Ein Blick auf die Arbeit der forensischen Anthropologie mit Artec 3D-Scannern

27/09/2019

Der forensischer Anthropologe Dr. Dennis Dirkmaat, PhD in seinem Büro an der Mercyhurst University

An den meisten Orten auf der Welt, wenn die Polizei eine Leiche oder ein Skelett in der Natur findet, werden diese als erstes schnell eingesammelt und wegtransportiert. Im forensischen Labor oder im Büro des Gerichtsmediziners werden dann die Überreste untersucht und versucht, die Todesursache sowie andere Einzelheiten zu bestimmen. Wenn Sie forensische Anthropologen fragen, werden diese Ihnen sagen, dass es wie das Studium eines Apfels, der von einem Baum gefallen ist, sei: am bringt ihn irgendwo hin und untersucht dann den Apfel, um zu verstehen, wie er gewachsen ist und woher er kommt. Und vielleicht erfährt man sogar noch etwas über den den Apfelbaum.

Oder, in den Worten des forensischen Anthropologen Dr. Dennis Dirkmaat: „Wenn es um die Untersuchung von Todesfällen im Freien geht, wird der Kontext stark unterschätzt.“ Er fährt fort: „Extrem wichtige Informationen können am Tatort, an dem die Leiche entdeckt wurde, gefunden werden, aber normalerweise wird diese Information von den Ermittlern völlig ignoriert.... Und doch, wenn man weiß, wonach man suchen muss, kann der Schauplatz einem viel sagen, und das macht oft den entscheidenden Unterschied für das Verständnis, ob es dort ein Verbrechen gab oder nicht... Und wenn es das gab, so können gerade die vor Ort gesicherten Beweise können manchmal mehr als nur entscheidend sein.“

Todesszene wie gefunden, vor der forensischen archäologischen Wiederherstellung der Beweise.

Seit mehr als zwei Jahrzehnten werden Dr. Dirkmaat und seine Studenten beauftragt, um Polizei und Gerichtsmediziner pro Jahr bei durchschnittlich 100 Tatorten im Freien zu unterstützen. Dort angekommen beginnen sie ihre akribische Suche, drehen jedes Blatt und jeden Stein um, untersuchen jeden Fleck Erde und jeden Grashalm, wobei sie die räumliche Verteilung der Überreste und der damit verbundenen Materialien mithilfe von  Detailkarten lokalisieren und markieren.

Menschliche Überreste in einer forensischen Szene mit Beweismarkern, nach Entfernung der Vegetation und vor der Kartierung.

Im Labor ist Dirkmaat versiert darin, Knochen zu betrachten und so zu verstehen, was mit ihnen vor und nach dem Todeseintritt passiert ist. Diese Weisheit gibt er an seine Schüler weiter, und diese lernen im Laufe der Monate, wie man erkennt, ob der Mensch an natürlichen Ursachen gestorben ist, getötet wurde oder sich das Leben genommen hat. In Fällen, in denen Überreste verstreut, begraben oder verbrannt gefunden werden, kann festgestellt werden, ob die Knochen und andere Beweisstücke von Tieren, durch Wasser, Wind, Schwerkraft oder gezielt von einer Person bewegt wurden.

Im Hinblick auf menschliche Skelettüberreste umfasst eine wesentliche Phase der Untersuchung durch Dirkmaat auch den Einsatz eines tragbaren 3D-Scanners zur digitalen Erfassung der Knochen. Dabei werden die Scans für eine detailliertere, genauere Untersuchung in farbige 3D-Virtualmodelle umgewandelt und zur Verwendung in einer neu geschaffenen „Bone Encyclopedia“ archiviert. Diese Sammlung soll als Referenzdatenbank für Ermittler in Nah und Fern werden und es ermöglichen, Tausende von Knochen nach Schlüsselmerkmalen und Details zu durchsuchen und visuell zu analysieren und diese dann mit Knochen und Überresten eigenen Fällen zu vergleichen.

Knochen, die von einem Todes-Schauplatz geborgen wurden, mit Angaben zu Verletzungen und Spuren von Abnagungen

In der Vergangenheit erstellte Dirkmaat virtuelle 3D-Knochenmodelle mit einem NextEngine 3D-Scanner. Obwohl der Scanner an sich sehr erschwinglich war, war der Scan-Vorgang langwierig und verlangte einen ganzen Nachmittag, wenn nicht sogar länger, um einen Standardsatz von Skelettresten zu scannen. Und oft gab es eine beträchtliche Menge an digitalem Rauschen in den Scans, so dass eine umfangreiche Nachbearbeitung in der Regel notwendig war.

