Die elektrische Aktivität des Herzens ist seit Jahrzehnten diagnostischer Standard. Was bislang fehlte, war eine verlässliche Brücke zwischen der elektrischen Zeitachse des EKGs und den mechanischen Volumenänderungen der Herzkammern – also dem, was letztlich über Durchblutung, Leistungsfähigkeit und Prognose entscheidet. CardioVolumeMetrics schließt diese Lücke mit einem mathematischen Modell, das Phasenlängen des EKGs in präzise hämodynamische Kenngrößen übersetzt: Schlagvolumen sowie enddiastolische und endsystolische Volumina für jeden Herzzyklus, in Echtzeit und ohne zusätzliche Hardware. Das Ergebnis sind kontinuierliche Volumenkurven, die Sie in Klinik und Praxis für Früherkennung, Triage, Verlaufskontrolle und Therapieanpassung nutzen können – kosteneffizient auf Basis vorhandener EKG-Geräte.

Vom Signal zur Volumenkurve: So funktioniert die Methode

Herzerkrankungen manifestieren sich nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch. Zwischen beidem bestehen stabile, physiologisch erklärbare Beziehungen. Unser Ansatz nutzt diese Beziehungen systematisch:

• Phasenidentifikation aus dem EKG: Die Algorithmen markieren Beat-to-Beat die relevanten Abschnitte, darunter Erregungsbeginn der Kammern (QRS-Onset), die systolische Ejektionsphase, isovolumetrische Intervalle sowie die diastolische Füllung. Dabei werden Herzfrequenzvariabilität, intraindividuelle Muster und Signalqualität berücksichtigt.
• Elektromechanische Kopplung: Ein patientenspezifisches Modell verbindet die erkannten Zeitintervalle mit mechanischen Ereignissen (z. B. Öffnen/Schließen der Aorten- und Mitralklappe). Es berücksichtigt bekannte elektromechanische Verzögerungen, die sich in Abhängigkeit von Alter, Körperbau, Herzfrequenz und Rhythmuslage unterscheiden.
• Parametrische Volumenrekonstruktion: Aus systolischer Ejektionszeit und diastolischer Füllungszeit, kombiniert mit den isovolumetrischen Anteilen, wird pro Takt die Volumenkurve des linken Ventrikels rekonstruiert. Daraus resultieren Enddiastolisches Volumen (EDV), Endsystolisches Volumen (ESV) und Schlagvolumen (SV = EDV − ESV).
• Kontinuierliche Kalibrierung: Adaptive Modelle gleichen individuelle Unterschiede aus und stabilisieren die Schätzung bei wechselnder Last (z. B. Körperlage, Belastung, Stress). Wenn verfügbar, können einmalige Referenzwerte aus Echokardiographie oder Katheterdaten zur Kalibrierung herangezogen werden; die Methode funktioniert jedoch auch ohne solche Zusatzdaten.
• Echtzeit-Output: Bereits wenige Sekunden Signal genügen, um trendfähige Volumenverläufe und abgeleitete Kenngrößen zu visualisieren. Die Berechnung läuft als Software-Layer auf bestehender EKG-Infrastruktur.

Wichtig: Das Verfahren ersetzt keine Bildgebung, sondern ergänzt sie. Sein Vorteil liegt in der lückenlosen, nicht-invasiven Trendbeobachtung mit sehr niedriger Hürde im Alltag.

Was bedeuten die Kennzahlen für Sie?

• Enddiastolisches Volumen (EDV): Das maximale Füllungsvolumen am Ende der Diastole. Veränderungen reflektieren Vorlast, Relaxation und Füllungsdruck. Ein zunehmendes EDV kann auf Volumenüberladung hindeuten.
• Endsystolisches Volumen (ESV): Das Restvolumen nach der Auswurfphase. Ein steigendes ESV weist oft auf systolische Pumpfunktionsstörung oder erhöhten Nachlastwiderstand hin.
• Schlagvolumen (SV): Differenz aus EDV und ESV – das pro Herzschlag ausgeworfene Blutvolumen. Sinkt das SV, kann das auf beginnende Dekompensation, Dehydratation oder Nachlaständerungen hindeuten.
• Ejektionsfraktion (EF): Abgeleitet als SV/EDV. Sie ist ein etablierter Indikator der systolischen Funktion, profitiert hier jedoch von der hohen zeitlichen Auflösung und der Möglichkeit, Veränderungen beat-to-beat zu verfolgen.
• Herzzeitvolumen (HZV): SV multipliziert mit der Herzfrequenz. Reagiert empfindlich auf Belastung, Volumenstatus und Medikation.

Für Betroffene übersetzt: Diese Zahlen zeigen, wie gut Ihr Herz sich mit Blut füllt und es wieder auswirft. Früh auffällige Trends ermöglichen es Ihrem Behandlungsteam, rechtzeitig gegenzusteuern – noch bevor Symptome deutlich werden.

