Für Kardiolog:innen, Internist:innen und Intensivteams ist der hämodynamische Kontext entscheidend: Ob Dekompensation, postoperatives Monitoring oder Belastungssteuerung – relevante Entscheidungen beruhen auf Schlagvolumen (SV), enddiastolischem und endsystolischem Volumen (EDV/ESV) sowie Herzzeitvolumen (HZV). Bisher bedeutet dies häufig Echokardiografie, intermittierende Invasivmessungen oder aufwendige Setup‑Wechsel. CardioVolumeMetrics adressiert diese Lücke mit einer Methode, die aus EKG‑Phasenlängen die Phasen des Herzzyklus modelliert und daraus kontinuierlich Volumina ableitet – nicht‑invasiv, in Echtzeit und auf Basis vorhandener 12‑Kanal‑EKGs oder Telemetrie.

Der Nutzen im klinischen Alltag: Trends statt Momentaufnahme, lückenlose Beat‑to‑Beat‑Analytik und kontextualisierte Alerts, die Änderungen früh erkennbar machen und eine rechtzeitige Intervention unterstützen.

Vom EKG zur Volumenkurve – das Modell in Kürze

Ausgangspunkt sind EKG‑Signale (12 Ableitungen oder Telemetrie). Die Pipeline beinhaltet:

• Signalqualität und Artefaktkontrolle: adaptive Filter, Ableitungs‑Fusionslogik, Qualitätsscore pro Schlag.
• Detektion elektrischer Ereignisse: P‑Welle, QRS‑Onset, T‑Ende, RR‑Intervall, QT/JT‑Dynamik.
• Elektromechanische Kopplung: ein patientenspezifisches Modell schätzt die Verzögerung zwischen elektrischen und mechanischen Ereignissen (z. B. QRS‑Onset → Aortenklappenöffnung; T‑Ende → Aortenklappenschluss) unter Berücksichtigung der Herzfrequenz, Konduktionszeiten, QTc und Morphologie.
• Phasen des Herzzyklus: isovolumetrische Kontraktion, Ejektion (links/rechts), isovolumetrische Relaxation, schnelle Füllung, Diastase, atriale Kontraktion werden zeitlich verortet.
• Volumenrekonstruktion: Ein lumped‑parameter‑Modell (u. a. zeitvariable Elastanz/Ees und Nachlast/Ea) erzeugt aus den Phasenlängen und Schlag‑zu‑Schlag‑Dynamiken eine linksventrikuläre Volumenkurve. Optional können Blutdruckwerte (nicht invasiv) zur Kalibrierung herangezogen werden; ohne Blutdruck nutzt das Modell validierte priorbasierte Parameter und patientenspezifische Anpassungen.

Aus der Volumenkurve werden abgeleitet:

• EDV und ESV pro Schlag
• SV = EDV − ESV
• HZV = SV × Herzfrequenz
• zusätzliche Metriken: systolische/diastolische Zeiten, LVET‑Surrogat, Füllungsanteile, Variabilität (Beat‑to‑Beat, orthostatische Reaktion, Belastungsdynamik)

Wesentlich ist die kontinuierliche, schlaggenaue Aktualisierung. Dadurch lassen sich kleinste Trends erkennen, die in Punktmessungen verborgen bleiben.

Abgeleitete Parameter klinisch interpretieren

• Dekompensation (HFpEF/HFrEF):
  • HFrEF: fallendes SV, ansteigendes ESV, verlängerte systolische Zeitanteile, eingeschränkte Reserve unter Belastung.
  • HFpEF: relativ erhaltene EF, aber verkürzte frühe Füllung, verlängerte isovolumetrische Relaxation, sinkendes SV bei höheren Herzfrequenzen (verkürzte diastolische Zeit), reduzierte Schlag‑zu‑Schlag‑Stabilität.
  • Echtzeit‑Trends erlauben das Aufspüren präklinischer Verschlechterungen (z. B. schleichender SV‑Rückgang über Tage/Wochen).
• Postoperative Nachsorge (Klappen, Bypass):
  • Überwachung des Effekts auf EDV/ESV, Normalisierung der Ejektionszeit, Erkennung subklinischer Stenose‑/Insuffizienz‑Hinweise über veränderte Phasenanteile und Volumendynamik.
  • Früherkennung hämodynamisch relevanter Rhythmusereignisse.
• Intensivmedizinische Steuerung:
  • Beat‑to‑Beat‑Beurteilung von Vorlast/Nachlast‑Effekten, Reaktion auf Vasopressoren/Inotrope, Flüssigkeitsmanagement (z. B. SV‑Trends, Variabilität).
• Sport- und Leistungsmedizin:
  • präzise Belastungssteuerung über SV‑Plateau‑Erkennung, Erholungskinetik, tagesindividuelle HZV‑Reserve.
• Hochrisikopersonal (z. B. Pilot:innen):
  • kontinuierliche Telemetrie mit Schwellenwert‑ und Trend‑Alerts für SV/HZV‑Abfälle, atypische Füllungsdynamiken oder arrhythmieassoziierte Hämodynamik‑Einbrüche.

