Für die Versorgung von Risikopatientinnen und -patienten ist es entscheidend, hämodynamische Veränderungen nicht erst dann zu erkennen, wenn Symptome offensichtlich werden. Klassische Verfahren wie Echokardiografie, Herz-MRT oder rechtsherzkatheter-gestützte Messungen liefern wertvolle Informationen, sind jedoch ressourcenintensiv, oft nicht kontinuierlich verfügbar und für ein engmaschiges Monitoring nur bedingt geeignet. CardioVolumeMetrics schließt hier eine Lücke: Aus den Phasenlängen eines vorhandenen EKGs werden in Echtzeit modellbasierte, präzise hämodynamische Parameter abgeleitet – vollständig nicht-invasiv und ohne zusätzliche Hardware. Das Ergebnis sind kontinuierliche Volumina und Flussprofile über den gesamten Herzzyklus, die klinische Entscheidungen schneller, sicherer und kosteneffizienter machen.

Von der elektrischen zur mechanischen Herzaktion: Das Kernprinzip

Das EKG bildet die elektrische Aktivierung und Erholung des Herzens ab (P-Welle, PQ-Intervall, QRS-Komplex, QT-Intervall, T-Welle). Diese Zeitabschnitte stehen in enger Beziehung zur mechanischen Aktivität: isovolumetrische Kontraktion, Auswurfphase, isovolumetrische Relaxation und Füllungsphase. CardioVolumeMetrics nutzt diese Kopplung:

• Extraktion der Phasenlängen: Hochpräzise Detektion der EKG-Landmarks und ihrer zeitlichen Abstände pro Herzschlag.
• Mathematisches Modell der Elektromechanik: Ein patientenspezifisches, validiertes Modell verknüpft die elektrischen Phasen mit Druck-Volumen-Dynamiken der Ventrikel. Es berücksichtigt Herzfrequenz, Variabilität, Leitungszeiten sowie Kontextinformationen wie Blutdruck und bekannte strukturelle Herzerkrankungen, sofern verfügbar.
• Kalibrierung und Personalisierung: Mit optionalen Referenzwerten (z. B. einmalig gemessener Blutdruck, Körpergröße/Gewicht, bekannte Klappenpathologien) werden Schlagvolumen, enddiastolisches und endsystolisches Volumen, Ejektionsfraktion, diastolische Füllungsdynamik und kardialer Output patientenspezifisch skaliert.
• Qualitätskontrolle in Echtzeit: Artefakt- und Rhythmuserkennung (z. B. bei Bewegungsartefakten, Extrasystolen) sichern robuste Messreihen. Unsicherheiten werden quantifiziert und visualisiert.

So entstehen in Sekundenschnelle kontinuierliche, klinisch interpretierbare Hämodynamik-Profile – ohne Katheter, ohne zusätzliche Sensorik und mit Standard-EKGs in Klinik, Praxis oder ambulanter Überwachung.

Früherkennung und postoperative Nachsorge: Mehr Klarheit, früher handeln

In der Prävention und Kardiologie-Praxis ermöglicht die Methode ein datenbasiertes Frühwarnsystem:

• Subtile Trendveränderungen: Abnehmendes Schlagvolumen, verlängerte isovolumetrische Phasen oder abflachende Füllungskurven können präsymptomatische Dekompensation andeuten – etwa bei beginnender Herzinsuffizienz oder nach Myokardschädigung.
• Belastungs- und Erholungsdiagnostik: Unter Belastung erhobene EKGs lassen die dynamische Reserve von Auswurf und Füllung sichtbar werden. Die Erholungszeit der Hämodynamik fungiert als sensibler Marker für kardiale Reserve.
• Triage und Priorisierung: Auffällige Hämodynamik aus Routinetests unterstützt die Entscheidung, ob weiterführende Bildgebung, Labordiagnostik oder engmaschigere Überwachung nötig ist.

Nach Herzoperationen (z. B. Klappenersatz, Bypass) kommt es auf engmaschige Kontrolle an:

• Frühe Detektion postoperativer Dysfunktionen: Veränderungen von Auswurf, Füllungsdruck-Surrogaten und Ventil-Workload weisen auf Klappendysfunktion, Perikarderguss oder beginnende Pumpinsuffizienz hin.
• Therapie-Feinsteuerung: Titration von Diuretika, Vasodilatatoren oder Inotropika lässt sich am individuellen hämodynamischen Zielprofil ausrichten.
• Übergang in die Telemedizin: Nach Entlassung ermöglicht die kontinuierliche, nicht-invasive Überwachung ein sicheres Follow-up. Auffälligkeiten werden zeitnah an das Behandlungsteam gemeldet, um Re-Hospitalisierungen zu vermeiden.

Wichtig: Die Methode ergänzt Standarddiagnostik und ersetzt sie nicht. Sie dient als kontinuierliches, kosteneffizientes Monitoring, das gezielt weiterführende Diagnostik triggert.

