelin einem Bild an. 1 Bit kann bekanntlich nur 2 Zustände haben - nämlich ein bzw. aus.Auf Farben übertragen heißt das „schwarz“ oder „weiß“. In 8 Bit kann man demzu-folge 256 verschiedene Zustände ausdrücken; auf Farben übertragen also 256 ver-schiedene Farben. Für qualitativ hochwertige Reproduktionen sind mindestens 8 BitPRO Farbe erforderlich. Bezogen auf drei Farbkanäle (z.B. Rot /Grün / Blau) ergebensich aus 3 x 8 Bit 256 x 256 x 256 = 16,7 Millionen Farben = 24 bit Farbtiefe.

◗ 1 Bit Farbtiefe: nur Schwarz oder Weiß darstellbar◗ 4 Bit Farbtiefe: 16 Farben oder 16 Graustufen◗ 8 Bit Farbtiefe: 16 mal 16 = 256 Graustufen oder 256 darstellbare Farben

(Standard bei farbreduzierten GIF-Bilddateien)◗ 16 Bit Farbtiefe: 256 mal 256 = 65.536 darstellbare Farben (High Color)◗ 24 Bit Farbtiefe: 256 mal 256 mal 256 = 16,7 Mio. darstellbare Farben. Diese

Darstellung wird von den meisten Bildbearbeitungsprogrammen eingesetzt(True Color)

◗ 32/36 Bit Farbtiefe: ca. 1 Milliarde darstellbare Farben. Wird oft als Farbtiefe beiScannern oder Digitalkameras als interne Farbtiefe angegeben.

Frame-Grabber. Echtzeit-Digitizer-Karte; Video-Karte; Frame-Grabber-Karten sindin der Lage, mehrere oder ein bestimmtes Bild aus einer Videosequenz einzufangen(neudeutsch: grabben) und zu digitalisieren.

IEEE 1394. Die IEEE-1394-Technologie, zunächst „Firewire“ genannt, bezeichnet eineverhältnismäßig neue serielle Schnittstellentechnologie für Computer- und Video-geräte zur Übertragung digitaler Daten mit bis zu 400 Mbit/s.

Komprimierung. Reduktion der Datenmenge beim Speichern von Bildern. Man unter-scheidet die verlustfreie Komprimierung (z. B. GIF oder TIFF), bei der das Bild nachdem Entkomprimieren wieder in seinen Ausgangszustand versetzt wird, und die Ver-lustkomprimierung (z.B.JPEG), bei der Bildinformationen verloren gehen.

M-JPEG, Motion-JPEG. Abkürzung für „Motion-Joint Picture Expert Group“. Dateifor-mat und hardwareabhängiges Kompressionsverfahren, in dem jedes Einzelbild einerVideosequenz vollständig – und zwar für sich selbst JPEG-komprimiert – abgespei-chert wird. Gegenüber dem MPEG-Verfahren bot die M-JPEG-Technik lange Zeit denbesonderen Vorteil, dass Videosequenzen am Computer besser einfach nachbearbei-tet werden können. Erst Ende der 90er Jahren etablierten sich auch erste, adäquateMPEG 2-Lösungen im semiprofessionellen Bereich.

MPEG. Abkürzung für „motion pictures expert group“ (www.mpeg.org). Von dieserGruppe wurden bzw. werden Dateiformate und Verfahren zum platzsparenden Kom-primieren und Speichern von Video- bzw. Multimediadaten (Video, Bild- und Tonda-ten) in hoher Qualität festlegt. Der MPEG-Standard unterteilt sich inzwischen in

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MPEG 1, MPEG 2, MPEG 3 und MPEG 4, wobei der MPEG 3-Standard mittlerweile inMPEG 2 integriert wurde.

