Apps zum Contact Tracing bei COVID-19-Fällen

„Das Nachverfolgen von menschlichen Kontakten zur Überwachung der Corona-Ausbreitung mittels Smartphone-Apps ist derzeit ein heiß diskutiertes Thema. Eine zentrale Frage dabei ist, wie verlässlich mit solchen Apps tatsächlich ein zwischenmenschlicher Kontakt erkannt werden kann, der eine Infektion ermöglicht. Hierbei ist zu unterscheiden zwischen falsch negativer Kontakterkennung, das heißt, es hat ein infektiöser Kontakt stattgefunden, der aber von der App nicht erkannt wurde, und einer falsch positiven Kontakterkennung, das heißt, es hat kein infektiöser Kontakt stattgefunden, die App hat aber einen solchen gemeldet. Beides ist problematisch: Falsch negative Erkennungen bedeuten, dass die Quelle einer Ansteckung nicht aufgezeichnet wird, falsch positive Erkennungen bedeuten, dass man im Heuhaufen der vermeintlichen Kontakte die Nadel des einen relevanten Kontaktes nicht findet.“

„Die technische Grundlage für die Kontakterkennung sind drahtlose Kommunikationstechnologien, die in jedem Smartphone verbaut sind, wie etwa Bluetooth. Die typische Kommunikationsreichweite von Bluetooth beträgt je nach Umgebung einige Meter bis einige zehn Meter – das heißt, die Information, ob eine Kommunikation per Bluetooth zwischen zwei Smartphones möglich ist, hilft hier zunächst wenig, da man nicht weiß, ob die Smartphones nun 50 Zentimeter voneinander (akute Ansteckungsgefahr) entfernt sind oder 15 Meter (kaum Ansteckungsgefahr).“

„Man hilft sich hier, indem man die Signalstärke der empfangenen Funkwellen auswertet. So wie ich als Mensch einen Sprecher, der im Abstand von einem Meter redet, sehr laut höre, während ich einen Sprecher in 10 Meter Entfernung leiser höre, ist auch die ‚Lautstärke‘ oder Signalstärke einer Funkwelle abhängig vom Abstand des Senders. Das heißt, wenn ich die Signalstärke der Funkwelle im Empfänger messe, kann ich daraus Rückschlüsse auf den Abstand zum Sender ziehen. Leider funktioniert auch dies nur sehr ungenau, da die Ausbreitung von Funkwellen stark von der Umgebung beeinflusst wird. Funkwellen werden von Wänden reflektiert (sogenannte Mehrwegeausbreitung) und alle diese Echos überlagern sich beim Empfänger, was entweder zu einer Abschwächung oder Verstärkung des Signals beim Empfänger und damit zu einer Verfälschung des gemessenen Abstandes führt. Daher kann der Abstand meist nur auf einige Meter genau ermittelt werden.“

„Weiterkönnen Funksignale auch durch – insbesondere metallische – Hindernisse blockiert werden. Daraus ergeben sich die folgenden beiden Extremsituationen für eine Corona-App: Zwei Personen im Abstand von einem Meter sind durch ein Metallgitter getrennt und eine Person hustet durch das Gitter – hier kann das Metallgitter wie ein Faradayscher Käfig die Funksignale blockieren und der Kontakt wird nicht erkannt. Wenn dagegen zwei Personen im Abstand von einem Meter durch eine Plexiglasscheibe getrennt sind, die zwar die Ausbreitung von Viren verhindert, aber für Funkwellen durchlässig ist, würde ein Kontakt erkannt, der aber höchstwahrscheinlich nicht infektiös ist. Dieses Problem lässt sich grundsätzlich durch Funktechnologien nicht beheben, da es immer Stoffe geben wird, die für das Virus durchlässig sind (zum Beispiel das Metallgitter) aber nicht für Funkwellen oder umgekehrt (zum Beispiel die Plexiglasscheibe). Hier würde nur der Einsatz von Kameras oder anderen Sensoren helfen, sodass wirklich die konkrete Kontaktsituation – und nicht nur der Abstand – ermittelt werden kann. Dies hat dann jedoch noch weitreichendere Implikationen für den Schutz der Privatsphäre als eine Abstandsmessung und funktioniert auch nicht 100 Prozent zuverlässig (zum Beispiel im Dunkeln).“

