Nicht-invasive Kardiologie steht vor einem Paradigmenwechsel: Aus Standard-EKGs lassen sich heute nicht nur elektrische Ereignisse, sondern auch hämodynamische Volumina ableiten. CardioVolumeMetrics nutzt dafür ein neuartiges mathematisches Modell, das die Phasenlängen des Herzzyklus im EKG in beat-to-beat-Volumetrie übersetzt. So entstehen in Echtzeit präzise Kennzahlen wie Schlagvolumen (SV) und Herzzeitvolumen (HZV/CO) – auf Basis vorhandener EKG-Infrastruktur. Für Kliniken, Praxen, Reha-Zentren, Sportmedizin und Hochrisiko-Monitoring eröffnet dies neue Wege zu früherer Erkennung, strukturierter Nachsorge und kontinuierlicher Überwachung, ohne die Belastungen und Kosten invasiver Verfahren.

Von EKG-Phasen zur Volumetrie: Wie die Methode funktioniert

Das Modell von CardioVolumeMetrics nutzt die zeitliche Struktur des EKGs und verknüpft sie mit kardiovaskulären Systemgleichungen:

• Phasenidentifikation: Aus P‑Welle, PQ‑Intervall, QRS‑Komplex, ST‑Strecke und T‑Welle werden die elektrischen Korrelate von Vorhofaktivierung, atrioventrikulärer Überleitung, Ventrikeldepolarisation, systolischer Plateauphase und Repolarisation präzise segmentiert. Daraus entstehen beat-genaue Schätzungen von Vorlast- und Nachlast-beeinflussten Phasen (u. a. isovolumetrische Kontraktion, Ejektions- und Füllungszeiten).
• Modellierung der Volumenkinetik: Ein hämodynamisches Modell koppelt die Phasenlängen mit patientenspezifischen Parametern (Herzfrequenz, Blutdruck falls verfügbar, Körperoberfläche) und bekannten Zusammenhängen zwischen Ejektionszeit, Vorlast/Nachlast und Auswurf. Ergebnis sind zeitaufgelöste Volumenkurven je Herzschlag.
• Ableitung klinischer Metriken: Aus den Volumenkurven werden u. a. Schlagvolumen, Herzzeitvolumen, systolische Auswurfdynamik, Füllungsindizes, Verhältnis von Vor‑ zu Nachlastsensitivität sowie Trends über Minuten bis Monate berechnet.
• Kalibrierung und Anpassung: Optional können initiale Referenzwerte (z. B. Blutdruck oder Echo-basiertes SV) zur patientenspezifischen Kalibrierung herangezogen werden; im reinen EKG-Modus arbeitet das System mit populationsvalidierten Annahmen und adaptiver Lernkomponente.

Das Resultat ist eine kontinuierliche, nicht-invasive Hämodynamik in Echtzeit – ohne zusätzliche Sensorik, allein aus den EKG-Phasen.

Was Sie sehen: Output und Entscheidungsrelevanz in Echtzeit

CardioVolumeMetrics stellt die Ergebnisse in einer Form bereit, die klinische Entscheidungen unterstützt:

• Beat-to-beat-Grafiken: Volumenkurven pro Herzschlag, Ejektions- und Füllungszeiten, inklusive Qualitätsindikatoren pro Schlag.
• Kernmetriken: SV (ml), HZV (l/min), relative SV-Variabilität, geschätzte systolische Ausstoßdynamik, diastolische Füllungseffizienz.
• Trends und Baselines: Vergleich über Tage/Wochen, z. B. Veränderung des SV gegenüber individueller Basislinie, tageszeitliche Muster, Belastungsreaktionen.
• Alarme/Schwellenwerte (konfigurierbar): Beispielhaft
  • Akut: SV-Abfall >20% gegenüber Basis über ≥5 konsekutive Schläge in Ruhe.
  • Subakut: Abfall des 7‑Tage‑Medians des SV um ≥10% oder Verkürzung der Füllungszeit um ≥15% bei konstanter Herzfrequenz.
  • Belastung: Unverhältnismäßige HZV‑Steigerung <20% trotz HF‑Anstieg >30% unter standardisierter Belastung.