Aus verschiedenen Blickwinkeln gescannte Schädel, mit Verletzungsspuren und sichtbaren Ein- und Austrittslöchern.

Dirkmaat wusste, dass er eine bessere Methode geben muss. Daher kontaktierte er die 3D-Scanspezialisten beim Gold-zertifierten Vertragshändler TriMech. Unsere Partner sind ausgewiesene Experten für 3D-Design- und Engineering-Lösungen in einer Vielzahl von Branchen und Bereichen. TriMech stellte Dirkmaat Artec Space Spider vor, einen tragbaren, hochauflösenden 3D-Scanner und die Lösung zur digitalen Erfassung kleiner Objekte mit komplexen Geometrien und hohem Detailgrad.

Mit einer Punktgenauigkeit von bis zu 0,05 mm (50 Mikron) ermöglicht Space Spider der Forensik einen Detaillierungsgrad, der weit über das hinausgeht, was das menschliche Auge wahrnehmen kann.

Dr. Dennis Dirkmaat scannt mit Artec Space Spider

Als Dirkmaat sah, wie leicht Space Spider Knochen einfangen konnte, traf er seine Entscheidung. „Was das Scannen selbst betrifft, so war ich erstaunt, wie schnell Space Spider die Knochen, die wir scannten, erfasste. Nach einem Durchgang war alles gescannt. Und als wir uns danach die Scans ansahen und erkannten, wie sauber und detailliert sie geworden waren, wurde mir klar, dass meine Suche vorbei war – ich hatte meine Lösung gefunden.“, sagt er. „Als ich dann meinen Space Spider bekam und ihn im Feld einsetzte, brauchte ich, obwohl ich ein Anfänger mit dem Scanner war, für alles, was mit meinem alten Scanner früher einen ganzen Nachmittag dauerte, jetzt nur noch eine Stunde. Zu sagen, dass ich sehr zufrieden bin, wäre eine immense Untertreibung.“

Schädel mit Schusseintritt und Austrittswunden

Nach dem Scannen werden die 3D-Scans in Artec Studio, der Scannersoftware zur Registrierung und Ausrichtung von Scans, nachbearbeitet. Außerdem können Sie die 3D-Modelle in verschiedenen Formaten sowie direkt in die gängigsten CAD-Systeme und andere Anwendungen exportieren.

Dirkmaat glaubt, Space Spider sei „perfekt für den Bereich der forensischen Taphonomie“ geeignet. Taphonomie ist die Untersuchung der vielfältigen und sich überschneidenden Prozesse, die auf Skelettüberreste einwirken – und das beginnend mit dem Zeitpunkt des Todes und über Tage, Wochen und sogar Jahre hinweg. Einige der Änderungen sind sichtbar, andere jedoch nur mit dem Mikroskop erkennbar. All dies kann von einem erfahrenen Ermittler schließlich beobachtet und interpretiert werden.

Und die unzähligen Einzelheiten, die erfassbar sind, können oft schockierende Details darüber enthüllen, wie ein Tod stattgefunden hat. „Space Spider ist eine enorme Hilfe für den forensischen Ermittler,“, sagt Dirkmaat, „da er schnell und einfach Knochen in Vollfarbe, submillimetergenau und in 3D, erfasst, was bedeutet, dass Sie einen extrem hohen Detaillierungsgrad erreichen und so die Muster von großen und kleinen Veränderungen klar identifizieren können.“

Dirkmaat sagt: „Wir stehen erst am Anfang, wenn es um 3D-Scannen in der Forensik und in meinem Schwerpunktbereich, der forensischen Anthropologie, geht... Wir werden bald 3D-Scanning so einsetzen können, dass der gesamte Todes-Standort, also alles rund um die Knochen, erfasst werden kann. Auch der Boden und die Blätter und was auch immer sonst noch da ist, wird digital erfasst – alles genau so, wie es vorgefunden wurde... Auf diese Weise werden wir auch lange, nachdem der Schauplatz verändert wurde, etwa aufgrund von Wetter, Zeit und natürlich menschlichen Eingriffen, immer noch in der Lage sein, den Schauplatz nach Hinweisen zu untersuchen, die uns verstehen lassen, was wirklich dort passiert ist.”