Diese Parameter ersetzen nicht die klinische Beurteilung, liefern jedoch kontextreiche Zusatzinformation, um Entscheidungen früher, zielgerichteter und mit weniger invasiven Schritten zu treffen.

Integration in vorhandene 12‑Kanal‑EKGs und Telemetrie

CardioVolumeMetrics ist als Software‑Layer konzipiert und nutzt bestehende Infrastruktur:

• EKG‑Quellen: stationäre 12‑Kanal‑Geräte, Telemetrie, Holter‑Daten, Monitoring am Bett.
• Schnittstellen: standardisierte Formate (z. B. SCP‑ECG), HL7/FHIR für Klinik‑IT, IEEE 11073/Device‑Streams.
• Betriebsmodi: Echtzeit am Monitor, Near‑Realtime aus Telemetrie, Batch‑Analyse historischer Daten.
• Darstellung:
  • Beat‑to‑Beat‑Volumenkurve, EDV/ESV/SV/HZV mit Konfidenzindikatoren
  • Trenddashboards (Stunden/Tage/Wochen), Vergleich zur individuellen Basislinie
  • Ereignisprotokoll mit Kontext (z. B. Belastung, Medikation, OP‑Zeitpunkt)
• Alerts:
  • regelbasiert (z. B. SV‑Abfall >20% gegenüber Baseline, HZV < vordefiniertem Zielbereich, prolongierte isovolumetrische Phasen)
  • trendbasiert (CUSUM/gleitende Fenster), um schleichende Veränderungen mit hoher Sensitivität zu erkennen
  • integrierte Artefakt‑ und Arrhythmie‑Filter zur Reduktion von Fehlalarmen

Der klinische Vorteil liegt in der nahtlosen Einbindung in bestehende Workflows – ohne neue Sensorik oder invasive Leitungen.

Anwendungsfälle aus der Praxis

• Frühdetektion von Dekompensation (HFpEF/HFrEF):
  • ambulant: Telemetrie mit wöchentlichen Berichten und Schwellenwert‑Alerts
  • stationär: kontinuierliche Überwachung zur Therapieführung (z. B. Diuretikaanpassung, Nachlaststeuerung)
• Nachsorge nach Klappen‑ und Bypass‑OP:
  • Trendvergleich prä/post OP; frühe Erkennung atypischer Erholungsverläufe
  • Identifikation von Patient:innen mit Bedarf an früherer Bildgebung oder Anpassung der Medikation
• Präzise Belastungssteuerung bei Sportler:innen:
  • objektive SV‑ und HZV‑Zielzonen, Erholungs‑Half‑Time, individuelle Trainingsverträglichkeit
  • Rückkehr‑to‑Play‑Entscheidungen nach kardialen Ereignissen
• Kontinuierliche Überwachung von Pilot:innen und Hochrisikopersonal:
  • latenzarme Alerts bei hämodynamisch relevanten Rhythmusereignissen
  • Verlaufsauswertung über lange Intervalle zur Erkennung von Musterwechseln

Evidenz, Qualitätssicherung und Sicherheit

• Validierung:
  • methodische Validierung gegen Echo‑ und Katheter‑Referenzen in Studienkohorten mit unterschiedlichen Rhythmus‑ und Lastzuständen
  • Auswertung von Reproduzierbarkeit (Test‑Retest), Interoperabilität über Gerätehersteller, Robustheit bei variabler Signalqualität
• Qualitätssicherung im Betrieb:
  • kontinuierlicher Signalqualitätsindex pro Ableitung und pro Schlag
  • automatische Erkennung potenziell störender Muster (z. B. Baseline‑Wanderung, Muskelartefakte, Elektrodendefekte)
  • Kennzeichnung unsicherer Schläge und konservative Glättung in Trendkurven
  • optionale Kalibrierpunkte (z. B. Echo‑Termin, nichtinvasive Blutdruckmessungen) zur Feinjustierung
• Datensicherheit und Governance:
  • rollenbasierte Zugriffe, Audit‑Trail, Verschlüsselung im Transit und at rest
  • Integration in bestehende Datenschutz‑ und IT‑Sicherheitskonzepte

Die Evidenzlage wächst fortlaufend; in der klinischen Anwendung empfiehlt sich eine initiale Parallelführung mit etablierten Verfahren, um patienten‑/einrichtungspezifische Baselines zu etablieren.

