Die Elektrokardiografie liefert seit Jahrzehnten unverzichtbare Informationen über den Herzrhythmus und die elektrische Erregung des Myokards. CardioVolumeMetrics erweitert diesen diagnostischen Horizont grundlegend: Aus den Phasenlängen des EKGs werden mithilfe eines validierten mathematischen Modells hämodynamische Kernparameter wie enddiastolisches und endsystolisches Volumen, Schlagvolumen und Herzzeitvolumen in Echtzeit abgeleitet – vollständig nicht-invasiv, kosteneffizient und über die vorhandene EKG-Infrastruktur. Für Kliniken bedeutet das frühzeitige, engmaschige und workflowkompatible Einblicke in die Pumpfunktion des Herzens; für Risikopatienten, Athleten und Hochrisikopersonal eröffnet es neue Möglichkeiten des Screenings und der Verlaufskontrolle.

Von Phasenlängen zu Volumina: das Prinzip hinter dem Modell

Das Herz ist ein elektromechanisches System: Elektrische Aktivierung (gemessen im EKG) initiiert mechanische Ereignisse (Füllung, Kontraktion, Auswurf). CardioVolumeMetrics nutzt diese Kopplung systematisch. Kernelemente sind:

• Segmentierung des EKGs in belastbare Phasenlängen wie PQ-/PR-Intervall, QRS-Dauer, QT-/QTc-Intervall, RR-Intervall, T-Wellen-Ende sowie abgeleitete Intervalle der elektromechanischen Aktivierung und Relaxation.
• Ein physiologisch fundiertes, parameterisiertes Modell der Ventrikeldynamik, das elektromechanische Verzögerungen, isovolumetrische Phasen, Auswurf- und Füllungsanteile sowie Nachlast- und Vorlastabhängigkeiten abbildet.
• Echtzeitschätzung individueller Parameter über adaptive Filter und Bayes’sche Inferenz: Beat-to-Beat werden Volumina (EDV/ESV), Schlagvolumen, Auswurffraktion und Herzzeitvolumen geschätzt; Trends werden geglättet und mit Konfidenzintervallen versehen.

Die Kalibrierung erfolgt primär EKG-basiert. Optional können vorhandene Kontextdaten (z. B. Blutdruck, Körpergröße/Gewicht oder einmalige Referenzwerte aus Echo/MRT) die Modellgenauigkeit weiter verbessern – ohne dass diese zwingend erforderlich sind. Artefakte und Rhythmusstörungen werden durch Qualitätsmetriken erkannt; bei unzureichender Signalqualität werden Ergebnisse aktiv gekennzeichnet.

Was in Echtzeit verfügbar wird – und was es bedeutet

Die Technologie liefert kontinuierlich:

• Enddiastolisches Volumen (EDV) und Endsystolisches Volumen (ESV): Grundlage für Füllungszustand und Restvolumen.
• Schlagvolumen (SV) und Auswurffraktion (EF): unmittelbare Kennzahlen der systolischen Funktion.
• Herzzeitvolumen (HZV/CO) und Herzindex: perfusionsrelevante Größen im Klinikalltag.
• Dynamische Marker wie Kontraktilitätsindikatoren, ejektionsbezogene Zeitanteile, Variabilität der Volumina in Ruhe und unter Belastung.
• Trendanalysen mit Frühwarnindikatoren, etwa schleichende EF-Abnahme, steigendes ESV oder abnehmendes SV unter unveränderter Frequenz.

Diese Metriken ergänzen die klassische EKG-Befundung um funktionelle Aussagen, die bislang meist eine Echokardiografie oder invasive Messungen erforderten. Wichtig: CardioVolumeMetrics ist kein Ersatz für bildgebende Verfahren, sondern erweitert deren Einsatzbreite, erlaubt engmaschige Verlaufsbeobachtungen zwischen Untersuchungen und unterstützt die Priorisierung.

Integration in den Klinik-Workflow: von der Früherkennung bis zur Titration

CardioVolumeMetrics ist auf bestehende EKG-Geräte und IT-Infrastruktur ausgelegt und lässt sich schrittweise integrieren:

• Früherkennung von Herzinsuffizienz

  • Regelmäßige 12-Kanal-Ruhe-EKGs in der Kardiologie- oder Hausarztpraxis werden um volumetrische Ausgaben ergänzt.
  • Algorithmische Schwellenwerte und Trends markieren auffällige Verläufe (z. B. EF-Abnahme), die eine zeitnahe Echokardiografie oder Labordiagnostik nahelegen.

• Screening und Verlauf bei Klappenerkrankungen

  • Veränderungen in Auswurfzeitanteilen und Schlagvolumen unter standardisierten Bedingungen liefern Hinweise auf hämodynamisch relevante Stenosen/Insuffizienzen.
  • Verdachtsfälle können gezielt bildgebend abgeklärt und engmaschiger kontrolliert werden.

