Die hämodynamische Lage eines Patienten in Echtzeit zu kennen, ist für die kardiale Diagnostik und Therapieentscheidungen von zentraler Bedeutung. Bisher erforderte die beat-to-beat-Quantifizierung von Schlagvolumen und Herzzeitvolumen in der Regel invasive Messverfahren oder apparativ aufwendige Alternativen. CardioVolumeMetrics eröffnet einen neuen Weg: Ein mathematisches Modell verknüpft die Phasenlängen eines Standard-EKGs mit der elektromechanischen Kopplung des Herzens und leitet daraus pro Schlag präzise hämodynamische Parameter ab – nicht-invasiv, kosteneffizient und auf vorhandenen EKG-Infrastrukturen aufsetzend. Dieser Beitrag richtet sich an Kardiologinnen/Kardiologen, Internistinnen/Internisten und Sportmedizinerinnen/Sportmediziner und erläutert Workflows, Parameter und klinische Nutzenaspekte für die Entscheidungsfindung.

Vom EKG zur Hämodynamik: Wie Phasenlängen zu Volumina werden

Der Kernansatz von CardioVolumeMetrics ist ein biophysikalisch-statistisches Modell, das die Dauer elektrokardiographischer Phasen mit mechanischen Ereignissen des Herzzyklus in Beziehung setzt. Konkret:

• Aus den Phasenlängen im EKG (u. a. Depolarisations- und Repolarisationsabschnitte, intra- und überzyklische Zeitabstände) werden Merkmale pro Herzschlag extrahiert.
• Ein elektromechanisches Kopplungsmodell übersetzt diese Merkmale in die zeitliche Struktur des mechanischen Zyklus (z. B. isovolumetrische Phasen, Auswurf- und Füllungsanteile) und in phasenspezifische Volumina.
• Daraus ergeben sich beat-to-beat Schlagvolumen (SV), Herzzeitvolumen (HZV/CO) und phasenspezifische Volumina (z. B. enddiastolisches und endsystolisches Volumen) sowie abgeleitete Indizes.
• Personalisierung erfolgt durch patientenspezifische Merkmalsprofile (Alter, Körpergröße/-gewicht, Rhythmusmuster) und optional durch klinische Ankerinformationen (falls verfügbar), ohne dass zusätzliche Sensorik erforderlich ist.

Die Genauigkeit wird über kontinuierliche Qualitätsmetriken, robuste Merkmalsextraktion und adaptive Modellanpassung flankiert. Wichtig ist: Es werden vorhandene EKG-Daten genutzt; die Methode ergänzt die EKG-Analyse um den hämodynamischen Kontext, ohne invasive Zugänge oder spezielle Hardware.

Klinische Workflows: Von der EKG-Aufzeichnung zur Entscheidung

CardioVolumeMetrics ist darauf ausgelegt, in bestehende klinische Abläufe zu passen, unabhängig davon, ob es sich um Ruhe-, Belastungs-, Holter- oder Telemetrie-EKGs handelt.

• Nutzung bestehender EKGs:

  • 12-Kanal-Ruhe-EKGs, Telemetrie-Streams, Holter- und Sportleistungs-EKGs können direkt verarbeitet werden.
  • Für historische Daten stehen Batch-Analysen zur Trendbewertung zur Verfügung; für stationäre und ambulante Szenarien sind Echtzeitanalysen möglich.

• Qualitätssicherung (SNR und Artefakte):

  • Automatisierte Signalqualitätsindizes pro Ableitung und pro Schlag erkennen Rauschen, Bewegungsartefakte, Baseline-Wanderungen und Elektrodenprobleme.
  • Lead-Management wählt dynamisch die bestgeeigneten Ableitungen; bei arrhythmischen Episoden werden Ektopien markiert und von Trendanalysen getrennt behandelt.
  • Plausibilitätschecks prüfen interne Konsistenz (z. B. Relation von HF, Füllungszeit und Auswurfzeit) und flaggen potenziell fehlerhafte Schläge.