Grenzen der Methode und Umgang damit

• Arrhythmien:
  • Vorhofflimmern/‑flattern: fehlender atrialer Beitrag und unregelmäßige RR‑Intervalle erschweren die Phasenmodellierung; die Software aggregiert robuste Metriken über stabile Segmente und kennzeichnet Unsicherheiten.
  • Schenkelblock/Pacing: veränderte Elektromechanik (verlängerte EMD) erfordert angepasste Modellparameter; automatische Erkennung und alternative Fits werden verwendet.
• Signalqualität:
  • starkes Rauschen, Elektrodenprobleme oder Bewegung limitieren die EKG‑basierte Phasenbestimmung; Qualitätsschwellen verhindern Fehlinterpretationen.
• Physiologische Sonderfälle:
  • sehr hohe/ niedrige Herzfrequenzen, schwere Valvulopathien mit ausgeprägter Regurgitation, mechanische Kreislaufunterstützung – hier ist die Volumenrekonstruktion eingeschränkt interpretierbar.
• Kontextabhängigkeit:
  • bedeutende Therapieentscheidungen sollten weiterhin durch Bildgebung oder invasive Referenzen abgesichert werden, insbesondere bei diskrepanten Befunden.

Transparenz über Konfidenzintervalle, klare Kennzeichnung eingeschränkter Daten und SOPs zum Eskalationspfad sind zentrale Sicherheitsanker.

Ergänzung zu Echo und Katheter – kein Ersatz

• Echokardiografie:
  • Struktur, Klappenmorphologie, regionale Wandbewegungen – die EKG‑basierte Hämodynamik ergänzt dies um lückenlose Zeitreihen von Volumina und Phasen.
  • Einsatzszenarien: Triage, Zwischenkontrollen, Therapie‑Feinsteuerung zwischen Echo‑Terminen.
• Katheterdiagnostik:
  • Druck‑Volumen‑Loops und invasive Drucke bleiben Goldstandard für bestimmte Fragestellungen.
  • CardioVolumeMetrics kann die Frequenz invasiver Messungen reduzieren, den optimalen Zeitpunkt definieren und postinterventionell kontinuierlich überwachen.

Dieses Zusammenspiel führt zu effizienteren Pfaden: gezielte Bildgebung, weniger „blind spots“, schnellere Reaktionszeiten.

Implementierungs‑Checkliste für Klinik und Praxis

• Zieldefinition:
  • Welche Patientengruppen (HFpEF/HFrEF, post‑OP, Intensiv, Sportmedizin, Telemonitoring)?
  • Welche Metriken und Alerts haben höchste Priorität?
• Infrastruktur:
  • kompatible 12‑Kanal‑EKGs/Monitore identifizieren; Schnittstellen (SCP‑ECG, HL7/FHIR) prüfen
  • Netzwerk‑/IT‑Freigaben, Datenschutz‑Freigaben, Benutzerverwaltung
• Workflow‑Design:
  • SOPs für Anlegen/Wechseln von Elektroden, Artefaktmanagement, Eskalationspfade bei Alerts
  • Festlegung von Baseline‑Fenstern (z. B. 24–72 h) und Kontrollzeitpunkten (Echo/Klinik)
• Kalibrierung und Qualität:
  • optional: Referenz‑Echo oder Blutdruckpunkt zur initialen Feinabstimmung
  • Qualitätsmetriken in das tägliche Board integrieren (Signalqualitätsquote, Anteil verwertbarer Schläge)
• Alarmierung:
  • Schwellen und Trendregeln definieren (z. B. SV‑Abfall >15% über 2 h, HZV < Ziel, prolongierte isovolumetrische Phasen)
  • Alarm‑Routing (Zentrale, Mobilgeräte), Quittierungs‑ und Dokumentationsregeln
• Schulung:
  • klinische Interpretation der Volumenkurven, Grenzen und Artefakte
  • IT‑Bedienung, Dashboard‑Nutzung, Datenexport
• Pilotphase:
  • kleine Kohorte, enges Monitoring der KPIs (Alarm‑Precision, Interventionszeit, Verweildauer, Bildgebungsfrequenz)
  • Lessons Learned in SOPs überführen, Skalierung planen
• Evaluation:
  • regelmäßige Audits, Outcome‑Tracking, Abgleich mit Bildgebung/Katheter, kontinuierliche Parametertuning

Ökonomie und Versorgungsnutzen

• Nutzung vorhandener EKG‑Hardware vermeidet Investitionen in zusätzliche Sensorik und reduziert Schulungsaufwand.
• Kontinuierliche, nicht‑invasive Überwachung kann invasive Messungen selektiver machen und damit Risiken, Logistik und Kosten senken.
• Trendbasierte Steuerung unterstützt kürzere Verweildauern und zielgenauere ambulante Kontrollen.
• Telemonitoring erweitert die Versorgungskapazität ohne proportionale Personalsteigerung; Alerts fokussieren Aufmerksamkeit auf wirklich relevante Veränderungen.

Fazit für den klinischen Alltag: Eine EKG‑basierte, in Echtzeit verfügbare Hämodynamik schafft Transparenz zwischen den klassischen Messzeitpunkten, ergänzt Echo und Katheter sinnvoll und ermöglicht frühere, sicherere Interventionen – mit geringem Implementierungsaufwand, weil die bestehende EKG‑Infrastruktur genutzt wird.