„Es gibt Funktechnologien, die eine sehr viel genauere Abstandsmessung möglich machen als Bluetooth. Die neueste Generation von Smartphones verfügt über einen sogenannten Ultra-Wide-Band (UWB) Funkchip, der zeitlich sehr kurze Funksignale aussendet und die Zeit messen kann, die diese Pulse benötigen, bis sie beim Empfänger ankommen. Da sich Funksignale mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, kann man aus der Flugzeit des Funksignals den Abstand ermitteln, und zwar auf wenige Zentimeter genau, wenn kein Hindernis zwischen Sender und Empfänger ist, welches das Signal blockiert. Mit UWB wäre damit keine perfekte, aber doch sehr viel genauere Ermittlung von virusrelevanten Kontakten möglich, allerdings besitzen bisher nur wenige Personen Smartphones mit UWB, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Personen mit UWB-Smartphones in Kontakt treten, derzeit noch sehr klein ist.“

„Eine zweite Technologie, die kürzlich Einzug in Smartphones gefunden hat, ist das Radar, wo ein Smartphone spezielle Funkwellen abstrahlt, die von Objekten reflektiert und vom gleichen Smartphone wieder empfangen und ausgewertet werden. Diese Technik wird im Straßenverkehr für Geschwindigkeitskontrollen verwendet, beim Smartphone sollen damit Gesten erkannt werden, um eine intuitive Steuerung des Smartphones zu ermöglichen (die auch im Dunkeln funktioniert – anders als bei Kameras). Damit ließen sich prinzipiell auch Kontaktsituationen mit anderen Menschen genau erkennen, allerdings gibt es auch hier noch sehr wenige Nutzer, die solche Radar-Smartphones besitzen.“

„Prof. Elisa Resconi, Prof. Stefan Schönert und Kilian Holzafpel sind Mitglieder des ContacTUM Konsortiums, das sich an der TU München gebildet hat, um einen Beitrag zur Eindämmung der Corona-Epidemie zu leisten. Ihr gehören Professoren und wissenschaftliche Mitarbeiter der Fakultäten für Physik, Mathematik und Informatik sowie der TUM School of Medicine und der TUM School of Governance an. Es gibt drei Arbeitsgruppen: Entwicklung eines Selbsttests (Prof. Gil Westmeyer, TUM School of Medicine), Entwicklung eines Digitalen Kontaktverfolgungsservices (DCTS) unter Berücksichtigung des Datenschutzes und der Privatsphäre (Prof. Elisa Resconi, Fakultät für Physik) und Modellierung des Ausbreitungsgeschehens von Covid-19 auf Basis epidemiologischer Modelle (Prof. Stefan Schönert, Fakultät für Physik).“

Zur Frage, wie die Apps der verschiedenen Länder zu beurteilen sind:
Elisa Resconi: „Alle Apps gehen dasselbe Problem an, mit etwas unterschiedlicher Technik. Die Technik haben wir im Prinzip im Griff, aber wie bei jeder Technologie hängt ihre Wirkung von vielen Faktoren ab. Die Herausforderungen sind: Wissen wir genug über die Krankheit? Ich würde sagen: Wir müssen vieles noch genauer erforschen. Außerdem: Wie erreichen wir, dass möglichst viele Menschen die App benutzen? Und schließlich: Wie gut ist die App in das jeweilige Gesundheitswesen integriert? Das sind entscheidenden Faktoren für den Erfolg eines digitalen Kontaktverfolgungsservices. Die App ist nur eines der Werkzeuge im Portfolio der Maßnahmen zur Bekämpfung von Covid-19. Es ist ein neues Werkzeug, wir müssen es testen und verbessern.“

