Blut- und Atemalkohol- Messungen im statistischen Vergleich

Blut- und Atemalkohol- Messungen im statistischen Vergleich von Prof. Dr. Andreas Slemeyer FH Giessen-Friedberg / Fachbereich Elektrotechnik 1, Wiesenstr. 14 * 3539 Giessen Tel.: 641-39-1913 Fax: 641-39-291 E-mail: andreas.slemeyer@e1.fh-giessen.de

Datenbasis Generelle Fragestellungen Vergleich des des AAK-Ergebnisses mit mit zeitnahem BAK-Wert Gewinnung von von Vergleichswerten BAK/AAK im im strafprozessualen Bereich, d.h. d.h. für für AAK>,55 mg/l mg/l (in (in Trinkversuchen kaum kaum erreichbar) Quellen Rückläufe aus aus den den Bundesländern Zeitraum: 1. 1. Jahreshälfte 2, 2, überwiegend 2. 2. Quartal Quartal Umfang Erhebungsbogen mit mit Fragen Fragen nach nach Zeiten Zeiten und und Messergebnissen für für Vortest, beweisfähigen Test Test und und Blutentnahme und und -analyse. Zusätzlich Abfrage aller aller Messwerte lt. lt. Druckerprotokoll Alcotest 711 711 2

Informationen zu den Messdaten Abkürzungen: BAK BAK Blutalkoholkonzentration AAK AAK Atemalkoholkonzentration GC GC Gaschromatografie (Blutalkoholanalyse) ADH ADH Alkoholdehydrogenase (Blutalkoholanalyse) Messgröße BAK/AAK GC, ADH AAK1, AAK2 Bedingung Zeitdifferenz <±45 Min. Zeitdifferenz <±3 Min. Zeitdifferenz <±15 Min. Anzahl 1168 923 436 1266 1412 Hinweis: BAK-Werte zwischen,2 und 3,6 (!) 3

Häufigkeitsverteilung der AAK-Werte Verteilung Verteilung der der AAK-Werte AAK-Werte N=1412 N=1412 Summenhäufigkeit Summenhäufigkeit in in % 1 1 5 5 62,3 62,3 25,7 25,7 12,5 12,5,5,5 8, 8, 95,4 9,5 95,4 9,5 1, 1, MW_AAK MW_AAK 1,5 1,5 2, 2, Kommentar: Fast Fast 75 75 % aller aller AAK- AAK- Werte Werte über über,55,55 mg/l mg/l (in (in Trinkversuchen nicht nicht erreichbar) 4

Abweichungen bei Blut- und Atemalkohol-Analyse Blutprobe Atemprobe 1 Atemprobe 2 ADH-Analyse: 2 Einzelwerte GC-Analyse: 2 Einzelwerte Brennstoffzelle: 1 Einzelwert IR-Sensor: 1 Einzelwert Abweichungsarten systematische Abweichungen Messrichtigkeit zufällige Abweichungen Präzision, Wiederholungsgenauigkeit Vergleich BAK/AAK Im Im Wesentlichen bestimmt durch durch Abweichungen in in der der Kalibrierung und und physiologische Einflussgrößen 5

Systematische und zufällige Abweichungen Beispiel: Schussbild systematischer Fehler groß klein zufälliger Fehler klein groß Allgemeine Vorgehensweise zur zur Reduzierung von von Abweichungen Analysenverfahren Analysenverfahren so so gestalten, gestalten, dass dass der der zufällige zufällige Fehler Fehler erheblich erheblich geringer geringer ist ist als als der der systematische. systematische. Plausibilitätsprüfung auf auf Messrichtigkeit: Verwendung Verwendung mehrerer mehrerer unabhängiger unabhängiger Verfahren Verfahren Kontrolle Kontrolle der der Streubreite Streubreite der der Einzelwerte Einzelwerte 6

