Die hämodynamische Beurteilung gilt als Goldstandard, wenn es darum geht, kardiale Risiken frühzeitig zu erkennen, Therapieentscheidungen zu fundieren und Verläufe sicher zu überwachen. Bisher erforderte sie oft aufwendige, teils invasive Verfahren oder zusätzliche Sensorik. CardioVolumeMetrics verfolgt einen anderen Ansatz: Aus den Phasenlängen eines vorhandenen EKGs werden phasenbezogene Volumina und daraus abgeleitete Parameter wie Schlagvolumen und Herzzeitvolumen berechnet – in Echtzeit, nicht-invasiv und kosteneffizient. Für die Praxis bedeutet das: Hämodynamik wird dort verfügbar, wo EKGs ohnehin erhoben werden – in der Hausarztpraxis, der kardiologischen Ambulanz, der Betriebsmedizin und im Sportscreening. Das Ergebnis sind messbare Vorteile in Triage, Verlaufskontrolle und Prävention, ohne die bestehende Infrastruktur zu verändern.

Vom EKG zur Volumenkurve: Das Modell hinter CardioVolumeMetrics

Das Kernprinzip: Der Herzzyklus lässt sich in zeitlich definierte Phasen gliedern (isovolumetrische Kontraktion, Ejektionsphase, isovolumetrische Relaxation, frühe Füllung, Diastase, Vorhofkontraktion). Bestimmte EKG-Merkmale spiegeln diese Phasen zeitlich wider (z. B. Beginn des QRS-Komplexes, Ende der T-Welle, RR-Intervall). CardioVolumeMetrics nutzt diese Phasenlängen, um eine patientenspezifische Zeit-Volumen-Kurve zu rekonstruieren.

Das mathematische Modell kombiniert:

• Phasenzeitmessung aus dem EKG (u. a. RR-, PR-, QRS-, QT- und TQ-Dauern sowie abgeleitete systolische/diastolische Zeitanteile).
• Eine physiologische Herzmodellierung, die die Ventrikelvolumenverläufe innerhalb jeder Phase als glatte Funktionen beschreibt. Diese sind durch wenige Parameter charakterisiert (z. B. enddiastolisches Volumen, endsystolisches Volumen, Kontraktilitäts- und Compliance-Parameter, maximale Füll- und Ejektionsraten).
• Inferenzverfahren, die diese Parameter aus den beobachteten Phasenlängen schätzen. Dazu werden populationsbasierte Priors (Alter, Körpergröße/-gewicht, Geschlecht) und – falls verfügbar – kalibrierende Messgrößen wie Blutdruck einbezogen, um die Kurven auf ein absolutes Volumenniveau zu skalieren.
• Qualitätsmetriken, die die Plausibilität der abgeleiteten Kurven (z. B. Massen- und Zeitintegritätsbedingungen) und die Signalqualität des EKGs berücksichtigen.

Aus der Zeit-Volumen-Kurve werden anschließend klinisch relevante Kenngrößen berechnet:

• Schlagvolumen (SV) und Herzzeitvolumen (CO)
• Enddiastolisches und endsystolisches Volumen (EDV, ESV)
• Systolische und diastolische Zeitanteile (SDR, DFR) sowie myokardiale Ökonomieindikatoren
• Maximale Ejektions- und Füllraten (Peak dV/dt)
• Beat-to-beat-Variabilität und Trends über Minuten bis Wochen

Die Methode ersetzt invasive Verfahren nicht, liefert aber eine robuste, alltagsnahe Hämodynamik-Schicht über dem EKG – mit unmittelbarem Nutzen für Screening, Triage und Monitoring.

Klinischer Nutzen: Von Früherkennung bis Sportsteuerung

• Früherkennung kardiovaskulärer Risiken: Veränderungen in SV, CO, EDV/ESV-Verhältnis, systolisch/diastolischer Zeitbalance oder Füllraten können bereits im subklinischen Stadium Hinweise auf systolische oder diastolische Dysfunktionen, Volumenbelastung, Tachykardiomyopathie-Risiken oder autonome Dysregulation geben. In der Breite eingesetzt, verbessert dies die Triage und reduziert unnötige Überweisungen.
• Nachsorge nach Herzoperationen: In der postoperativen Phase unterstützt die trendbasierte Beurteilung von CO, ESV und Füllraten die Detektion von Low-Output-Konstellationen, Volumenmangel oder inadäquater Medikamentenantwort (z. B. Betablocker, Diuretika). Schlag-zu-Schlag-Analytik hilft, Arrhythmie-induzierte Hämodynamikabfälle früh zu erkennen.
• Monitoring von Hochrisikopersonal (z. B. Piloten): Stabilität der Hämodynamik unter Ruhe- und Belastungsbedingungen, Erholungskinetik und Anomalie-Detektion (plötzliche CO-Abfälle, diastolische Restriktionen) ermöglichen eine proaktive Sicherheitskultur. Trendanalysen über Wochen lassen schleichende Veränderungen erkennen, bevor Leistungseinbrüche oder Sicherheitsrisiken auftreten.
• Leistungssteuerung im Sport: Die Relation aus Herzfrequenz, SV und CO sowie die diastolische Reserve liefern objektive Marker für Trainingsadaption, Belastungsverträglichkeit und Überlastung. Der Fokus liegt auf individuellen Verlaufskurven statt starrer Normen – relevant für Athleten wie für ambitionierte Freizeitaktive.