Zur Frage, wie die ersten Dokumentationen zur deutschen Corona-App einzuschätzen sind: 
Elisa Resconi: „Deutschland leistet einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung. Weil SAP und die Telekom die Führung bei der App-Entwicklung übernommen haben, werden die nächsten Schritte schnell kommen. Alles wird von einer Pilotphase abhängen und davon, wie die Menschen auf dieses neue Instrument reagieren werden.“

Zur Frage, was wir über die Krankheit wissen und weshalb das für die App wichtig ist:
Stefan Schönert: „Asymptomatische und präsymptomatische Infektionen bestimmen maßgeblich das Ausbreitungsgeschehen von Covid-19. Die Anteile beider Phänomene sind Gegenstand der Forschung und können zeitlich und örtlich variabel sein, wir wissen das noch nicht genau. Unsere Forschungsgruppe an der TU München modelliert auf Basis epidemiologischer Modelle die Ausbreitung der Krankheit und die Wirksamkeit der Eindämmungsmaßnahmen. Das sind sehr komplexe Modelle und die Unsicherheiten sind groß. Am Ende muss eine solche App aus den digitalen Kontaktinformationen aber konkrete Schlüsse ziehen und Handlungsempfehlungen geben: Wie groß ist das Infektionsrisiko? Wie lange sollte man in Quarantäne gehen? Wie schnell sollte ein Test gemacht werden? Wir arbeiten daran, unser Verständnis verbessern.“

Zur Frage, welcher App-Ansatz am sinnvollsten ist und weshalb:
Elisa Resconi: „Am effektivsten ist diejenige App, die von der ganzen Bevölkerung freiwillig benutzt und befolgt wird. Dazu braucht es Vertrauen – und dieses Vertrauen müssen wir durch Information und Aufklärung herstellen. Die Wahrung des Datenschutzes und der Privatsphäre muss durch das Design der App gewährleistet sein. Dies stellt der dezentrale Ansatz auf Basis von Bluetooth sicher. Ansonsten gilt: Die Effektivität der App wird nicht durch die Technik alleine bestimmt, sondern sie ist Teil eines Verfahrens, das ebenfalls getestet und der Gesellschaft zur Verfügung gestellt werden muss.“

Zur Frage, wie genau eine Distanzbestimmung per Bluetooth überhaupt sein kann:
Kilian Holzapfel: „Unsere Gruppe an der TU München wird das in den nächsten zwei Wochen genau messen. Der Fehler liegt ganz grob bei zwei Metern. Wenn man also sicher sein will, dass alle Menschen in anderthalb Metern Abstand registriert werden, muss man alle Menschen in einem 5-Meter-Umkreis erfassen. Das Infektionsrisiko ist aber nicht nur abstands-, sondern auch zeitabhängig: Laut RKI besteht ein Infektionsrisiko bei einem Kontakt von 15 Minuten im Abstand von 1,5 Metern. Der zweite Parameter ist also die Dauer des Kontaktes, und diesen Zeitraum können wir sehr genau messen.“

Zur Frage, inwiefern Wände oder Glasscheiben zwischen Personen dabei ein Problem sind:
Kilian Holzapfel: „Wände und Glasscheiben schwächen das Signal ab, der Abstand erscheint dann größer, möglicherweise wird die Messung nicht als Kontakt gewertet. Aber das ist ja korrekt: Menschen von denen ich durch eine Glasscheibe getrennt bin, stellen kein Infektionsrisiko dar. Wände und Glasscheiben werden somit von der App indirekt richtig erfasst, auch wenn wir sie natürlich nicht direkt erkennen können.“