• Entscheidungsnahe Darstellung:

  • Beat-to-beat Parameter mit gleitenden Medianen/Perzentilen für Stabilität.
  • Visualisierung von SV, CO, enddiastolischem/endsystolischem Volumen, Füllungs- und Auswurfanteilen, plus qualitativem Preload-/Afterload-Hinweis.
  • konfigurierbare Alarme bei Trends (z. B. anhaltender SV-Abfall >20% über N Schläge).

• Workflow-Kompatibilität:

  • Ergebnisse erscheinen direkt im Monitor (Intensiv/IMC), im Befundbericht (Ambulanz/Station) oder im Telemonitoring-Portal (ambulant, Sport, Aviation).

Integration in Klinik-IT und Telemonitoring

Eine hohe Interoperabilität ist Voraussetzung für breite Einsetzbarkeit.

• IT-Anbindung:

  • Import von EKG-Rohdaten über gängige Schnittstellen; Export der abgeleiteten Parameter als strukturierte Daten in KIS/EPA.
  • Unterstützung standardbasierter Workflows (z. B. für die Ablage von Berichten) und Audit-Logging.

• Telemonitoring:

  • Sichere Datenströme aus Wearables, Patch-EKGs oder Telemetrie in ein Cloud- oder Edge-Setup.
  • Dashboards für Remote-Teams mit Patientenkohorten-Ansicht, Trendvergleichen und Ereignisübersichten.
  • Rollenbasierte Zugriffe, Pseudonymisierung und Datenschutzkonformität.

• Einbettung in klinische Pfade:

  • Herzinsuffizienz-Programme, kardiologische Nachsorge, perioperative Pfade, Sportleistungsdiagnostik sowie Arbeitsplatzmedizin können standardisierte Pfade abbilden, in denen Schwellenwerte, Eskalationswege und Dokumentationspunkte definiert sind.

Welche Parameter stehen zur Verfügung – und wie sind sie nutzbar?

Die Methode liefert pro Schlag und als Trend:

• Schlagvolumen (SV) und Herzzeitvolumen (CO) beat-to-beat.
• Enddiastolisches Volumen (EDV) und endsystolisches Volumen (ESV) als phasenspezifische Volumina; daraus ableitbar: Auswurffraktion im Zeitverlauf.
• Dauer und Anteile der mechanischen Phasen (Systole/Diasotle, Füllungszeit, Auswurfzeit) als Surrogate von Preload/Afterload/Relaxation.
• Dynamische Indizes:
  • Variation von SV und CO über Atemzyklen (als Hinweis auf Volumenresponsivität).
  • Last- und Frequenzabhängigkeit (chronotrope und lusitrope Reserve-Hinweise).
• Qualitäts- und Vertrauensmetriken je Zeitfenster, um Entscheidungen transparent zu machen.

In der Praxis unterstützen diese Parameter Fragestellungen wie: Ist ein beobachteter Blutdruckabfall primär durch SV-Rückgang bedingt? Reagiert der/die Patient:in auf Volumengabe? Ist eine Frequenzkontrolle hämodynamisch sinnvoll? Wie stabil ist die Auswurffraktion während Belastung?

Anwendungsfälle aus der Praxis

• Frühwarnung hämodynamischer Dekompensation:

  • Kontinuierliche Trends erkennen fallendes SV/CO, abnehmende Füllungszeiten oder steigende Variabilität frühzeitig, bevor klinische Zeichen manifest werden.
  • Einsatzorte: Herzinsuffizienzstation, IMC/Telemetry, Notaufnahme-Observation.
  • Nutzen: Frühere Volumen-/Vasopressor-/Entlastungstherapie, reduzierte Eskalationen.

• Nachsorge nach Herzoperationen:

  • In der frühen Phase: Monitoring der Stabilisierung von SV/CO und phasenspezifischen Volumina unter Änderung von Inotropika/Afterload.
  • In der ambulanten Phase: Trendbasierte Erkennung von Rückfällen (z. B. schleichende SV-Reduktion) und strukturierte Nachsorgetermine nach objektiven Kriterien.