BAK- bzw. AAK-Mittelwerte aus statistischer Sicht Vorgaben für für BAK BAK Basis: Basis: Gutachten BGA BGA bzw. bzw. BGH-Entscheidung (zuletzt (zuletzt 1999): 1999): Qualitätsprüfung durch durch Kontrolle der der Streubreite (Max. (Max.-Min.): BAK BAK <1, <1, max. max.,1,1 BAK BAK ë1, ë1, max. max. 1 1 % vom vom Mittelwert Teilnahme an an Ringversuchen Vorgaben für für AAK AAK Basis: Basis: DIN DIN VDE VDE 45 45 Teil Teil 1 bis bis 4 sowie sowie Eichgesetz Eichfehlergrenzen: AAK AAK <,4,4 mg/l mg/l ±,2,2 mg/l mg/l AAK AAK ë,4,4 mg/l mg/l ± 1 1 % Streubreite: AAK AAK <,4,4 mg/l mg/l max. max.,4,4 mg/l mg/l AAK AAK ë,4,4 mg/l mg/l max.1 max.1 % vom vom Mittelwert 7

Differenz der AAK-Werte: Abhängigkeit von der Konzentration Differenz der Atemwerte als Funktion der AAK N=1412,1,8 Zulässige Grenzen nach DIN VDE 45,6,4,2 mg/l, -,2 -,4 -,6 -,8 -,1,,2,4,6,8 1, 1,2 1,4 1,6 1,8 mg/l 8

Vergleich der analysentechnischen Qualität Besonderheiten der der jeweiligen Methoden Ergebnis der der Atemalkoholanalyse basiert basiert auf auf zwei zwei unabhängigen Atemproben, analysiert nach nach zwei zwei unabhängigen Methoden mit mit je je 1 Einzelwert Ergebnis der der Blutalkoholanalyse basiert basiert auf auf einer einer homogenen Blutprobe, analysiert nach nach zwei zwei unabhängigen Methoden mit mit je je zwei zwei Einzelwerten Was unterscheidet die AAK von der BAK? Messrichtigkeit durch Bauartzulassung und Eichung garantiert 2 unabhängig gewonnene Proben (bedeutet aus statistischer Sicht: 1 zusätzlicher Freiheitsgrad) 9

Kriterien für den statistischen Vergleich Differenz der der Ergebnisse der der beiden beiden Analysenverfahren (für (für Blut- Blut- bzw. bzw. Atemalkoholanalyse nur nur getrennt möglich) Varianz Maß Maß für für die die Streuung der der Messwerte um um den den Mittelwert. Entspricht der der mittleren quadratischen Abweichung der der Einzelwerte vom vom Mittelwert. Standardabweichung Positive Quadratwurzel aus aus der der Varianz Variationskoeffizient Relative Standardabweichung. Ermöglicht den den Vergleich mit mit anderen Messwerten unterschiedlichen Mittelwertes. Bestimmheitsmaß R 2 2 Maß Maß für für die die Qualität des des statistischen Zusammenhangs zwischen zwei zwei Größen, hier hier BAK BAK und und AAK. AAK. R 2 2 = 1 fester, fester, beschreibbarer Zusammenhang gegeben (ideal) (ideal) R 2 2 = kein kein statistischer Zusammenhang gegeben 1

BAK-Analyse: Vergleich von ADH und GC ADH GC Differenz ADH1-ADH2 (gesamt, N=128) Differenz GC1-GC2 (gesamt, N=128) 5 5 4 422 Häufigkeit 4 3 2 331 23 Häufigkeit 3 2 142 32 189 1 1 1 3 3 6 92 22 65 17 4 4 1 1 7 7 28 67 6 25 7 4 1 -,2 -,1,,1,2 -,2 -,1,,1,2 Promille Promille Streubreite sowie sowie Standardabweichung bei bei GC GC größer größer als als bei bei ADH ADH!! 11