Zur Frage, ob verschiedene Bluetooth-Signalstärken von Smartphones ein Problem sind:
Kilian Holzapfel: „Die Signalstärken der Smartphones werden bei jedem Kontakt über Bluetooth Low Energy mitgeliefert. Diese Funktion ist im Bluetooth BLE Protokoll integriert. Inwieweit diese Werte kalibriert sind, untersuchen wir gerade in unserer Forschungsgruppe an der TU München.“

Zur Frage, inwiefern diese möglichen Probleme so gelöst werden können, dass eine App sinnvoll sein kann:
Kilian Holzapfel: „Kontakte verlässlich zu erkennen, ist nicht das Problem, auch wenn eventuell der eine oder andere Kontakt zu viel erfasst wird. Die App kann aber natürlich das Virus nicht direkt messen. Wir müssen also weiterhin auf Symptome achten und zügig testen, damit wir mit Hilfe der App Infektionsketten schnell erkennen und unterbrechen können. Die App kann, je nach Verbreitung, einen Beitrag dazu leisten, die Epidemie deutlich einzudämmen. Sie wird aber voraussichtlich andere Maßnahmen wie das Tragen von Masken tragen und die Einhaltung des Mindestabstandes nicht überflüssig machen.“

„Smartphone-Apps zur Ermittlung von Kontaktpersonen, sogenannte ‚Contact Tracing Apps‘, können die manuelle Kontaktverfolgung unterstützen. Dabei ist wichtig zu betonen: Der wichtigste Faktor wird weiterhin die manuelle Untersuchung der Kontaktketten durch die Gesundheitsämter sein, die App liefert weitere Daten zu potenziellen Kontakten und kann eine Untersuchung effektiver machen. Dabei muss man beachten, dass eine App einerseits falsch positive Meldungen als auch falsch negative Meldungen liefern kann, komplett präzise ist die Verfolgung also nicht. Dennoch liefert sie potenziell wichtige Daten zur Eindämmung des Coronavirus. Je mehr Bürgerinnen und Bürger eine solche App installieren, desto effektiver wird deren Einsatz.“

„Eine Grundvoraussetzung dazu ist die Beseitigung von Zweifeln in Hinblick auf Datenschutz und Datensicherheit, deshalb ist ein transparentes Vorgehen wichtig: Es muss klar sein, welche Daten für welchen Zweck gesammelt und wie diese verarbeitet werden. Die Veröffentlichung sowohl der Spezifikation als auch der Implementierung der App sind deshalb eine Grundvoraussetzung für Vertrauen in die korrekte Funktionsweise, nur so kann eine unabhängige Analyse der Sicherheitseigenschaften durch Dritte ermöglicht werden. Die Veröffentlichung der ersten Ergebnisse zur deutschen Contact Tracing App sind wichtig und begrüßenswert.“

„Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der dezentrale Ansatz, die Datenanalyse findet auf dem Handy statt und Bürgerinnen und Bürger haben somit die Kontrolle über ihre Daten. Das dabei verwendete Protokoll wurde in Hinblick auf Datenschutz und Datensicherheit entwickelt, es garantiert die datenschutzfreundliche Sammlung und Nutzung von Informationen und verhindert einen potenziellen Missbrauch. Mit der Entscheidung für diesen Ansatz wurde sichergestellt, dass die höchsten Sicherheitsansprüche umgesetzt werden.“

„Bei uns in Deutschland haben wir durch die Diskussion um PEPP-PT dazu gelernt. Das neue Konsortium hat auf der Plattform Github bereits ein paar Dokumente veröffentlicht. Diese sind zwar bislang eher skizzenhaft – in diesem Sinne hängen wir anderen Ländern ein deutliches Stück weit hinterher – aber der Wille scheint da zu sein. Ich hoffe, dass es so positiv weiter geht.“