• Postoperatives Monitoring

  • Auf Intensiv- und Überwachungsstationen ermöglichen Beat-to-Beat-Schätzungen von SV/HZV ein lückenloses hämodynamisches Tracking nach kardiochirurgischen Eingriffen – ohne zusätzliche Sensorik.
  • Trends stützen Entwöhnungs- und Mobilisationsentscheidungen und helfen, Subkompensationen früh zu erkennen.

• Medikamentöse Titration

  • Bei Therapieanpassungen (z. B. Betablocker, RAAS-Blockade, Diuretika) unterstützt die kurzfristige Veränderung von SV/HZV und EF die Beurteilung der Verträglichkeit und Wirksamkeit.
  • Ambulant können Patientinnen und Patienten mittels kurzer EKG-Aufzeichnungen eng begleitet werden.

Operativ erfolgt dies über:

• nahtlose Einbindung in EKG-Geräte/Monitore,
• automatische Übergabe der Ergebnisse in das KIS/PDMS,
• standardisierte Befundbausteine für Arztbriefe und Visiten.

Qualitätssicherung, Datenfluss und Dokumentation

Für eine verlässliche Nutzung sind klare Standards essenziell:

• Signalqualität

  • Mindestanforderungen an Abtastrate und Frequenzgang (z. B. ≥ 250 Hz, geeignete Hoch-/Tiefpass-Filter).
  • Echtzeit-Qualitätsmetriken mit Feedback an das Personal (Elektrodenkontakt, Bewegungsartefakte, Baseline-Drift).

• Validierung und Plausibilitätschecks

  • Konfidenzindizes pro Messwert; automatische Sperren bei Rhythmussituationen mit eingeschränkter Aussagekraft (z. B. ausgeprägte Extrasystolien).
  • Periodische Vergleichsmessungen mit Echo in definierten Kohorten für institutionelle Qualitätssicherung.

• Datenfluss

  • Interoperabilität via HL7/FHIR oder DICOM-Waveform; eindeutige Zuordnung über MRN/Case-ID.
  • Echtzeit-Streaming an Monitore/PDMS und asynchrone Ablage in der elektronischen Akte.

• Dokumentation

  • Versionierung des Algorithmus, Gerätekonfiguration, Zeitstempel und Nutzer-ID.
  • Standardisierte Berichte mit Kernergebnissen, Trends und Hinweisen zu Datenqualität.

Screening- und Verlaufsprotokolle für Risikopatienten, Athleten und Hochrisikopersonal

Je nach Einsatzgebiet empfehlen sich pragmatische, alltagsnahe Protokolle:

• Risikopatienten (z. B. Hypertonie, Diabetes, KHK-Risikoprofil)

  • Baseline-Erhebung (12-Kanal-Ruhe-EKG mit Volumetrik), anschließend alle 3–6 Monate Wiederholung.
  • Zusätzlich kurze Zwischenmessungen (1–2 Minuten) bei Symptomen, Therapieänderungen oder Gewichts-/Ödemzunahme.
  • Ziel: Trends erkennen, bevor klinische Dekompensation eintritt; Priorisierung für weiterführende Diagnostik.

• Athleten

  • Dreiphasiges Protokoll: Ruhe – submaximale Belastung – Erholung.
  • Bewertung der Schlagvolumen-Reserve und der Erholungsdynamik; Identifikation von Maladaptionen (z. B. abnehmendes SV bei gleicher Belastung).
  • Saisonale Vergleichswerte für Trainingssteuerung und Return-to-Play-Entscheidungen.

• Hochrisikopersonal (z. B. Pilotinnen/Piloten, Einsatzkräfte)

  • Periodisches Screening (monatlich/vierteljährlich) in Ruhe plus optional kurzes Stresstest-Äquivalent.
  • Niedrigschwellige Zusatzmessungen nach intensiven Dienstphasen oder bei atypischen Symptomen.
  • Standardisierte Eskalationskriterien für die arbeitsmedizinische Beurteilung.

Diese Protokolle sind bewusst einfach gehalten, um hohe Akzeptanz und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Konkrete Grenzwerte und Maßnahmen richten sich nach Leitlinien und der ärztlichen Beurteilung.

Fallbeispiele aus der Praxis

• Frühzeitige Herzinsuffizienz

  • Eine 62-jährige Patientin mit Hypertonie zeigt im Quartals-Screening einen über drei Monate fallenden EF-Trend und ansteigendes ESV bei stabiler Frequenz. Der Befund triggert eine priorisierte Echo-Untersuchung, die eine beginnende systolische Dysfunktion bestätigt. Eine frühzeitige Therapieanpassung stabilisiert die Volumenmetriken innerhalb von sechs Wochen.

• Klappenerkrankung im Verlauf

  • Bei einem 74-jährigen Patienten mit moderater Aortenstenose dokumentiert das System eine zunehmende Verlängerung des Ejektionszeitanteils und ein sinkendes Schlagvolumen unter submaximaler Belastung. Die zeitnahe kardiologische Abklärung zeigt eine Progression der Stenose; der Patient wird rechtzeitig für eine Intervention evaluiert.