So läuft die Untersuchung ab

• Vorbereitung: Sie nehmen wie üblich ein EKG auf – im Ruhezustand oder, je nach Fragestellung, unter standardisierter Belastung. Es wird keine zusätzliche Hardware benötigt.
• Aufzeichnung: Eine kurze Sequenz (typischerweise 30–120 Sekunden) genügt. Für längere Verläufe, etwa auf der Überwachungsstation oder im Telemonitoring, läuft die Analyse kontinuierlich.
• Analyse in Echtzeit: Die Software extrahiert Phasenlängen und berechnet die Volumenkurven Takt für Takt. Auffällige Trends können markiert und dokumentiert werden.
• Ergebnisdarstellung: Sie erhalten grafische Verläufe von EDV, ESV, SV und EF sowie zusammenfassende Kennzahlen und, falls gewünscht, Entscheidungsunterstützung in Form konfigurierbarer Schwellenwerte.
• Nachverfolgung: Verlaufsdaten lassen sich zwischen Terminen vergleichen, was Therapieeffekte oder beginnende Verschlechterungen objektiviert.

Für Patientinnen und Patienten bleibt der Ablauf also identisch zu einem EKG – schnell, schmerzfrei, ohne Kontrastmittel oder Katheter.

Für die Klinik und Praxis: Validierung, Integration, Einsatzszenarien

Validierungsansätze

• Vergleich mit Referenzstandards: Prospektive Studien gegen Echokardiographie (biplan, 3D), kardiale MRT und, wo verfügbar, invasive Referenzmethoden (z. B. Thermodilution) zur Prüfung von SV-, EDV- und ESV-Schätzungen und deren Trends.
• Beat-to-Beat-Analysen: Bewertung der Fähigkeit, kurzfristige Hämodynamik-Änderungen (Atemzyklus, Orthostase, Belastung) abzubilden.
• Robustheit und Generalisierbarkeit: Subgruppenanalysen (Rhythmusstörungen, unterschiedliche QRS-Dauern, Altersgruppen, Komorbiditäten), Mehrcenter-Designs und externe Validierungen.

Integrationspfade in bestehende Workflows

• Software-Layer auf vorhandenen EKG-Systemen: Installation als Analysemodul; Nutzung der bestehenden Elektroden, Ableitungen und Signalerfassung.
• Schnittstellen: Export und Austausch via HL7/FHIR, DICOM-SR oder PDF; direkte Einbindung in KIS/PACS und Telemetrielösungen.
• Nutzungsmodelle: Point-of-Care-Analyse in Notaufnahme, Station und Praxis; Hintergrundanalyse in der Telemonitoring-Zentrale; API-basierte Einbettung in bestehende Plattformen.

Typische Einsatzszenarien

• Früherkennung bei Hochrisikopatient:innen: Objektive Trends in EDV/ESV und EF erleichtern die Triage und ermöglichen frühzeitige Interventionen bei beginnender Herzinsuffizienz oder Volumenentgleisung.
• Nachsorge nach Herzoperationen: Engmaschige, nicht-invasive Verlaufskontrollen erkennen postoperative Veränderungen der Pumpfunktion, unterstützen die Medikationstitration und verkürzen potenziell Rehospitalisierungen.
• Monitoring von Pilot:innen und anderem Hochrisikopersonal: Regelmäßige, kurzzeitige Messungen liefern belastbare Basislinien und detektieren Abweichungen, die weiterführende Diagnostik rechtfertigen – ohne flugbetriebliche Einschränkungen durch invasive Verfahren.

Grenzen und Qualitätssicherung

Transparenz über Limitationen ist Voraussetzung für sinnvolle Nutzung:

• Rhythmusstörungen: Bei Vorhofflimmern, Bigeminus oder häufigen Extrasystolen kann die Identifikation einzelner Phasen erschwert sein. Trendanalysen bleiben oft aussagekräftig, Einzelschlag-Metriken erfordern jedoch Vorsicht.
• Leitungssystem-Erkrankungen und Schrittmacher: Breite QRS-Komplexe oder pacing-induzierte Muster verändern elektromechanische Verzögerungen. Adaptionen im Modell oder eine Kalibrierung sind dann empfehlenswert.
• Klappenvitien und regionale Wandbewegungsstörungen: Schwerwiegende strukturelle Veränderungen beeinflussen die Beziehung zwischen Zeitphasen und Volumen. Die Methode sollte hier als Ergänzung zur Bildgebung verstanden werden.
• Signalqualität: Artefakte durch Bewegung, Elektrodenkontakt oder elektrische Störungen beeinträchtigen die Genauigkeit. Eine automatisierte Qualitätsprüfung und Wiederholungsmessung erhöht die Zuverlässigkeit.
• Referenzrahmen: Absolute Volumina profitieren von einmaliger Kalibrierung, während Trendverläufe meist robust ohne Kalibrierung nutzbar sind.