„Die Schweiz verfolgt einen sehr pragmatischeren Ansatz. Es wurde auf ein Projekt gesetzt, welches von Anfang an Designentscheidungen transparent kommuniziert, diskutiert und begründet hat und mit Apple und Google zusammen gearbeitet hat. Durch den unnötigen Konfrontationskurs mit Apple und Google ist bei uns in den vergangenen Wochen wertvolle Zeit verloren gegangen. Daher wird es in der Schweiz wohl auch wesentlich früher eine App geben als bei uns.“

„Ich denke, dass die Zusammenarbeit mit einem bereits weit fortgeschrittenen, internationalen Projekt, wie zum Beispiel DP-3T, nun der beste Weg ist, um schnell eine gut funktionierende und vertrauenswürdige Lösung zu erhalten.“

„Bisher spielt der Einsatz von Tracing Apps im Gesundheitsamt der Stadt Köln keine Rolle. Sobald auf Grundlage der bereits vorgestellten Basissoftware eine breit einsetzbare Anwendungssoftware (App) vorliegt, wird es darauf ankommen, dass breite Teile der Bevölkerung diese Möglichkeit nutzen, um zügig zu erfahren, dass sie Kontakt zu einer infizierten Person hatten, damit sie schnell darauf reagieren können. Wichtig ist dabei, dass eine App den verordneten Mindestabstand von 1,5 Metern erfasst. Zudem muss eine Möglichkeit vorhanden sein, um Personen direkt über die App oder über hinterlegte Daten kontaktieren zu können. Bund und Länder werden dazu aufrufen. Tracing ersetzt aber kein Testen und der Datenschutz muss unbedingt gewahrt werden.“

„Kontaktnachverfolgung (contact tracing) ist der Prozess der Identifizierung, Testung und des Managements von Personen, die engen Kontakt mit bekannt infizierten Personen hatten. Das Robert Koch-Institut unterscheidet im Rahmen der SARS-CoV-2 Pandemie zwischen Kontaktpersonen der Kategorie I (hohes Infektionsrisiko), der Kategorie II (geringeres Infektionsrisiko) und Kategorie III (medizinisches Personal mit adäquatem Schutz) [1].“

„Konventionelle Kontaktnachverfolgung ist eine wichtige Maßnahme zur Eindämmung oder Kontrolle der Pandemie, um die Infektionsketten zu unterbrechen und damit die Zahl der Neuinfektionen zu begrenzen. Das ist besonders relevant, solange weder eine Immunisierung durch Impfung noch eine wirksame Therapie verfügbar sind. Ihre Effektivität hängt davon ab, wie schnell und zuverlässig Kontakte mit hohem Infektionsrisiko erkannt werden und ob und wie schnell sich die betroffenen Personen in häusliche Absonderung begeben. Konventionelle Kontaktnachverfolgung ist sehr personalintensiv und auch auf das Erinnerungsvermögen infizierter Personen angewiesen.“

„Mobile Applikationen, sogenannte Contact-Tracing-Apps, können Teil der Gesamtstrategie zur Eindämmung der SARS-CoV-2 Pandemie sein und die konventionelle Kontaktpersonennachverfolgung unterstützen [2]. Alle App-Systeme haben die Gemeinsamkeit, dass Kontakte in einem definierten Zeitraum durch präzise räumlich-zeitliche Abstandsmessung mit Hilfe zum Beispiel von Bluetooth-Technologie auf Mobiltelefonen so lückenlos wie möglich gespeichert werden. Sobald eine Kontaktperson positiv auf das Coronavirus getestet wird und dieses Ergebnisse in die App eingibt, werden die entsprechenden Kontaktpersonen anonym über einen stattgefundenen Kontakt mit der nun positiv getesteten Person informiert. Wenn die so informierten Nutzerïnnen verantwortungsvoll handeln und zum Beispiel sich in Selbstisolation begeben, können Infektionsketten frühestmöglich unterbrochen werden.“