Um dieses Ziel zu erreichen, erwarb Dirkmaat kürzlich Artec Leo, einen einfach zu bedienenden, tragbaren 3D-Scanner, der zudem völlig drahtlos ist. Dieses Geräte ist sofort betriebsbereit und kann bei Dunkelheit, hellem Tageslicht oder allen möglichen anderen  Lichtverhältnissen scannen. Mit einem integrierten Touchscreen zur Überwachung der Scans in Echtzeit können Sie schnell erkennen, ob Bereiche neu gescannt werden müssen. Und mit einer digitalen Bildrate von 44 fps sowie einem großen Sichtfeld scannt Leo ausgesprochen schnell und liefert dem Anwender in wenigen Minuten farbige, hochauflösende Bilder von mittleren bis großen Objekten.

Ein weiterer Artec-Scanner, den Dirkmaat anschaffte, ist Artec Ray, ein messtechnisch genauer, hochwertiger, Langstrecken-LiDAR-3D-Laserscanner, der große Objekte und sogar ganze Schhauplätze und Landschaften mit einer maximalen Reichweite von 110 m (360 Fuß) schnell erfasst. Mit einer Datenerfassungsgeschwindigkeit von 208.000 Punkten/Sekunde kann Ray in wenigen Minuten Todes-Schauplätze im Freien (oder drinnen) mit erstaunlichem Detailgrad scannen.

Durch die Kombination von Artec Space Spider mit Artec Leo und Artec Ray hat Dirkmaat eine effektive Lösung gefunden, um einen gesamten Todes-Schauplatz in außergewöhnlichen Details digital zu erfassen. Space Spider bietet die Submillimeter-Genauigkeit, die für die Erfassung der organischen Geometrien und Feinheiten der Knochen erforderlich ist, während Leo den Nutzern die Möglichkeit gibt, mittelgroße Objekte, wie etwa ein Grab oder ein Auto in hochauflösender Farbe schnell zu scannen.  Mit Artec Ray schließlich können Ermittler den Todes-Schauplatz insgesamt scannen –  von der Leiche bis zu über hundert Metern entfernten Einzelheiten kann alles erfasst werden. Und Artec Studio ermöglicht es den Nutzern, Scans aus allen drei Scannern ganz einfach zusammenzuführen, was zu atemberaubend naturgetreuen 3D-Modellen führt.

Eine weitere aktuelle und aufregende Entwicklung auf dem Gebiet der Forensik, von der Dirkmaat glaubt, dass Artec Scanner für sie ideal geeignet sind, ist das 3D-Scannen und Drucken von lebensechten Knochenkopien. Nicht selten kann das Vorhandensein eines Knochens ein entscheidender Faktor für den Ausgang eines Gerichtsverfahrens, ganz zu schweigen von gerade laufenden Ermittlungen, sein. Dabei können sich jedoch zahlreiche Problem auftreten, nicht zuletzt wegen des hohen Risikos, die Knochen zu schädigen und/oder die Beweise in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen.

3D-Scannen ändert das alles: Durch die Erstellung perfekt lebensechter digitaler Kopien der Knochen und den anschließenden 3D-Druck ist es endlich möglich, exemplarische Nachbildungen der Knochen zu haben, die vor Gericht als Beweismittel dienen und für Ermittler unverzichtbare Werkzeuge sind. Darüberhinaus ermöglicht die digitale Umsetzung dieses Prozesses Forscherinnen und Forschern weltweit, diese Technologiesprünge mit zu nutzen.

Wenn die Polizei in Frankreich zum Beispiel menschliche Überreste aus den französischen Alpen mit Anzeichen eines Abwehrverletzung mit ähnlichen Fundstücken aus anderen Teilen Europas oder sogar aus Übersee vergleichen will, kann sie nunmehr einfach 3D-Modelle dieser anderen Knochen anfordern und innerhalb weniger Stunden ihre eigenen lebensechten Repliken zum Vergleich und zur Untersuchung erstellen.

„Artec hat mit Space Spider, Leo und Ray das Gesicht der forensischen Anthropologie wirklich verändert. Ich habe die Lösungen von Artec in meine tägliche Feldarbeit integriert, ebenso in meine Grund- und Spezialkurse für Ermittler, Strafverfolgungsbeamte und Studenten – und die Ergebnisse waren einfach spektakulär. Meine Schüler haben den Scan-Vorgang schnell verstanden, und der Detaillierungsgrad, den wir jetzt erreichen, ist wirklich bemerkenswert, vor allem wenn man bedenkt, wie wenig Zeit dafür benötigt wird.“, sagt Dirkmaat.