Alle Schwellenwerte sind als Entscheidungshilfen konzipiert und werden in den klinischen Kontext gestellt (Symptome, Blutdruck, Rhythmus).

Früherkennung kardiovaskulärer Erkrankungen: Workflow und Entscheidungswege

Ziel ist es, subklinische Funktionsveränderungen früh zu erkennen, bevor strukturelle Schäden manifest werden.

• Workflow in Praxis/Klinik

  1. Standard-12‑Kanal-EKG (Ruhe, 60–120 Sekunden). Qualitätscheck (Artefakte, Rhythmus, Elektrodenlage).
  2. Automatische Phasenextraktion und Volumetrie; Generierung von SV/HZV und Füllungs-/Ejektionsindizes.
  3. Optional: Kurzbelastung (z. B. 2‑min Stufenbelastung oder aktive Standprobe) zur Beurteilung der Reserve.
  4. Trendanlage: Baseline speichern, Vergleich mit Alter/BSA-referenzierten Normbereichen.
  5. Befundbericht mit Handlungsempfehlungen und Dokumentation im KIS per FHIR/HL7.

• Beispielhafte Trendanalysen und Schwellen

  • Progressiver SV‑Rückgang ≥10% über 3 Monate bei stabiler Medikation → weiterführende Diagnostik (Echo, Labor).
  • Verkürzte diastolische Füllungszeit bei normaler HF plus abnehmende Füllungseffizienz → frühe diastolische Dysfunktion in Betracht ziehen.
  • Belastungstest: Flache HZV‑Steigerung mit inadäquatem Blutdruckanstieg → Klärung von ischämischer oder valvulärer Ursache.

• Entscheidungsweg (vereinfachtes Schema)

  • Unauffällige Trends → Routinekontrolle (z. B. 6–12 Monate).
  • Grenzwertige Abweichungen (einzeln, ohne Symptome) → Wiederholung nach 2–4 Wochen, Lebensstilberatung, ggf. Medikationsreview.
  • Persistente oder kombinierte Abweichungen, Symptome, Arrhythmiezeichen → zeitnahe Echokardiographie/Belastungsdiagnostik.

Strukturierte Nachsorge nach Herzoperationen: Stabilität sichtbar machen

Nach Klappen- oder Bypass-Operationen ist die lückenlose Funktionsbeobachtung zentral.

• Standardisiertes Nachsorgeprotokoll

  1. Baseline-Erhebung vor Entlassung: SV/HZV, Ejektions-/Füllungszeiten, Rhythmusprofil.
  2. Frühe Nachkontrolle (Woche 1–2, telemedizinisch möglich): Vergleich mit Baseline; Erfassung von Symptomen.
  3. Reha-Phase: Wöchentliche Kurzaufzeichnungen (3–5 Minuten Ruhe + definierte leichte Belastung).
  4. Quartalsweise Visiten im ersten Jahr, danach halbjährlich.

• Trendbeispiele und Schwellen

  • SV‑Zunahme um ≥15% in den ersten 6–8 Wochen bei stabiler Herzfrequenz → erwartete Erholung.
  • Zunehmende SV‑Variabilität in Ruhe oder verlängerte isovolumetrische Kontraktionszeit → mögliche Nachlast-/Kontraktilitätsprobleme; ärztliche Abklärung.
  • Abrupter SV‑Abfall >20% oder persistenter HZV‑Rückgang ≥10% über 2 Messungen → Prioritäre Visite, Echo zur Ursache (z. B. Klappenfunktion, Tamponade, Perikarderguss nicht ausgeschlossen).

• Entscheidungswege

  • Stabiler positiver Trend → Fortführung Reha, graduelle Belastungssteigerung.
  • Diskrete, frühzeitige Abweichungen → Medikationsanpassung (z. B. Nachlastsenker) erwägen; engmaschigere Telekontrolle.
  • Signifikante Abweichungen oder Symptome → zeitnahe Bildgebung und ggf. stationäre Abklärung.