Implementierung in drei typischen Workflows

Hausarztpraxis – Screening und Triage:
1) Aufnahme: Standard-12-Kanal-EKG in Ruhe über 3–5 Minuten; idealerweise 500–1000 Hz Abtastrate.
2) Verarbeitung: Automatisierter Import in CardioVolumeMetrics, Qualitätsscore und Artefakt-Management.
3) Ausgabe: Sofortige Kennzahlen (SV, CO, Zeitanteile) plus Ampelbewertung relativ zu Alters-/Größen-Referenzen und individuellen Baselines.
4) Entscheidung: Unauffällige Befunde verbleiben in der Primärversorgung (Lifestyle, Verlaufskontrolle). Auffällige Muster lösen strukturierte Überweisung in die Kardiologie aus, inklusive zusammengefasster Hämodynamikbefunde.

Kardiologie – Diagnostik und Nachsorge:
1) Integration: Kombination mit Echokardiografie, Belastungs-EKG und – falls indiziert – MRT/Katheterdaten zur Validierung und Differenzialdiagnostik.
2) Serialisierung: Messreihen vor/nach Therapieanpassungen (z. B. Diurese, ACE-Hemmer, CRT-Optimierung) zur objektiven Effekteinschätzung.
3) Rhythmusbezug: Korrelation der Hämodynamik mit Arrhythmieepisoden; Bewertung der diastolischen Reserve unter kontrollierter Belastung.
4) Eskalationslogik: Bei persistenter CO-Reduktion, ansteigendem ESV oder limitierter diastolischer Füllung trotz Frequenzkontrolle folgt weiterführende Bildgebung oder interventionelle Abklärung.

Betriebsmedizin – Sicherheit und Verlaufsbeobachtung:
1) Baseline: Periodisches Ruhe-EKG mit Hämodynamikprofil; optionale Kurzbelastung (z. B. Stufenprotokoll am Ergometer).
2) Monitoring: Trend- und Vergleichsberichte über Quartale/Jahre; automatische Alerts bei signifikanten Abweichungen von der individuellen Norm.
3) Maßnahmen: Niedrigschwellige Abklärung in Kooperation mit Vertragskardiologie; temporäre Einsatzbeschränkung bei kritischen Abweichungen bis zur Klärung.

Datenqualität: Voraussetzungen, Robustheit und Plausibilität

• Signalqualität: Standardisierte Elektrodenplatzierung, ruhige Aufzeichnung, Abtastrate ≥ 250 Hz (empfohlen 500–1000 Hz). Bewegungs- und Muskelartefakte minimieren.
• Rhythmussituation: Die Methode arbeitet bei Sinusrhythmus am zuverlässigsten; bei Vorhofflimmern oder häufigen Extrasystolen werden Konfidenzintervalle und beat-selektive Ausgaben angezeigt. Serien mitteln Aussetzer aus.
• Kalibrierung: Wenn verfügbar, verbessern Blutdruckwerte, anthropometrische Daten und bekannte Echo-Referenzen die absolute Skalierung von EDV/ESV. Ohne Kalibrierung liefert das System konsistente Trends und relative Veränderungen.
• Validierung: Interne Konsistenzprüfungen (z. B. Volumenintegrale über Phasen, physiologische Grenzen für Füll- und Ejektionsraten) erhöhen die Verlässlichkeit; unplausible Zyklen werden verworfen oder separat markiert.

Befundinterpretation und Kombination mit Echo/Katheter

Die Stärke liegt in der Kombination: CardioVolumeMetrics liefert kontinuierliche, leicht verfügbare Hämodynamikdaten; Echokardiografie und Katheterdiagnostik liefern strukturelle bzw. invasive Referenzen.

Typische Interpretationsprinzipien:

• Baseline vs. Trend: Einzelwerte sind weniger aussagekräftig als Veränderungen über Zeit (z. B. CO-Abfall um >15% gegenüber persönlicher Baseline trotz konstanter Herzfrequenz).
• Mustererkennung: Niedriges SV bei hoher HF spricht für limitierte Füllung oder eingeschränkte Kontraktilität; ein Anstieg von ESV bei unverändertem EDV weist auf systolische Schwäche hin.
• Belastungsantwort: Ausreichender Anstieg von SV/CO unter submaximaler Belastung und rasche Erholung sind positiv; flacher SV-Anstieg oder verzögerte Erholung deuten auf Reserveeinschränkung.

