Die elektrische Aktivität des Herzens, aufgezeichnet im EKG, gliedert sich klassisch in die Phasen P, QRS und T. Diese Phasen repräsentieren die Erregungsausbreitung im Vorhof (P), die schnelle Depolarisation der Kammern (QRS) und die Repolarisation (T). CardioVolumeMetrics nutzt ein mathematisches Modell der elektromechanischen Kopplung, um aus den zeitlichen Längen dieser Phasen die mechanischen Abschnitte des Herzzyklus abzuleiten – einschließlich isovolumetrischer Kontraktion, Auswurfphase, isovolumetrischer Relaxation und Füllungsphase. Ergebnis ist eine zeitaufgelöste Volumenkurve pro Herzschlag, aus der zentrale hämodynamische Kennwerte nicht-invasiv bestimmt werden.

Ohne zusätzliche Katheter oder neue Sensorik entsteht so aus bereits vorhandenen 12-Kanal- und Langzeit-EKGs ein präzises Abbild der Pumpfunktion des Herzens – kontinuierlich, kosteneffizient und in bestehende klinische Workflows integrierbar.

Von P–QRS–T zur Volumenkurve: Wie die Berechnung funktioniert

Das Verfahren beruht auf drei Schritten:

1) Segmentierung und Qualitätsprüfung

• Automatische Erkennung der P-, QRS- und T-Phasen sowie relevanter Intervalle (z. B. PQ-, QT-, RR-Intervall) mit robusten Algorithmen zur Artefaktfilterung.
• Bewertung der Signalqualität und Ausschluss beeinträchtigter Abschnitte (Bewegungsartefakte, Elektrodendislokation).

2) Abbildung elektrischer auf mechanische Phasen

• Nutzung etablierter physiologischer Beziehungen zwischen EKG-Phasenlängen und mechanischen Ereignissen des Herzens (z. B. Korrelation zwischen QRS und Beginn der Ventrikelkontraktion, zwischen QT und Gesamtdauer der Systole).
• Modellierung individueller Modulatoren (Herzfrequenz, Alter, Körpermaße, Rhythmusmuster), um die zeitliche Auflösung der einzelnen Herzzyklusabschnitte zu personalisieren.

3) Rekonstruktion der Volumenkurve und Ableitung von Kennwerten

• Auf Basis der mechanischen Phasen entsteht eine Volumen-Zeit-Kurve für den linken Ventrikel je Herzschlag. Daraus werden abgeleitet:
  • Enddiastolisches Volumen (EDV): maximales Volumen am Ende der Füllungsphase.
  • Endsystolisches Volumen (ESV): minimales Volumen nach dem Auswurf.
  • Schlagvolumen (SV): EDV − ESV.
  • Auswurffraktion (EF): SV/EDV.
• Ergänzend sind Trendgrößen wie Kontraktilitätsindizes, systolische/diastolische Zeitanteile, Variabilität von SV und EF sowie Beat-to-Beat-Dynamiken verfügbar.

Die Ergebnisse liegen als Zeitreihen in Echtzeit oder retrospektiv vor und lassen sich nahtlos in Monitoring- und Befundungsumgebungen übernehmen.

Frühwarnzeichen erkennen, Nachsorge objektivieren: Nutzen für medizinische Fachkräfte

CardioVolumeMetrics adressiert zentrale klinische Fragestellungen, bei denen eine zeitnahe, objektive und schonende Hämodynamik-Beurteilung entscheidend ist:

• Frühwarnsystem bei hämodynamischer Verschlechterung

  • Anstieg des ESV oder Abfall der EF trotz stabiler Herzfrequenz.
  • Verlängerung isovolumetrischer Phasen als Hinweis auf nachlassende Kontraktilität oder erhöhte Nachlast.
  • Abnehmendes Schlagvolumen bei unverändertem Rhythmus als potenzielles Zeichen beginnender Dekompensation.