AAK und BAK: Differenz der Verfahren Atemalkohol Blutalkohol Häufigkeitsverteilung der Differenzen AAK1-AAK2 N=1412 Häufigkeitsverteilung der Differenz der Mittelwerte ADH-GC N=1266 Häufigkeit in % 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2,1,7,8 1 3 4 8 14 22 2 12 8 3 1,4,8,4,3,1,1 Haufigkeit in % 15 1 5 1,6,8,,8,8,8 5 9 17 17 14 12 1 5 3 2,2 1,2,9,6,3,2 -,1 -,8 -,6 -,4 -,2,,2,4,6,8,1,12 Differenz in mg/l -,2 -,1, Differenz in Promille,1,2 Streubreite sowie sowie mittlere mittlere Standardabweichung bei bei Atemalkohol geringer als als bei bei Blutalkohol! 12

Vergleich der Einzelanalysenverfahren: Standardabweichung ADH ADH GC GC BAK BAK AAK 2,1 AAK 2,1 AAK AAK mg/l mg/l gesamt gesamt,12,12,16,16,29,29,25,25,12,12 BAK<1,1 BAK<1,1 bzw. bzw. AAK<,55 AAK<,55 mg/l mg/l BAKú1,1 BAKú1,1 bzw. bzw. AAK AAK ú,55 ú,55 mg/l mg/l,8,8,9,9,2,2,15,15,7,7,13,13,17,17,31,31,29,29,14,14 Bewertung Bewertung Standardabweichung Standardabweichung bei bei GC GC größer größer als als bei bei ADH ADH Standardabweichung Standardabweichung von von AAKx2,1 AAKx2,1 geringer geringer als als von von BAK BAK (trotz (trotz Mittelwertbildung Mittelwertbildung bei bei GC GC und und ADH ADH aus aus je je 2 2 Einzelwerten) Einzelwerten) Standardabweichung Standardabweichung steigt steigt mit mit Konzentration Konzentration Betrachtung Betrachtung des des Variationskoeffizienten Variationskoeffizienten besser! besser! 13

Variationskoeffizient Vergleich der der Variationskoeffizienten von von BAK BAK und und AAK AAK Ursache für für Streuungen hauptsächlich Abweichungen bezüglich Messrichtigkeit (Blutanalyse) bzw. bzw. Variation in in der der Probenzusammensetzung (Atemanalyse) Berechnung Variationskoeffizient berechnet aus aus der der Standardabweichung der der Einzelwerte, bezogen auf auf den den jeweiligen Mittelwert v BAK v AAK Alle Konzentrationen 2,1 % 1,86 % BAK < 1,1 bzw. AAK <,55 mg/l 2,57 % 1,94 % BAK 1,1 bzw. AAK,55 mg/l 1,89 % 1,88 % 14

Vergleich BAK-AAK: Regression (gesamt) Korrelation BAK/AAK Zeitdifferenz max. +/-3 Min., N=923 4, BAK in Promille 3,5 3, 2,5 2, 1,5 BAK = 2,134 $AAK +,18 R 2 =,97 Q=2, 1,,5,,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 AAK in mg/l 15

BAK/AAK im Bereich der Grenzwerte: t ï! 15 min 2, Korrelation BAK/AAK im Bereich der Grenzwerte Zeitdifferenz max. +/- 15 Minuten 1,8 BAK in Promille 1,6 1,4 1,2 1,,8,6 Q=2, BAK = 2,117 $AAK +,42 R 2 =,95,8 Promille 1,1 Promille,4,2,5 Promille,,5,1,15,2,25,3,35,4,45,5,55,6,65,7 AAK in mg/l 16

Schopenhauer und die Mathematik Arthur Schopenhauer Où Où le le calcul commence, l intelligence des des phénomènes cesse. Wer nur nur Zahlen im im Kopf Kopf hat, hat, kann den den wahren Dingen nicht nicht auf auf die die Spur Spur kommen. 1788-186 17

Definition des Quotienten BAK/AAK Bedeutung Ermöglicht eine eine statistische Beschreibung des des Zusammenhangs zwischen AAK AAK und und BAK BAK Wegen Wegen verschiedener Einflussgrößen keine keine allgemeingültige Konvertierung von von BAK BAK nach nach AAK AAK oder oder umgekehrt möglich Wesentliche Einflussgrößen Kalibrierung der der jeweiligen Messverfahren arterio-venöse Differenz Umrechung von von Serum Serum auf auf Vollblut Vollblut Hämatokritwert Perfusion Art Art der der Ventilation vor vor und und während der der Probenabgabe BAK Mittelwert?BAK?AAK AAK Steigung der der Geraden: Q =?BAK/?AAK 18

