Die nicht-invasive Beurteilung der Herzfunktion ist im klinischen Alltag und in der Betreuung von Risikopersonen essenziell – jedoch oft an Bildgebung, Zeitfenster und Verfügbarkeit gebunden. CardioVolumeMetrics schließt diese Lücke, indem hämodynamische Schlüsselparameter direkt aus den Phasenlängen eines Standard-EKGs berechnet werden: enddiastolisches Volumen (EDV), endsystolisches Volumen (ESV), Schlagvolumen (SV) und Ejektionsfraktion (EF). Das Besondere: Es ist keine zusätzliche Hardware erforderlich. Bestehende EKG-Geräte liefern die Daten, die das mathematische Modell in Echtzeit interpretiert – kosteneffizient, schnell, nicht-invasiv. Für Klinikerinnen und Kliniker bedeutet das: ein kontinuierliches, quantifiziertes Monitoring der Pumpleistung; für Betroffene: frühzeitige Erkennung von Veränderungen, ohne zusätzliche Untersuchungsbelastung.

Von Phasenlängen zu Volumina: das Prinzip hinter dem Modell

Elektromechanische Kopplung bildet die Grundlage: Elektrische Aktivität (EKG) steuert mechanische Ereignisse (Kontraktion und Relaxation). CardioVolumeMetrics nutzt die zeitliche Struktur des EKGs – insbesondere RR-Intervall, PQ-, QRS- und QT-Dauer – um die wesentlichen Phasen des Herzzyklus abzubilden und daraus Volumina zu schätzen.

• Phasenabbildung: Aus den EKG-Phasen werden modellgestützt die isovolumetrische Kontraktion, die Auswurfphase und die Relaxationsphase rekonstruiert. Parameter wie präejektionsbedingte Verzögerung und effektive Auswurfzeit werden aus den EKG-Zeiten hergeleitet.
• Individuelle Modellierung: Demografische Basisdaten (z. B. Alter, Körpergröße), Herzfrequenz und Rhythmusvariabilität fließen in die Berechnung ein. So werden patientenspezifische Unterschiede in der Kontraktilität und Nachlast berücksichtigt.
• Volumen- und Funktionsgrößen: Das Modell schätzt EDV und ESV und berechnet daraus Schlagvolumen (SV = EDV – ESV) sowie Ejektionsfraktion (EF = SV/EDV). Trends und Beat-to-Beat-Variabilität werden in Echtzeit dargestellt.
• Datenquellen: Standard-12-Kanal-EKG, Ruhe- oder Belastungs-EKG, Langzeit-/Holter-EKG. Damit ist die Methode im Klinikalltag und in Telemedizin-Szenarien gleichermaßen einsetzbar.

Wesentlich ist die robuste Signalqualitätsprüfung: Artefakte, Vorhofflimmern oder Leitungsstörungen werden automatisch erkannt, Messungen qualitätsgewichtet oder bei Bedarf verworfen. So bleibt die Aussagekraft verlässlich – auch im ambulanten Monitoring.

Integration in bestehende Workflows: vom EKG zur Entscheidungsgrundlage

CardioVolumeMetrics ist als Softwarelösung konzipiert, die sich nahtlos in bestehende Geräte- und IT-Strukturen einfügt – ohne zusätzliche Sensorik.

• EKG-Geräte: Integration via Software-Update, Export/Import oder Streaming-Schnittstelle. Die Analyse erfolgt on-device oder serverseitig.
• Klinische IT: Anbindung an KIS/PVS und PACS via HL7/FHIR/DICOM; Ergebnisse erscheinen als strukturierter Befund mit Verlaufskurven, inklusive EF-, SV- und Volumen-Trends.
• Telemedizin: Sicherer Cloud-Zugriff für ambulante Verlaufsbeobachtung. Patientinnen und Patienten verwenden bestehende EKG-Lösungen; die Volumenanalyse läuft im Hintergrund.
• Alerts in Echtzeit: Konfigurierbare Grenzwerte und Kombinationsregeln, z. B. „EF-Abfall >5 % innerhalb von 24 Stunden“ oder „Zunahme des ESV um >10 ml bei stabilem Blutdruck“. Benachrichtigung an das Behandlungsteam via App, E-Mail oder KIS-Task.

Die Visualisierung fokussiert auf klinische Relevanz: Verlaufskurven mit Referenzbereichen, Ampellogik für rasches Triage-Handling und kurze Befundzusammenfassungen mit konkreten Handlungsempfehlungen im Sinne von „weiterführende Abklärung empfohlen“ oder „engmaschiges Monitoring fortsetzen“.

Frühzeitige Erkennung: Herzinsuffizienz und koronare Erkrankung bei Hochrisikopersonen

Bei Personen mit hohem kardiovaskulärem Risiko zählt Zeit. CardioVolumeMetrics unterstützt die Früherkennung, indem subtile Veränderungen der Pumpleistung sichtbar werden, bevor Symptome dominieren.