Um die riesige Datenmenge von Filmen (90 Minuten Spielfilm, 25 Einzelbilderpro Sekunde, hohe Auflösung, viele Farben ergeben ca. 120 GByte) mit „normalen“Computern verarbeiten und transportieren zu können, werden z.B. neben dem JPEG-Kompressions-Verfahren nur die Veränderungen zum Vorgängerbild abgespeichert(im Gegensatz zu M-JPEG): Das MPEG-Format speichert aber in regelmäßigen Ab-ständen von typischerweise zwölf Bildern sogenannte Intra-Frames (I-Frames) ab;das sind JPEG-komprimierte Einzelbilder. Die Bilder zwischen diesen I-Frames wer-den nach Möglichkeit nicht komplett abgelegt.Vielmehr speichert MPEG,wie man siedurch Verschieben von Teilen aus vorangehenden oder nachfolgenden Bildern zu-rückgewinnen kann. Dazu werden auch vorausschauende „P-Frames“ (Predicted Fra-mes) und „B-Frames“ (Bi-directionale Frame) verwendet. Da das aber nie perfektklappt, werden zusätzlich pro Bild die verbleibende Abweichung noch JPEG-kodiertabgespeichert. Mit dieser Methode lässt sich der Datenaufwand für einen Video-Filmum etwa 99% verringern. Die mögliche Kompression geht bis 200:1.

Thumbnail. Eigentlich die englische Bezeichnung für Daumennagel. Hiermit ist diekleine Version einer Bilddatei gemeint, die auf Grund ihrer geringen Auflösung für ei-ne Voransicht des Bildes auf dem Computermonitor eingesetzt wird

True Colour. „Echtfarb-Darstellung“ auf dem Bildschirm mit 24 Bit Farbtiefe =16,7 Mio. Farben.

Fragen zur Erfolgskontrolle

1. Welche Antwort ist falsch? Digitale Bildverarbeitungssysteme

a) finanzieren sich selbst durch Einsparung von Verbrauchsmaterialien und Arbeitszeitenb) haben einen geringen Raumbedarf und sind für telemedizinische Anwendungen

nutzbarc) erlauben die einfache Verteilung der Bilder in andere Anwendungend) liefern immer Bilder besserer Qualität als ein analoges Systeme) müssen bei Anwendungen im Kontakt mit dem Patienten den Anforderungen des MPG

entsprechen. Für analoge Geräte trifft dies auch zu.

2. Digitale Dokumente sind in ihrer Rechtsform

a) Papier und Mikrofilm gleichgestelltb) höherwertig als Papierc) unterliegen der freien Beweiswürdigung durch den Richterd) haben in den USA und England den gleichen Status wie in Deutschlande) sind durch Signaturverfahren zu 100% vor Missbrauch zu schützen

3. Die Digitalisierung von Videoaufnahmen lässt sich mit welcher der folgendenComputerkomponenten nicht realisieren?

a) CD-Brennerb) Videokartec) Frame-Grabber-Karted) Graphikkarte mit TV-Eingange) TV-Karte

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4. Bei der Anwendung von digitalen Videosystemen ist letztlich für die Einhaltung desMedizinproduktegesetzes mitverantwortlich

a) der Hersteller der Kamerab) der Hersteller des PCsc) der Hersteller der Videokarted) der Anwendere) der Vertreiber des Systems

5. Motion-JPEG, MPEG 2, und das DV-Format stellen die übergeordneten digitalenKompressionsformate dar. Welche Aussage trifft zu?

a) Alle drei Formate speichern digitale Videos in gleicher Weise ab. Sie unterscheiden sichnur durch Hardware- oder Softwarekompression.

b) Motion-JPEG und DV-Format speichern jedes Bild einzeln ab. MPEG 2 speichert fürbestimmte Filminhalte nur die Änderungen. Deshalb ist dieses Format besonders platz-sparend.

c) Volldigitale Kameras, die Filme im DV-Format abspeichern, werden bereits für vielemedizinische Anwendungen eingesetzt.

Die Antworten von Teil 1 und Teil 2 dieser Arbeit folgen in Heft 3/2001

Literatur1. Schmidt H, Kraft W, Stasche N (1999) Digitales Bildarchiv – Konzept einer digitalen Bild- und Videodoku-

mentation am HNO-Arbeitsplatz. HNO 47: 541–545

2. Stasche N (2000) Moderne HNO-Endoskopie: starr oder flexibel? HNO-Nachrichten 2: 30–35

3. (1996) Empfehlungen zu ärztlicher Schweigepflicht, Datenschutz und Datenverarbeitung in der Arztpra-

xis. Dtsch Ärztebl 93: 2809–2814