Qualitätssicherung umfasst standardisierte Ableitung, dokumentierte Messbedingungen, regelmäßige Software-Updates und die Möglichkeit, Grenzfälle in der Befundansicht zu kennzeichnen.

Fallvignetten aus der Praxis

• Notaufnahme, 67 Jahre, bekannte Herzinsuffizienz: Eine 60‑Sekunden‑Analyse zeigt ansteigendes EDV bei gleichzeitig leicht fallendem SV über mehrere Dutzend Schläge – trotz stabiler Herzfrequenz. Die Triage stuft die Patientin als beobachtungspflichtig ein, Diuretikaanpassung wird erwogen, und es erfolgt eine zeitnahe Echokardiographie. Fazit: Früher Hinweis auf Volumenüberladung, bevor Atemnot klinisch dominiert.
• Postoperative Nachsorge, 58 Jahre, Aortenklappenersatz: In der dritten Woche post OP vergleicht die Praxis zwei ambulante Messungen. ESV sinkt konsistent, EF steigt moderat – ohne Hinweis auf Volumenretention. Die Medikation wird gemäß Plan deeskaliert; eine zusätzliche Bildgebung kann aufgeschoben werden. Fazit: Objektivierte Besserung stützt die sichere ambulante Betreuung.
• Luftfahrtmedizin, 41 Jahre, Berufspilot: Regelmäßige Routinechecks zeigen über mehrere Monate stabile EDV/ESV. Nach einer intensiven Trainingsphase fällt das SV kurzfristig ab, normalisiert sich mit angepasster Regeneration binnen Tagen. Fazit: Präzise Trenddaten ermöglichen frühzeitige Anpassungen, ohne regulären Betrieb zu stören.

Diese Vignetten zeigen, wie trendbasierte Volumeninformationen Entscheidungen stützen – schnell, nicht-invasiv und mit vorhandener EKG-Technik.

Wirtschaftlichkeit und Workflowgewinne

• Keine zusätzliche Hardware: Bestehende EKG-Geräte und Elektroden reichen aus. Das senkt Investitions- und Wartungskosten.
• Zeitersparnis: Die Analyse läuft automatisiert im Hintergrund; Ergebnisse stehen in Echtzeit bereit und lassen sich direkt dokumentieren.
• Skalierbarkeit: Vom Einzelplatz in der Praxis bis zur telemetrischen Überwachung ganzer Patient:innenkohorten – die Infrastruktur wächst mit den Anforderungen.
• Entscheidungsunterstützung: Konfigurierbare Schwellenwerte und Trends reduzieren unnötige Untersuchungen und fokussieren Ressourcen auf die Richtigen.
• Dokumentation und Abrechnung: Standardisierte Berichte erleichtern die Befundkommunikation und die Integration in bestehende Abrechnungslogik.

Ausblick: Interdisziplinäre Entwicklung, Sport und Telemonitoring

CardioVolumeMetrics entsteht in enger Zusammenarbeit von Kardiolog:innen, Physiolog:innen, Datenwissenschaftler:innen und Medizintechniker:innen. Diese Interdisziplinarität ist entscheidend, um elektrophysiologische Erkenntnisse, Signalverarbeitung und klinische Anforderungen zusammenzuführen. Die Roadmap umfasst:

• Erweiterte Modelle für besondere Patient:innengruppen, etwa bei Schrittmachertherapie oder ausgeprägten Klappenvitien.
• Klinische Studienprogramme, die Nutzen und Grenzen in unterschiedlichen Settings systematisch evaluieren, inklusive Endpunkten wie Rehospitalisierung und Therapieanpassung.
• Tiefere Integration in Telemonitoring-Plattformen: Kontinuierliche, ambulante Trendverfolgung ermöglicht proaktive Versorgung – von der Herzinsuffizienz-Nachsorge bis zur Überwachung von Hochrisikopersonal.
• Sport-Performance-Optimierung: Für Leistungs- und Gesundheitssport eröffnet die beat-to-beat-Volumetrie neue Möglichkeiten, Training und Regeneration objektiv zu steuern, Überlastung zu vermeiden und individuelle Zielbereiche zu definieren – ohne zusätzlichen Sensorikaufwand.
• Vertrauenswürdige KI: Erklärbare Modelle, strikte Datenschutz- und IT-Sicherheitsstandards sowie transparente Performanceberichte schaffen Akzeptanz und Sicherheit im klinischen Alltag.

Der Schritt von der EKG-Zeitachse zur Volumenkurve macht hämodynamische Informationen dort verfügbar, wo Entscheidungen getroffen werden: am Bett, in der Praxis, im Cockpit oder zu Hause. Mit CardioVolumeMetrics erhalten Sie eine präzise, nicht-invasive und wirtschaftliche Perspektive auf die Herzfunktion – in Echtzeit, mit vorhandener Infrastruktur und mit dem Potenzial, Versorgung und Prävention nachhaltig zu verbessern.