• Herzinsuffizienz: Sinkende EF, ansteigendes ESV oder fallendes SV im Verlauf können ein frühes Warnsignal sein – insbesondere in Kombination mit steigender Ruhefrequenz oder Belastungsintoleranz.
• Koronare Herzerkrankung: Belastungsinduzierte Verschlechterungen von SV/EF oder eine Verkürzung der effektiven Auswurfzeit unter Last können auf eine ischämische Limitierung hindeuten. Diese Muster sind ein Anlass für zeitnahe weiterführende Diagnostik.
• Risikoprofiling: Regelmäßige, standardisierte EKG-basierte Hämodynamik erlaubt die Bildung individueller Baselines. Abweichungen werden relativ zum persönlichen Normalbereich bewertet – dadurch steigt die Sensitivität für klinisch relevante Trends.

Für Hausärztinnen/Hausärzte, Kardiologinnen/Kardiologen und Betriebsmediziner bietet sich damit ein niedrigschwelliges Screening- und Verlaufsinstrument an, das vorhandene EKG-Infrastruktur nutzt.

Nachsorge nach kardiochirurgischen Eingriffen: Stabilität belegen, Komplikationen früh erkennen

In der postoperativen Phase ist eine verlässliche, nicht-invasive Verlaufskontrolle entscheidend. Die EKG-basierte Volumenanalyse bietet:

• Tägliche oder wöchentliche EF-/SV-Trends zur Beurteilung der funktionellen Erholung.
• Frühwarnung bei drohender Dekompensation (z. B. ESV-Anstieg, EF-Abfall), was eine Anpassung von Diurese, Nachlastsenkung oder weiterführende Diagnostik anstoßen kann.
• Telemedizinische Nachsorge, die Klinikaufenthalte reduziert und gleichzeitig die Sicherheit erhöht – gerade in den ersten Wochen nach Entlassung.

Befunde werden strukturiert dokumentiert und können mit Laborwerten (z. B. NT-proBNP) und klinischen Scores verknüpft werden, um Entscheidungen abzusichern.

Medikamentöse Titration: Therapieeffekte objektivieren, Nebenwirkungen minimieren

Die schrittweise Anpassung kardiovaskulärer Medikamente verlangt eine feine Balance. CardioVolumeMetrics macht die unmittelbare hämodynamische Reaktion sichtbar:

• Herzinsuffizienztherapie: Unter leitliniengerechter Titration lässt sich der Effekt auf SV/EF und Volumina quantitativ verfolgen; atypische Reaktionen werden rasch erkannt.
• Antianginöse Therapie und Nachlastsenkung: Veränderungen der Auswurfzeit und des Schlagvolumens unter Alltagsbelastung helfen, Dosis und Kombination zu optimieren.
• Sicherheit: Konfigurierbare Alert-Schwellen (z. B. „EF <35 % über 48 h“) unterstützen eine engmaschige Überwachung ohne zusätzliche Termine.

Die Methode ersetzt keine ärztliche Beurteilung, liefert aber objektive, zeitnahe Datenpunkte für präzisere Entscheidungen.

Laststeuerung im Sport und flugmedizinisches Monitoring: Leistung mit Sicherheit

Bei Leistungssportlerinnen und -sportlern unterstützt die EKG-basierte Hämodynamik eine evidenzbasierte Trainingssteuerung:

• Trainingslast: Tagesaktuelle SV-/EF-Profile und Erholungsverläufe helfen, Überlastung zu vermeiden und Anpassungen gezielt zu setzen.
• Screening: Atypische Reaktionen (z. B. disproportionaler EF-Abfall bei submaximaler Belastung) können Anlass für weiterführende Abklärung sein.

In der Flugmedizin steht kontinuierliche Sicherheit im Vordergrund:

• Niedrigschwelliges Monitoring: Nicht-invasiv, ohne zusätzliche Sensoren; EKG-Infrastruktur ist oft bereits vorhanden.
• Alerts in Echtzeit: Frühzeitige Benachrichtigung bei relevanten Abweichungen im hämodynamischen Profil, ohne Arbeitsabläufe zu stören.
• Dokumentation: Lückenlose, auditierbare Verlaufsdaten zur Absicherung medizinischer Tauglichkeit.

Validierung und Qualitätssicherung: interdisziplinär, transparent, kontinuierlich

CardioVolumeMetrics entwickelt, prüft und verbessert den Algorithmus in enger Zusammenarbeit eines interdisziplinären Teams aus Kardiologie, Mathematik, Datenwissenschaft und Medizintechnik.