• Nachsorge nach Herzoperationen und Eingriffen

  • Objektive, wiederholte Messungen von EDV, ESV und EF ohne invasive Zugänge.
  • Vergleichbarkeit über Tage und Wochen zur Beurteilung der Rekonvaleszenz.
  • Dokumentation von Therapieeffekten (z. B. Anpassung der Nachlastsenkung oder Diuretikastrategie).

• Trenddokumentation in Echtzeit

  • Beat-to-Beat-Tracking sensibler Parameter zur Erkennung dynamischer Veränderungen unter Belastung, Volumengabe oder Medikation.
  • Schwellenwerte und Benachrichtigungen innerhalb vorhandener EKG- bzw. Telemetrie-Umgebungen.

• Integration und Wirtschaftlichkeit

  • Einsatz mit bestehenden 12-Kanal-Ruhe-EKGs, Belastungs-EKGs und Langzeit-EKGs (Holter) – ohne zusätzliche Hardware im Regelfall.
  • Softwarebasierte Auswertung, automatische Berichte und Export in Krankenhaus- und Praxisinformationssysteme.
  • Kosteneffizienz durch Nutzung vorhandener Infrastruktur und reduzierte Notwendigkeit invasiver Messungen, wo eine nicht-invasive Verlaufsbeobachtung ausreicht.

Verständlich erklärt: Was die Kennwerte bedeuten – und warum die Methode schonend ist

Für Risikopatientinnen und -patienten sind die wichtigsten Kennwerte schnell greifbar:

• Schlagvolumen (SV): Wie viel Blut pro Herzschlag ausgeworfen wird. Niedrige Werte können auf eine schwächere Pumpleistung hinweisen.
• Enddiastolisches Volumen (EDV): Wie voll der Herzmuskel vor dem Auswurf ist. Es spiegelt unter anderem die Füllung und die Dehnbarkeit des Herzens wider.
• Endsystolisches Volumen (ESV): Wie viel Blut nach dem Auswurf im Herzen zurückbleibt. Steigt es an, kann das ein Zeichen für eine verminderte Auswurfleistung sein.
• Auswurffraktion (EF): Der prozentuale Anteil des ausgeworfenen Blutes bezogen auf die Füllung. Sie ist ein zentraler Orientierungswert für die Pumpfunktion.

Warum ist das Verfahren schonend?

• Keine Katheter, keine Nadeln: Es nutzt Ihr ohnehin vorhandenes EKG-Signal.
• Wiederholbar und engmaschig: Kontrollen können häufig erfolgen, ohne Belastung und ohne Risiko invasiver Eingriffe.
• Alltagsnah: Auch ambulant oder im Rahmen von Langzeitmessungen möglich, um Trends über Tage bis Wochen zu erfassen.

Wichtig: Die Kennwerte ersetzen nicht die ärztliche Beurteilung. Sie sind Entscheidungshilfen, die zusammen mit Symptomen, Laborwerten und Bildgebung ein vollständiges Bild ergeben.

Aus der Praxis: Drei Fallvignetten

• Postoperative Überwachung nach Herzklappenrekonstruktion

  • Ausgangslage: Stabiler Sinusrhythmus, anfänglich niedrige EF postoperativ erwartet.
  • Verlauf: Innerhalb der ersten 48 Stunden zeigt das Trendprofil einen moderaten Anstieg des Schlagvolumens und eine Verkürzung der isovolumetrischen Kontraktion – konsistent mit einer sich erholenden Kontraktilität.
  • Entscheidungspfad: Aufgrund der objektiv gebesserten Hämodynamik kann die intensivmedizinische Überwachung schrittweise reduziert und die Mobilisation früher begonnen werden. In den Folgetagen bestätigen wiederholte, nicht-invasive Messungen den positiven Trend.