Quotient BAK/AAK: Häufigkeitsverteilung Häufigkeitsverteilung der Q-Werte (gesamt, N=923, max. +/- 3 Min.) 3 29 227 2 196 Häufigkeit 1 1,5 1,7 1 69 1 1,9 2,1 81 33 6 2,3 2,5 5 2 2,7 1 2,9 1 3,1 1 3,3 Mittelwert: Q=2,166 Mittlere 5 %: Q = 2,7...2,25 Q min = 1,75 Q max = 3,2 Q in Promille/mg/l 19

Häufigkeitsverteilung der Q-Werte für AAKm,55 bzw. AAK<,55 mg/l 5 AAK<,55 mg/l 49 AAK>=,55 mg/l 255 Häufigkeit 4 3 2 1 1 19 35 31 19 Häufigkeit 2 1 59 177 178 5 1 2 5 3 1 1 8 14 1 2 1 1 1 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 Q 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 Q Für AAKm,55 mg/l: Streuung des Q-Wertes signifikant geringer als für AAK<,55 mg/l 2

Quotient BAK/AAK als Funktion der AAK Quotient BAK/AAK als Funktion der AAK Zeitdifferenz max. +/-3 Min., N=923 3,4 3,2 3, Q = -,748 $AAK + 2,218 R 2 =,16 2,8 Q 2,6 2,4 2,2 2, 1,8 1,6,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 AAK in mg/l 21

Quotient BAK/AAK als Funktion der Zeitdifferenz t Quotient BAK/AAK als Funktion der Zeitdifferenz zwischen Atemprobe und Blutentnahme Zeitdifferenz max. +/- 3 Min., N=923 3,5 Q = -,48 $? t + 2,195 R 2 =,33 3, Q 2,5 2, Blutentnahme vor Atemtest Blutentnahme nach Atemtest 1,5-3 -2-1 1 2 3?t in min 22

Quotient BAK/AAK: Ergebnisse Q mittel in /mg/l s in /mg/l v in % N gesamt 2,166,143 6,6 923 AAK<,55 mg/l 2,236,18 8,1 176 AAKm,55 mg/l 2,149,127 5,9 747 Anmerkungen Anmerkungen Q-Wert Q-Wert verringert verringert sich sich mit mit steigender steigender Konzentration Konzentration Vergrößerung Vergrößerung des des Abstands Abstands zwischen zwischen Atem- Atem- und und Blutprobe Blutprobe Abweichungen Abweichungen von von Q nach nach oben oben erheblich erheblich größer größer als als nach nach unten: unten: Q max = max 3,2 3,2 /mg/l /mg/l Q min = min 1,75 1,75 /mg/l /mg/l (Bedeutung: (Bedeutung: BAK BAK in in Einzelfällen Einzelfällen erheblich erheblich höher höher im im Verhältnis Verhältnis zur zur AAK!) AAK!) 23

Quotient BAK/AAK: Ergebnisse anderer Studien Autoren Eigene Daten Brackemeyer BGA-GA Köhler Jones Typ Feld Feld Feld Labor Feld N 923 251 236 341 793 Q mittel 2,166 2,73 2,97 2,311 2,259 S,143,13,11,345,221 Q Min /Q Max 1,75/3,2 1,61/2,52 1,75/2,44 1,9/ 6,1 1,82/2,7* Bem. Zeitdiff. max. 3 Min. Zeitdiff. max. 15 Min. für N=92 Gilt für Zeit 2h nach Trinkende Zeitdiff. max. 5 Min. Blutentnahme 6... 6 Min. nach Atemtest *G r e n z e n f ür e i n V e r t r a u e n s n i v e a u v o n 9 5 % 24