Hochrisikopersonal im Fokus: Kontinuität, die schützt

Für Pilotinnen und Piloten, Einsatzkräfte oder Personen in sicherheitskritischen Berufen ist kardiovaskuläre Stabilität eine Grundvoraussetzung. CardioVolumeMetrics unterstützt:

• Kontinuierliche Überwachung im Einsatz: Laufende Ableitung kardialer Volumina und Output-Trends erkennt Belastungsspitzen, Dehydratation oder beginnende hämodynamische Instabilität frühzeitig.
• Adaptive Schwellen und Alarmkonzepte: Personalisierte Referenzbereiche minimieren Fehlalarme und fokussieren auf klinisch relevante Abweichungen.
• Integration in arbeitsmedizinische Protokolle: Periodische Assessments liefern objektive Verlaufsdaten für Tauglichkeitsbeurteilungen und Return-to-Duty-Entscheidungen – ohne zusätzliche invasive Untersuchungen.

Dabei stehen Datenschutz, robuste Signalqualität auch unter Bewegung und klare Eskalationspfade im Vordergrund.

Präzisions-Training im Sport: Mehr Leistung, weniger Risiko

Bei Athletinnen und Athleten liefert das Verfahren Einblicke jenseits der Herzfrequenz:

• Schlagvolumen- und Füllungsdynamik unter Last: Erfassung der kardiovaskulären Effizienz und der individuellen Auswurf-Reserve bei unterschiedlichen Intensitäten.
• Erholung und Steuerung der Trainingslast: Hämodynamische Recovery-Profile helfen, Übertraining zu vermeiden und den optimalen Zeitpunkt für die nächste intensive Einheit zu bestimmen.
• Individualisierte Periodisierung: Objektive Trends unterstützen die Feinabstimmung von Umfang, Intensität und Regeneration – mit dem Ziel, Leistung zu optimieren und kardiale Risiken früh zu identifizieren.

Auch hier gilt: Die Daten ersetzen keine sportmedizinische Diagnostik, sondern ergänzen sie mit kontinuierlichen, alltagsnahen Messwerten.

Validierungsansätze und wissenschaftliche Evidenz

Klinische Tragfähigkeit entsteht durch transparente Validierung. CardioVolumeMetrics verfolgt dazu mehrstufige Strategien:

• Vergleich mit Goldstandards: Prospektive Studien mit zeitgleichen Referenzmessungen (Echokardiografie, Kardio-MRT, invasive Druck-Volumen-Schleifen bei geeigneten Kollektiven) zur Bewertung von Schlagvolumen, Ejektionsfraktion und Füllungsparametern.
• Methodische Analytik: Bland-Altman-Analysen, Übereinstimmungs- und Reproduzierbarkeitsmetriken (z. B. ICC), Sensitivitäts-/Spezifitätsprofile für klinische Schwellenwerte.
• Outcome-orientierte Evidenz: Prüfung, ob das Monitoring klinische Endpunkte verbessert – z. B. Reduktion von Dekompensations-bedingten Hospitalisierungen oder schnellere Therapieanpassungen in der Nachsorge.
• Robustheit und Generalisierbarkeit: Subgruppenanalysen (Alter, Geschlecht, Rhythmusstörungen, Klappenerkrankungen) und Multicenter-Setups, um Übertragbarkeit sicherzustellen.

Die Validierung wird durch ein interdisziplinäres Team aus Kardiologinnen, Kardiotechnik, Mathematik und Datenwissenschaft flankiert.

Grenzen, Annahmen und Risikomanagement

Jede modellbasierte Methode hat Limitationen. Für eine verantwortungsvolle Anwendung sollten folgende Punkte berücksichtigt werden:

• Rhythmusstörungen und Leitungsanomalien: Vorhofflimmern, hochgradige AV-Blockierungen oder Schenkelblöcke können die Phasendelineation erschweren. In solchen Fällen werden Unsicherheiten explizit ausgewiesen oder alternative Auswertungsmodi genutzt.
• Signalqualität: Bewegungsartefakte, Elektrodensitz und Rauschen beeinflussen die Genauigkeit. Automatisierte Qualitätsmetriken und Plausibilitätschecks sind integraler Bestandteil des Systems.
• Extremphysiologien: Sehr hohe oder sehr niedrige Herzfrequenzen, ausgeprägte Hypertrophie oder schwere Klappeninsuffizienzen können zusätzliche Kalibrierung oder Bestätigung durch Bildgebung erfordern.
• Kein Ersatz für Bildgebung: Strukturelle Diagnosen (z. B. Klappenmorphologie, Myokardnarben) bleiben Domäne der bildgebenden Verfahren. Das EKG-basierte Modell dient der kontinuierlichen funktionellen Ergänzung.
• Kalibrierungsabhängigkeit: Für absolute Volumina kann eine initiale Kontextkalibrierung (z. B. Blutdruck) die Genauigkeit erhöhen; relative Trends sind meist auch ohne zusätzliche Eingaben aussagekräftig.

Ein klar definiertes Risikomanagement mit Eskalationskriterien stellt sicher, dass auffällige Befunde zeitnah abgeklärt werden.