• Postoperative Nachsorge

  • Nach Mitralklappenrekonstruktion wird auf der Überwachungsstation beat-to-Beat eine Zunahme des SV und eine Normalisierung des HZV in den ersten 24 Stunden sichtbar. Ein abrupter Trendknick in der zweiten Nacht weist früh auf ein hämodynamisches Problem hin; die rechtzeitige Diagnostik verhindert eine Dekompensation.

• Athletisches Monitoring

  • Eine 29-jährige Ausdauersportlerin nutzt das Dreiphasen-Protokoll in der Aufbauphase. Die stabile Erholung des SV und ein effizienter Anstieg des HZV unter submaximaler Last sprechen für eine adäquate Trainingssteuerung; ein später beobachteter Leistungsabfall korreliert mit abnehmender SV-Reserve und führt zur Anpassung des Trainingsplans.

Diese Vignetten illustrieren, wie die Kombination aus Echtzeitmetrik und Trendbetrachtung klinische Entscheidungen unterstützt, ohne zusätzliche invasive Maßnahmen.

Datenschutz und IT-Integration

Die Nutzung im Klinik- und Unternehmensumfeld erfordert strenge Datenschutz- und Sicherheitsstandards:

• Rechtliche Grundlagen und Prinzipien

  • DSGVO-/DSG-konforme Verarbeitung mit Zweckbindung, Datenminimierung und klaren Löschkonzepten.
  • Informierte Einwilligung im ambulanten Einsatz; im stationären Kontext Einbindung in bestehende Aufklärungs- und Behandlungsverträge.

• Sicherheitstechnische Maßnahmen

  • Ende-zu-Ende-Verschlüsselung (Transport/TLS, Ruhe/AES-256), rollenbasierte Zugriffskontrollen, Protokollierung und Audit.
  • Härtung der Systeme, regelmäßige Penetrationstests und Schwachstellenmanagement.

• Interoperabilität

  • Anbindung über HL7/FHIR und DICOM; Mapping in das KIS/PDMS und die elektronische Patientenakte.
  • Mandantenfähige Architektur für Klinikverbünde und arbeitsmedizinische Dienste; Pseudonymisierung für Forschung und Qualitätssicherung.

• Governance

  • Definierte Verantwortlichkeiten (IT, Datenschutz, Medizinproduktesicherheit), Change- und Incident-Management.
  • Transparente Algorithmus-Versionierung und nachvollziehbare Modelländerungen.

Grenzen und verantwortungsvoller Einsatz

So vielversprechend der Ansatz ist, es gibt klare Grenzen:

• Arrhythmien (z. B. Vorhofflimmern), ausgeprägte Leitungsstörungen oder Schrittmacherabhängigkeit können die Genauigkeit einzelner Parameter reduzieren; das System kennzeichnet diese Situationen.
• Starke Artefakte, unzureichende Elektrodenanbringung oder ungewöhnliche anatomische Verhältnisse erfordern besondere Vorsicht.
• Die Technologie liefert funktionelle Surrogatparameter und ersetzt nicht die Indikationsstellung für Echokardiografie, Kardio-MRT oder invasive Messungen.
• Befunde müssen immer im klinischen Kontext interpretiert werden; Therapieentscheidungen liegen bei der behandelnden Ärztin/dem behandelnden Arzt.

Ein strukturierter Umgang mit Unsicherheit (Konfidenzmetriken, Zweitbefund, Eskalationspfade) ist integraler Bestandteil des Systems.

Nächste Schritte für Pilotprojekte

Für Einrichtungen, die den Einsatz evaluieren möchten, bewähren sich folgende Schritte:

1. Zieldefinition und Kohortenauswahl

   • Anwendungsfälle priorisieren (z. B. HF-Früherkennung in der Kardiologieambulanz, postoperatives Monitoring, arbeitsmedizinisches Screening).
   • Ein- und Ausschlusskriterien festlegen; Referenzpfade definieren.

2. Prozess- und IT-Design

   • Geräteauswahl und Schnittstellen (HL7/FHIR/DICOM) klären; Testumgebung einrichten.
   • Verantwortlichkeiten benennen (medizinisch, pflegerisch, IT, Datenschutz).

3. Schulung und Change-Management

   • Kurze, praxisnahe Trainings zu Anlagetechnik, Qualitätsmetriken, Interpretation und Dokumentation.
   • Begleitmaterialien (Checklisten, SOPs, Befundbausteine) bereitstellen.

4. Messbare Endpunkte

   • Technisch: Datenqualität, Durchlaufzeit, Systemverfügbarkeit.
   • Klinisch: Übereinstimmung mit Echo-Surrogaten, Zeit bis zur Intervention, Rehospitalisierungsrate, Nutzungsakzeptanz.

5. Laufzeit und Evaluation

   • Pilotdauer 8–12 Wochen mit Zwischenreviews; abschließender Evaluationsbericht inklusive Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
   • Skalierungsplan mit Meilensteinen, Risikoregister und Governance.

Durch diesen strukturierten Ansatz können Sie das Potenzial der EKG-basierten Volumetrie sicher, effizient und patientenzentriert erschließen – von der präventiven Versorgung bis in den anspruchsvollen Klinikalltag.