Kombinationsempfehlungen:

• Echo: Abgleich von EDV/ESV und Ejektionsfraktion; diastolische Parameter (E/E’) ergänzen die aus dem EKG abgeleiteten Füllraten. Diskrepanzen triggern eine vertiefte Abklärung.
• Katheter: Bei unklarer Hämodynamik trotz konsistenter Trends kann die Invasivmessung (Druck-Volumen-Analysen) entscheidend sein; die EKG-basierte Volumetrie dient hier als Screening- und Verlaufswerkzeug.
• Therapie-Monitoring: Vor und nach Medikamenten- oder Device-Anpassungen (z. B. AV-/VV-Optimierung bei CRT) zeigen die Volumenkurven die unmittelbare hämodynamische Wirkung.

Beispieldashboards, Alarmgrenzen und Berichtslogik

Ein typisches Dashboard umfasst:

• Überblick: Herzfrequenz, SV, CO, EDV, ESV; Qualitätsindikator.
• Zeitanteile: Systole/Diastole in % des RR-Intervalls; Verhältnis und Ruhe-Sollbereiche.
• Dynamik: Beat-to-beat-Variabilität, gleitende Mittelwerte, Trendpfeile (24 h, 7 Tage, 30 Tage).
• Phasenanalyse: Füll- und Ejektionsraten (Peak dV/dt), isovolumetrische Marker, Kurvenüberlagerungen (heute vs. Baseline).
• Kontext: Optionale Einbindung von Blutdruck, Belastungsstufe, Medikamentenänderungen.

Konfigurierbare Alarm- und Handlungsgrenzen (beispielhaft, kontextabhängig zu validieren):

• Schlagvolumen in Ruhe: anhaltend < 50–60 ml oder Abfall > 20% gegenüber Baseline.
• Herzzeitvolumen in Ruhe: anhaltend < 3.5–4.5 l/min oder fehlender Anstieg unter Belastung.
• Endsystolisches Volumen: Zunahme > 15–20% ohne korrespondierenden EDV-Anstieg.
• Diastolischer Zeitanteil: in Ruhe < 55% des RR-Intervalls bei stabiler HF.
• Variabilität: ausgeprägte Beat-to-beat-Schwankungen der Volumina (> 20%) bei Arrhythmieverdacht.

Berichtslogik:

• Ampel/Score: Grün (unauffällig), Gelb (Verlaufskontrolle/Optimierung), Rot (klare Abklärungsindikation).
• Begründungstexte: Automatisierte, nachvollziehbare Erklärungen pro Alarm (z. B. „CO unter persönlicher Referenz an 3 aufeinanderfolgenden Tagen“).
• Export: Einbindung in die Patientenakte (PDF/HL7/FHIR), inkl. Rohdaten-Zusammenfassung und Qualitätsmetriken.

Kosten-Nutzen: Mehr Diagnostik mit vorhandener Infrastruktur

• Nutzung bestehender EKG-Systeme: Keine zusätzliche Sensorik oder Verbrauchsmaterialien; Schulungsaufwand gering, da die Routine-Workflows unverändert bleiben.
• Zeitgewinn: Hämodynamische Kennzahlen in Sekunden; bessere Triage spart Echo-Slots für tatsächlich indizierte Untersuchungen.
• Frühintervention: Trendbasierte Früherkennung reduziert Notfallaufnahmen und verkürzt Wege zur angemessenen Therapie.
• Skalierbarkeit: Von Einzelpraxis bis Klinikverbund; cloud- oder lokal betrieben; geeignet für Telemedizin und strukturierte Nachsorgeprogramme.
• Wirtschaftlichkeit: Niedrige Grenzkosten je Untersuchung; höhere Auslastung bestehender EKGs; verbesserte DRG-/EBM-Abbildung durch präzisere Indikationsstellung (kontextspezifisch).

Praxisfazit: Präzision, die Entscheidungen erleichtert

Indem CardioVolumeMetrics die Brücke zwischen EKG-Phasen und Volumenhämodynamik schlägt, werden belastbare Kenngrößen wie SV, CO und phasenbezogene Füll-/Ejektionsdynamik dort verfügbar, wo sie den größten Unterschied machen: in der schnellen Einschätzung am Point of Care, in der strukturierten Nachsorge und im kontinuierlichen Monitoring. Für Hausärztinnen und Hausärzte, Kardiologinnen und Kardiologen sowie Betriebsmedizinerinnen und -mediziner entsteht so eine durchgängige, nicht-invasive Diagnoseschicht, die klinische Entscheidungen beschleunigt, Kosten senkt und Patientensicherheit erhöht – mit der Verlässlichkeit einer Methode, die auf realen EKGs, einem physiologisch fundierten Modell und kontinuierlicher Validierung beruht.