• Vergleichsstudien: Validierung gegen Echo- und kardiale MRT-Referenzen in unterschiedlichen Kollektiven (ambulant, stationär, Sport, Reha). Zielgrößen: Bias, Präzision, Reproduzierbarkeit und klinische Entscheidungsäquivalenz.
• Generalisierbarkeit: Training und Test in multizentrischen Datensätzen, inklusive verschiedener EKG-Systeme, Altersgruppen und Rhythmusstörungen, um Robustheit zu gewährleisten.
• Qualitätsmetriken pro Messung: Signalqualität, Rhythmusklassifikation, Konfidenzintervalle für EDV/ESV/SV/EF. Ergebnisse werden transparent mit Vertrauensmaß angegeben.
• Sicherheit und Datenschutz: DSGVO-konforme Verarbeitung, Verschlüsselung in Ruhe und Übertragung, rollenbasierte Zugriffe, Audit-Logs und regelmäßige Penetrationstests.

Die kontinuierliche Nachkalibrierung des Modells auf Basis neuer validierter Datensätze stellt sicher, dass Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit über die Zeit zunehmen.

Grenzen der Methode und Indikationen für weiterführende Bildgebung

Wie jede nicht-invasive Modellierung hat auch die EKG-basierte Hämodynamik Grenzen. Einige Konstellationen erfordern ergänzende Diagnostik:

• Rhythmus- und Leitungsstörungen: Vorhofflimmern, ausgeprägte AV-Blockierungen, Schenkelblockbilder oder Schrittmacherstimulation können die elektromechanische Zuordnung erschweren. Hier sind Ergebnisse mit Vorsicht zu interpretieren und ggf. mit Echo/MRT zu verifizieren.
• Strukturelle Herzerkrankungen: Schwerwiegende Klappenvitien, kongenitale Defekte oder ausgeprägte Myokarderkrankungen erfordern meist bildgebende Verfahren für differenzierte Volumen- und Flussanalysen.
• Suboptimale Signalqualität: Starke Artefakte, unzureichende Elektrodenanlage oder Bewegungsartefakte können Messungen limitieren; eine Wiederholung unter standardisierten Bedingungen ist dann sinnvoll.
• Klinische Unsicherheit: Bei symptomatischen Patientinnen/Patienten oder diskrepanten Befunden gilt: zeitnahe weiterführende Diagnostik (Echokardiographie, ggf. kardiale MRT/CT, Labor) einleiten.

Die Methode ergänzt die kardiovaskuläre Diagnostik – sie ersetzt sie nicht. Ihr besonderer Wert liegt in der engmaschigen, kosteneffizienten Überwachung und Früherkennung.

Praxisleitplanken: was Ärztinnen/Ärzte und Betroffene konkret erwarten können

Für das Behandlungsteam:

• Indikationsstellung: Hochrisikopersonen, Herzinsuffizienz-Betreuung, postoperative Nachsorge, Medikamententitration, Sport-/Arbeitsmedizin.
• Workflow: Standardisiertes EKG erfassen (Ruhe oder Belastung), automatische Analyse aktivieren, Befund mit Konfidenzmetriken prüfen, Alerts in den Praxis-/Klinikalltag integrieren.
• Entscheidungen: Trends priorisieren statt Einzelwerten; bei relevanten Abweichungen gezielt Bildgebung oder Labor nachschalten; Therapieanpassungen datenbasiert und leitlinienkonform vornehmen.

Für Betroffene:

• Erwartungsmanagement: Keine zusätzlichen Sensoren oder Termine notwendig – Ihr bestehendes EKG liefert die Daten. Die Auswertung erkennt Veränderungen häufig, bevor Symptome ausgeprägt sind.
• Transparenz: Sie erhalten verständliche Verlaufsdarstellungen (z. B. EF- und SV-Kurven) sowie klare Hinweise, wann ärztliche Rücksprache sinnvoll ist.
• Sicherheit: Ihre Daten werden verschlüsselt verarbeitet; nur das Behandlungsteam hat Zugriff. Bei auffälligen Werten erfolgt eine Benachrichtigung gemäß gemeinsam vereinbarter Regeln.

Fazit: Echtzeit-Hämodynamik mit EKG – präzise, schnell, nicht-invasiv

CardioVolumeMetrics übersetzt die zeitliche Architektur des EKGs in für die Versorgung hochrelevante Volumina und Funktionsmaße – ohne zusätzliche Hardware. Das Ergebnis sind handlungsleitende Informationen in Echtzeit: für die Früherkennung bei Hochrisikopersonen, die sichere Nachsorge nach Herzoperationen, die präzisere Medikamententitration, die smarte Laststeuerung im Sport und das verlässliche Monitoring in der Flugmedizin. Mit validierten Algorithmen, klaren Qualitätsmetriken und definierten Grenzen liefert die Methode klinisch verwertbare Daten, die bestehende Diagnostik sinnvoll ergänzen und Entscheidungen beschleunigen – kosteneffizient, schnell und patientenschonend. Bei Auffälligkeiten bleibt die Bildgebung der Goldstandard zur strukturellen Abklärung; im Alltag aber ermöglicht die EKG-basierte Hämodynamik eine bislang nicht erreichbare Nähe zum hemodynamischen Verlauf – zum Vorteil von Patientinnen/Patienten und Behandelnden gleichermaßen.