Vergleich der Analysenverfahren Streuung der der Einzelwerte Standardabweichung der der ADH-Methode im im Vergleich zur zur GC-Methode geringer Wahrscheinliche Ursache: Einzelne Ausreißer Standardabweichung der der AAK AAK multipliziert mit mit Q=2,1 Q=2,1 stets stets geringer als als Standardabweichung der der 4 Einzelwerte der der BAK BAK (obwohl für für AAK AAK 2 unabhängige Proben Proben erforderlich sind!) sind!) Variationskoeffizient (= (= relative relative Standardabweichung) der der AAK AAK ebenfalls geringer als als Variationskoeffizient der der 4 Einzelwerte der der BAK BAK 25

Ergebnisse: Falsch-positive AAK-Werte Basis Basis 923 923 bzw. bzw. 436 436 Datensätze Datensätze BAK/AAK BAK/AAK mit mit Zeitdifferenz Zeitdifferenz max. max.! 3 3 bzw. bzw.!15!15 Minuten Minuten Fragestellung Fragestellung Anteil Anteil der der BAK-Werte BAK-Werte unterhalb unterhalb des des entsprechenden entsprechenden BAK- BAK- Grenzwertes Grenzwertes bei bei gegebener gegebener AAK AAK Vorgabe Vorgabe des des Gesetzgebers Gesetzgebers Bei Bei Erreichen Erreichen des des AAK-Grenzwertes AAK-Grenzwertes sollen sollen mind. mind. 75 75 % der der dazu dazu gehörenden gehörenden BAK-Werte BAK-Werte über über dem dem jeweiligen jeweiligen BAK-Grenzwert BAK-Grenzwert liegen. liegen. Ergebnis Ergebnis Bei Bei Erreichen Erreichen der der AAK-Grenzwerte AAK-Grenzwerte,25,25 bzw. bzw.,4,4 mg/l: mg/l: alle alle BAK-Werte BAK-Werte ë,5,5 bzw. bzw. ë,8,8 Bei Bei Erreichen Erreichen des des AAK-Grenzwertes AAK-Grenzwertes,55,55 mg/l: mg/l: nur nur 7 Werte Werte (15 (15 Minuten: Minuten: nur nur 2 Werte) Werte) < 1,1 1,1 Für Für AAKë,58 AAKë,58 mg/l: mg/l: alle alle BAK-Werte BAK-Werte ë 1,1 1,1.. 26

Zusammenfassung: OWi-Bereich (AAK<,55 mg/l) Ergebnisse der der Atemalkoholanalyse durch durch Blutprobe (sofern (sofern innerhalb von von 15 15 Minuten) in in allen allen Fällen Fällen bestätigt Somit Somit keine keine Benachteiligung durch durch Methode der der Atemalkoholanalyse gegeben Messtechnische Qualität der der Verfahren Atem- Atem- und und Blutalkoholanalyse vergleichbar 27

Zusammenfassung Strafpozessualer Bereich (AAK m,55 mg/l) Schwerpunkt der der Datenbasis liegt liegt im im Bereich über über,55,55 mg/l: mg/l: 746 746 von von 923 923 Datensätzen mit mit AAK AAK m,55 m,55 mg/l mg/l Korrelation Blut-Atem hier hier besser besser als als im im OWi- OWi- Bereich BAK/AAK-Quotient sinkt sinkt mit mit wachsender Zeitdifferenz zwischen Blut- Blut- und und Atemtest: Indiz Indiz für für Vorliegen der der Abbauphase in in den den meisten Fällen. Fällen. 28

Fazit Zuverlässigkeit der der Atemalkoholanalyse durch durch umfassende Daten Daten bestätigt Festlegung der der korrespondierenden Grenzwerte der der AAK AAK im im OWi-Bereich gerechtfertigt, da da ohne ohne Benachteiligung für für die die Betroffenen Einsatz Einsatz im im strafpozessualen Bereich als als Ersatz Ersatz für für die die Blutprobe gerechtfertigt 29