„Bisher liegen noch keine belastbaren Daten vor, ob und unter welchen Bedingungen das gelingen kann. Die Effektivität einer App hängt unter anderem von der prozentualen Nutzung in der Bevölkerung ab [2]. Modellrechnungen gehen davon aus, dass eine App erfolgreich sein kann, wenn 60-80% aller Smartphone-Nutzerïnnen diese installieren und nutzen [2,3] . Da nicht sicher ist, ob diese Zahlen erreichbar sind, ist die App als Baustein einer integrativen Gesamtstrategie zu sehen, nicht als alleinige Maßnahme. Eine theoretisch wirksame und akzeptable App muss bestimmte (a) technische, datenschutzrechtliche, (b) epidemiologische, strukturelle und (c) ethische Voraussetzungen erfüllen.“

„(a) Technische und datenschutzrechtliche Voraussetzungen ergeben sich aus dem Installations- und Anwendungsprozess. Derzeit sind Bluetooth- und GPS-basierte Systeme im Einsatz und in Entwicklung. Die Datenverarbeitung kann zentral oder dezentral erfolgen. Als wichtige technische und datenschutzrelevante Kriterien wurden unter anderem dezentrale Datenverarbeitung, Anonymität, Datensparsamkeit, Unverkettbarkeit und Nichtbeobachtbarkeit der Kommunikation genannt [4].“

„(b) Eine App muss grundsätzlich epidemiologisch wirksam sein, also einen Kontakt mit einem höheren Infektionsrisiko zuverlässig anzeigen. Nur so können dann Infektionsketten frühzeitig unterbrochen und damit geeignete pandemische Indikatoren positiv beeinflusst werden. Das bedeutet auch, dass die ihr zugrundeliegenden Entscheidungsalgorithmen mit den Prozessen kompatibel sind, die bei der Nachverfolgung durch die Gesundheitsämter verwendet werden. Die verwendeten Algorithmen sollten schon vor der Einführung der App jederzeit einsehbar, transparent und nachvollziehbar im Sinn der Open Science Prinzipien sein. Außerdem sollten sie dynamisch und anpassbar sein, wenn sich im Lauf der Anwendung neue Erkenntnisse ergeben. Die Kosten falsch positiver Signale (Alarm eines Risikokontakts, der nicht riskant war) und fehlender Signale (kein Alarm, obwohl der Kontakt riskant war) müssen bei der Festlegung der Algorithmen berücksichtigt werden. Es sollten die nötigen Strukturen vorhanden sein, um die alarmierten Nutzerïnnen sehr zeitnah betreuen und testen zu können.“

„Die Wirksamkeit der App und der damit ausgelösten Prozesse muss durch sinnvolle, unabhängige wissenschaftliche Begleitforschung untersucht werden. Begleitforschung muss außerdem durch geeignete Methoden datenschutzrechtlich kompatibel untersuchen, inwieweit die App von allen Bevölkerungsgruppen adäquat und ausreichend genutzt wird (ein kompletter Kriterienkatalog findet sich zum Beispiel in [5]).“

„(c) Eine App muss ethische und rechtliche Voraussetzungen erfüllen. Freiwilligkeit, kontinuierliche Bewertung von Kosten, Nutzen und Risiken, Gewährleistung der Inklusivität vulnerabler Bevölkerungsgruppen, ständige Kommunikation und Information und Rechenschaftspflicht wurden unter anderem als Kriterien identifiziert [6]. Ebenfalls ethisch notwendig ist die kontinuierliche Bewertung der Wirksamkeit und daraus folgend die komplette Löschung aller Systeme und Daten, sobald der Zweck der Pandemiekontrolle erfüllt wurde, oder falls die Wirksamkeit der App nicht nachgewiesen werden kann.“

„Werden die genannten Voraussetzungen erfüllt, kann eine App zur Kontaktnachverfolgung eine sinnvolle Ergänzung etablierter Strukturen der Kontaktnachverfolgung sein.“