• Leistungssport: Differenzierte Belastungssteuerung

  • Ausgangslage: Eliteausdauerathletin in der Vorbereitung. Ziel ist die Optimierung von Vorlast und Nachlast unter Trainingsreizen.
  • Verlauf: Unter standardisiertem Stufentest zeigt die Echtzeit-Analyse eine Plateau-Bildung des Schlagvolumens bei steigender Herzfrequenz und einen leichten Anstieg des ESV – Hinweis auf eine an die Grenze gehende Auswurfleistung.
  • Entscheidungspfad: Anpassung der Trainingsreize, Fokus auf Regenerationstage und spezifische Kraftreize. In den Wochen danach dokumentieren die Trends eine effizientere Auswurfdynamik bei gleicher Belastung.

• Hochrisikoberuf: Pilotin mit kardiovaskulären Risikofaktoren

  • Ausgangslage: Asymptomatisch, aber mit Hypertonie und familiärer Vorbelastung.
  • Verlauf: In der Langzeitmessung treten Phasen mit erhöhtem ESV und reduzierter EF bei situativer Stressbelastung auf, ohne arrhythmische Ereignisse.
  • Entscheidungspfad: Anpassung der antihypertensiven Therapie, strukturierte Stressreduktion und engmaschiges, nicht-invasives Follow-up. Die objektivierten Verlaufsdaten unterstützen die arbeitsmedizinische Beurteilung und die flugmedizinische Tauglichkeitsentscheidung.

Diese Beispiele zeigen, wie objektive, zeitaufgelöste Hämodynamikdaten klinische und arbeitsmedizinische Entscheidungen strukturieren – ohne invasive Prozeduren.

Validierung, Datenqualität und Grenzen: Transparenz ist entscheidend

Ein nicht-invasives Verfahren zur Volumenrekonstruktion muss sich an etablierten Methoden messen lassen. Relevante Vergleichsstandards sind:

• Echokardiographie (2D/3D) für EDV/ESV/EF.
• Kardiales MRT als Referenz für Volumina und Auswurffraktion.
• Invasive Verfahren (z. B. Thermodilution, Pulmonalarterienkatheter) in ausgewählten Settings für Schlagvolumen und Herzzeitvolumen.

Validierungsstrategie

• Vergleich auf Schlag-zu-Schlag- und Trendebene (Korrelation, Bland-Altman-Analyse, Fehlergrenzen).
• Subgruppenanalysen nach Rhythmusstatus, Herzfrequenz, Körperkonstitution und Krankheitsbildern.
• Prospektive Studien zur klinischen Nützlichkeit (z. B. Fähigkeit zur Vorhersage einer Dekompensation).

Datenqualität und Voraussetzungen

• Sauberes EKG mit korrekt platzierten Elektroden ist essenziell.
• Ausreichende Auflösung der P-, QRS- und T-Phasen; starke Rauschanteile müssen gefiltert oder verworfen werden.
• Konsistente Messbedingungen verbessern die Vergleichbarkeit von Trends.

Grenzen und besondere Situationen

• Arrhythmien (z. B. Vorhofflimmern) verändern die Zyklus-zu-Zyklus-Variabilität und erschweren die stabile Phasenzuordnung; hier sind Mittelwertbildung und spezielle Algorithmen notwendig.
• Reizleitungsstörungen (z. B. Linksschenkelblock) und Schrittmacherstimulation beeinflussen die Beziehung zwischen elektrischen und mechanischen Phasen.
• Ausgeprägte Artefakte (Bewegung, Muskelzittern) können einzelne Zyklen unbrauchbar machen; Qualitätsmetriken und Plausibilitätsprüfungen sind daher integraler Bestandteil.
• Die Methode liefert funktionelle Surrogatparameter; in Fragestellungen, die eine anatomische Detaildarstellung erfordern (z. B. Klappenmorphologie), bleibt die bildgebende Diagnostik unersetzlich.