Workflow-Integration: Von der EKG-Leitung zum klinischen Dashboard

Die Implementierung lässt sich in bestehende Abläufe einfügen, ohne Gerätepark oder Personal massiv zu erweitern:

• Nutzung vorhandener EKG-Infrastruktur: 12-Kanal-EKGs, Telemetrie oder Holter-Systeme dienen als Datenquelle; die Auswertung läuft auf kompatiblen Endgeräten oder sicher in der Klinik-Cloud.
• Sofortige Visualisierung: Intuitive Dashboards zeigen Druck-Volumen-Surrogate, Schlag-zu-Schlag-Trends und Ampellogik für schnelle Entscheidungen – mit exportierbaren Reports für die Akte.
• Interoperabilität by design: HL7/FHIR-Schnittstellen ermöglichen die nahtlose Integration in KIS/PVS und Telemonitoring-Plattformen; Alarme fließen in bestehende Workflows.
• Schulung und Change-Management: Kurze, rollenbasierte Trainings für ärztliches und pflegerisches Personal, SOPs für Befundung und Eskalation, sowie Validierungsphasen im Probebetrieb sichern die Akzeptanz.
• Skaliertes Rollout: Start in definierten Use-Cases (Herzinsuffizienz-Ambulanz, postoperative Station, arbeitsmedizinischer Check), anschließend schrittweise Ausweitung.

So entsteht Mehrwert ohne Bruchlinien im Versorgungsalltag.

Kosten-Nutzen: Präzision, die sich rechnet

Weil CardioVolumeMetrics mit bestehenden EKG-Geräten arbeitet, entfallen große Investitionen in neue Hardware. Der wirtschaftliche Nutzen entsteht auf mehreren Ebenen:

• Ressourcenschonung: Selektivere Indikationsstellung für Bildgebung und invasive Diagnostik entlastet Labore und Personal.
• Vermeidung von Notfällen: Frühere Therapieanpassungen können Dekompensationen und Re-Hospitalisierungen reduzieren – ein Hebel für Qualität und Kosten zugleich.
• Effizienz in der Nachsorge: Kürzere Liegedauern und sicherer Übergang in die ambulante Überwachung verbessern die Auslastung und Patientenzufriedenheit.
• Arbeitgebervorteile: Im Hochrisiko-Setting senkt proaktives Monitoring Ausfallzeiten und haftungsrelevante Ereignisse. Im Leistungssport steigert datengestützte Steuerung den Return on Training.
• Skalierbarkeit: Software-Updates erweitern Funktionen ohne zusätzliche Geräteanschaffungen; Pay-per-Use-Modelle ermöglichen bedarfsgerechten Einsatz.

Transparente Gesundheitsökonomie mit realen Kostendaten und Outcome-Metriken unterstützt Entscheidungsträgerinnen und -träger bei der Budgetierung.

Datenschutz und Regulatorik: Sicherheit als Grundprinzip

Vertrauen entsteht durch konsequenten Schutz sensibler Gesundheitsdaten und die Einhaltung regulatorischer Anforderungen:

• DSGVO-Compliance: Datensparsamkeit, Zweckbindung, Pseudonymisierung/Verschlüsselung, rollenbasierte Zugriffe und Audit-Trails sind Standard. Einwilligungs- und Informationsprozesse sind klar dokumentiert.
• Security by design: Härtung der Systeme, sichere Protokolle, Penetrationstests und kontinuierliches Patch-Management minimieren Cyberrisiken.
• Medizinprodukterecht: Entwicklung und klinische Bewertung nach EU-MDR, Qualitätsmanagement gemäß ISO 13485; Informationssicherheit nach ISO/IEC 27001. Transparente Risikodatei und Post-Market-Surveillance.
• Governance und Ethik: Klare Verantwortlichkeiten, regelmäßige Datenschutz-Folgenabschätzungen und klinische Oversight-Gremien sichern verantwortungsvolle Nutzung – inklusive Mechanismen zur Bias-Überwachung in Algorithmen.

Diese Leitplanken ermöglichen Innovation ohne Kompromisse bei Sicherheit und Compliance.

Fazit: Evidenzbasiert entscheiden, proaktiv schützen

Die Ableitung hämodynamischer Parameter aus EKG-Phasenlängen eröffnet einen neuen, praktischen Zugang zur kardialen Funktion – kontinuierlich, nicht-invasiv und wirtschaftlich. Für die Früherkennung, die postoperative Nachsorge, die Überwachung von Hochrisikopersonal und das sportmedizinische Training liefert CardioVolumeMetrics präzise, klinisch relevante Daten in Echtzeit. Mit klaren Validierungsstrategien, definierten Grenzen, reibungsloser Workflow-Integration, solidem Kosten-Nutzen-Profil und konsequentem Datenschutz entsteht ein Instrument, das Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträgern hilft, evidenzbasiert zu handeln – mit dem Ziel, Risikopatienten früher zu schützen und Versorgung nachhaltig zu verbessern.