• Medikamentöse Titration:

  • Betablocker: Bewertung der Wirkung auf Frequenz, Füllungszeit und SV – Erreichen einer hämodynamisch günstigen Zone ohne CO-Verlust.
  • ACE-Hemmer/Vasodilatatoren: Beurteilung von Afterload-Entlastung über Auswurfzeit/ESV-Trends.
  • Diuretika: Preload-Feinsteuerung anhand EDV-/SV-Änderungen; Vermeidung von Überentwässerung.

• Leistungssteuerung bei Athletinnen/Athleten:

  • Belastungsprofiling mit beat-to-beat SV/CO zur Ableitung individueller Trainingszonen.
  • Monitoring von Ermüdung, Dehydration und mangelnder Erholung über Veränderungen in Füllungs-/Auswurfanteilen.
  • Rückmeldung in Echtzeit für Intervall- und Techniktraining; langfristige Trends zur Periodisierung.

• Kontinuierliches Screening von Pilotinnen/Piloten:

  • Langzeitüberwachung in realen Einsatzumgebungen; Erkennung von stress-, höhen- oder ermüdungsbedingten hämodynamischen Mustern.
  • Frühzeitiges Flagging potenziell relevanter Veränderungen zur präventiven Abklärung.
  • Integration in arbeitsmedizinische Check-ups, ohne zusätzliche invasive Diagnostik.

Zeit- und Kostenvorteile gegenüber invasiven Verfahren

• Vermeidung invasiver Zugänge:

  • Keine Katheterisierung, keine arterielle Linie ausschließlich für CO-Messung; geringeres Risiko für Infektionen, Blutungen und Komplikationen.
  • Entfall von Materialien, Personal- und OP-Ressourcen für invasive Messungen in geeigneten Szenarien.

• Nutzung bestehender Infrastruktur:

  • Standard-EKG-Geräte, Telemetrie und Holter reichen aus; kein Spezialhardware-Rollout notwendig.
  • Schulungsaufwand konzentriert sich auf Interpretation und Workflow – nicht auf Geräteeinführung.

• Zeitgewinn:

  • Sofortige Verfügbarkeit der Parameter bei Aufnahme, Visite oder Telekonsultation.
  • Schnellere Therapieanpassungen durch trendbasierte Entscheidungsfindung; potenziell kürzere Aufenthaltsdauer und weniger ungeplante Rehospitalisierungen.

• Skalierbarkeit:

  • Von Einzelfällen bis zu Kohortenmonitoring – die Methode lässt sich breit ausrollen, auch in ressourcenlimitierten Settings, da sie auf dem EKG als Standardverfahren aufsetzt.

Hinweis: Invasive Verfahren behalten ihren Stellenwert, insbesondere wenn direkte Druckmessungen, Shuntquantifizierungen oder interventionsnahe Entscheidungen erforderlich sind. Der Ansatz von CardioVolumeMetrics versteht sich als Ergänzung, die in vielen Situationen eine invasive Messung vermeiden oder antizipierend vorbereiten kann.

Studiendesigns zur Validierung und klinischen Implementierung

Für eine breite Implementierung sind robuste Validierungen und Versorgungsstudien essenziell. Mögliche Designs:

• Methodische Validierung (Genauigkeit und Trending):

  • Prospektive, multizentrische Beobachtungsstudien bei Patientinnen/Patienten mit Referenzmessung (z. B. Thermodilution/indirekte Fick-Methode auf Intensivstation, Doppler-Echokardiographie in Ruhe/Belastung).
  • Statistische Auswertung mit Bland-Altman-Analysen (Bias, Limits of Agreement), vier-Quadranten- und Polar-Plot-Analysen für Trendtreue, Concordance-Rates bei therapeutischen Manövern (Flüssigkeitsbolus, Vasodilatation, Inotropikagabe).
  • Subgruppenanalysen (Sinusrhythmus vs. Vorhofflimmern, postoperative Zustände, HFpEF/HFrEF, Sportlerkollektiv).