CardioVolumeMetrics verfolgt einen validierungsorientierten Ansatz und empfiehlt, Ergebnisse stets im klinischen Kontext zu interpretieren und bei Unschärfen mit Bildgebung oder invasiven Verfahren zu ergänzen.

Implementierung in der Praxis: Schritte, Datenschutz und Integration

Schrittweise Einführung
1) Anforderungsanalyse: Welche Patientengruppen und Workflows (Station, Ambulanz, Telemonitoring) sollen abgedeckt werden?
2) Technische Anbindung: Integration der EKG-Quellen (12-Kanal-Ruhe-EKG, Belastungs-EKG, Holter). Nutzung standardisierter Schnittstellen für den Datenaustausch.
3) Protokolle und Schwellenwerte: Definition von Alarmkriterien für Trends (z. B. Abfall der EF über definierte Zeitfenster) und Festlegung von Review-Intervallen.
4) Schulung: Einweisung der Teams in Interpretation, Datenqualität, Umgang mit Artefakten und Dokumentation.
5) Pilotphase und Skalierung: Evaluierung im Echtbetrieb, Feinjustierung, anschließende flächige Nutzung.

Datenschutz und Informationssicherheit

• DSGVO-konforme Verarbeitung mit Datenminimierung und Zweckbindung.
• Verschlüsselung in Ruhe und während der Übertragung, rollenbasierte Zugriffskontrollen, Protokollierung.
• Klare Regelungen zu Aufbewahrungsfristen, Löschkonzepten und Patientenrechten (Einwilligung, Auskunft).

Interoperabilität

• Export von Befunden und Trends in das KIS/PVS, idealerweise über standardisierte Formate (z. B. HL7/FHIR für Berichte, PDF/Strukturdaten).
• Einbindung in Telemonitoring-Plattformen zur ambulanten Verlaufskontrolle.
• Nutzung vorhandener EKG-Geräte und -Infrastrukturen; keine zusätzliche Hardware erforderlich, solange EKG-Daten in ausreichender Qualität vorliegen.

Typische Einsatzszenarien in Klinik und Prävention

• Kardiologie und Herzchirurgie: Postoperative Überwachung, Therapieanpassung bei Herzinsuffizienz, Verlaufsbeurteilung nach Interventionen.
• Innere Medizin/Notaufnahme: Objektivierung hämodynamischer Stabilität bei unklarer Dyspnoe oder Hypotonie, Triage-Unterstützung ergänzend zu Bildgebung und Labor.
• Telemonitoring/Prävention: Engmaschige Nachsorge bei Risikopersonen, frühzeitige Trendänderungen als Anlass zur ambulanten Therapieoptimierung.
• Sport- und Arbeitsmedizin: Belastungssteuerung, Sicherheitsbewertung in Hochrisikoberufen, Rückkehr-zu-Job/Return-to-Play-Entscheidungen mit objektiven Funktionsdaten.
• Rehabilitation: Dokumentation von Fortschritt und Belastbarkeit über standardisierte Protokolle hinweg.

Fazit: Präzise Hämodynamik aus dem EKG – frühzeitig, objektiv, integriert

Indem die Phasenlängen des EKGs in zeitaufgelöste Volumina pro Herzzyklus übersetzt werden, schafft CardioVolumeMetrics einen neuen Zugang zu zentralen hämodynamischen Informationen – nicht-invasiv, kosteneffizient und kompatibel mit der täglichen Versorgung. Für medizinische Teams eröffnen sich Möglichkeiten zur frühzeitigen Erkennung von Verschlechterungen, zur objektiven Nachsorge und zur lückenlosen Trenddokumentation. Für Risikopatientinnen und -patienten bedeutet es schonende, dichte Kontrollen ohne Katheter. Klare Validierungsstrategien, definierte Qualitätsstandards und ein transparenter Umgang mit Grenzen sichern den verantwortungsvollen Einsatz – in Klinik, Prävention, Sport- und Arbeitsmedizin.