• Klinische Nutzennachweise:

  • Randomisierte, pragmatische Studien mit Entscheidungsunterstützung vs. Standard of Care: primäre Endpunkte z. B. Zeit bis zur adäquaten Stabilisierung, 30-Tage-Rehospitalisation, Intensivverlegungen.
  • Stepped-wedge-Cluster-Designs für gestaffelte Einführung auf Stationen; Mixed-Methods zur Prozess- und Akzeptanzevaluation.

• Implementierungsforschung:

  • Evaluierung der Integration in KIS/Telemonitoring, Alarmfatigue-Management, Schulungskonzepte.
  • Gesundheitsökonomische Analysen (Kosten pro vermiedener invasiver Messung, Aufenthaltsdauer, Produktivitätsgewinne im ambulanten Setting).

• Sport- und Aviation-spezifische Studien:

  • Belastungsstudien mit spiroergometrischen Referenzen; Korrelation von SV/CO-Trends mit Leistungsparametern und Erholung.
  • Langzeitkohorten in der Luftfahrtmedizin mit definierten Schwellen und Eskalationspfaden zur Sicherheitsbewertung.

Grenzen, Patientensicherheit und gute Praxis

• Rhythmusstörungen und Schrittmacher:
  • Vorhofflimmern, häufige Ektopien oder CRT können Phasenrelationen verändern; das System kennzeichnet solche Episoden und passt die Trendinterpretation an. Einzelwerten wird geringere Konfidenz zugewiesen, Trends bleiben nutzbar.
• Signalqualität:
  • Starke Artefakte, Elektrodenfehler oder Muskelzittern können die Aussagekraft temporär reduzieren; strukturierte Qualitätssicherung und Redundanz über Ableitungen sind integrale Bestandteile.
• Kontext bleibt entscheidend:
  • Hämodynamik ist ein Baustein; klinische Befunde, Bildgebung und Laborparameter bleiben für Diagnosen und Therapieentscheidungen maßgeblich.
• Indikationsstellung für invasive Verfahren:
  • Wenn Leitlinien oder klinische Lage direkte Druck- oder Sättigungsmessungen erfordern, ersetzt die Methode diese nicht, sondern kann sie vorbereiten und begleiten.

Gute Praxis umfasst die Kombination aus trendbasierter Betrachtung, klaren Eskalationskriterien, dokumentierter Datenqualität und Einbindung in interdisziplinäre Boards.

Fazit: Von Daten zu Entscheidungen – heute schon integrierbar

Mit der Ableitung beat-to-beat Hämodynamik aus den Phasenlängen eines Standard-EKGs macht CardioVolumeMetrics ein entscheidungsrelevantes Fenster auf: präzise, nicht-invasiv und in Echtzeit. Durch praxistaugliche Workflows, tiefe IT-Integration und Telemonitoring wird aus einem ubiquitären Signal ein klinisches Steuerungsinstrument – von der Frühwarnung der Dekompensation über die postoperative Nachsorge und medikamentöse Titration bis hin zur Leistungssteuerung im Sport und dem kontinuierlichen Screening von Hochrisikopersonal wie Pilotinnen und Piloten. Der kombinierte Zeit- und Kostenvorteil gegenüber invasiven Verfahren eröffnet zugleich Potenziale für eine breitere, engmaschigere Versorgung.

Der nächste Schritt ist die gemeinsame Validierung und Implementierung in Ihren Versorgungspfaden. Mit klaren Studiendesigns, standardisierten Schwellen und transparenter Qualitätssicherung lässt sich der Nutzen robust belegen – und in den klinischen Alltag überführen. Wenn Sie Ihre EKG-Infrastruktur für hämodynamische Präzision nutzen möchten, ist der Weg technisch kurz und medizinisch vielversprechend.