Kontinuierliches Monitoring von Athletinnen/Athleten und Hochrisikopersonal

Für Leistungssport und sicherheitskritische Berufe (Pilotinnen/Piloten, Einsatzkräfte) zählt jede Stunde Vorwarnzeit.

• Einsatzszenario

  • Nutzung vorhandener Praxis- oder Team-ECGs sowie mobile Ein-Kanal-Recorder mit medizinischer Zulassung.
  • Tägliche Kurzaufzeichnungen (1–3 Minuten) in Ruhe plus situatives Monitoring vor/unter/ nach Belastung.
  • Echtzeit-Feedback an betreuendes Team; automatisierte Trendberichte wöchentlich.

• Kennzahlen und Trends

  • Trainingseffekt: Zunahme der Füllungseffizienz und Verlängerung der Füllungszeit in Ruhe bei stabiler HF → physiologische Anpassung.
  • Überlastung/Dehydratation: Abnahme des SV bei gleichzeitig erhöhter HF und verkürzter Füllungszeit → Regenerationsbedarf, Flüssigkeits- und Trainingssteuerung prüfen.
  • Sicherheitsrelevante Alarme: Plötzlicher SV‑Einbruch >25% in Ruhe, ungeklärte Ejektionszeit-Verlängerung, neue Arrhythmiezeichen → Einsatzpause und ärztliche Abklärung.

• Entscheidungswege

  • Grüne Zone: Parameter innerhalb individueller Bandbreite → Freigabe für Training/Einsatz.
  • Gelbe Zone: Einzelner Grenzwert oder Trendverschlechterung → 24–48 h Re‑Check, Belastungsreduktion.
  • Rote Zone: Mehrere Abweichungen oder Symptome → kein Einsatz, sofortige Diagnostik.

Nutzung vorhandener EKG-Infrastruktur: Kosten, Praxisnähe und Telemedizin

Ein Schlüsselvorteil ist die konsequente Verwendung bestehender EKG-Systeme:

• Kosteneffizienz

  • Keine zusätzliche kapitalintensive Hardware notwendig; vorhandene 12‑Kanal- oder qualifizierte mobile EKGs genügen.
  • Kürzere Untersuchungszeit (1–3 Minuten) reduziert Raum- und Personalbindung.
  • Potenzial zur Reduktion unnötiger Bildgebung durch präzise Vorselektion via Trends.

• Praxisintegration

  • Software-Integration in gängige EKG- und KIS/PVS-Systeme (HL7/FHIR, PDF/DICOM-Export).
  • Rollenbasierte Dashboards für Kardiologie, Allgemeinmedizin, Reha, Sportmedizin.
  • Einfache Schulung: Fokus auf Qualitätsaufnahme und Trendinterpretation.

• Telemedizin

  • Sichere Cloud- oder On-Prem-Optionen, Ende-zu-Ende-Verschlüsselung.
  • Asynchrone Befundung mit Echtzeit-Benachrichtigungen.
  • Interdisziplinäre Fallkonferenzen: geteilte Volumenkurven und Trendberichte für Herzteams.

Datenqualität, Validierung und Interpretationssicherheit

Hohe Datenqualität ist die Grundlage belastbarer Entscheidungen. CardioVolumeMetrics unterstützt dies technisch und prozessual.

• Datenqualität und Artefakte

  • Standardisierte Elektrodenplatzierung, ausreichende Hautvorbereitung, 500–1000 Hz Sampling empfohlen.
  • Automatische Artefakt- und Rhythmuserkennung; Ausschluss von Schlägen mit geringer Signalgüte.
  • Hinweise zu Limitationen: Ausgeprägte Leitungsstörungen (z. B. Linksschenkelblock), Schrittmacherstimulation oder akute Ischämie können die Phasenablesung verändern; Kontextbeurteilung ist erforderlich.

• Validierungsstrategie

  • Vergleich gegen Referenzmethoden (Echokardiographie, in geeigneten Studien auch MRT; invasiv nur dort, wo klinisch indiziert).
  • Multizentrisches Design mit heterogenen Kollektiven (Alter, Geschlecht, Ethnizität, Rhythmusstörungen) zur Sicherstellung der Generalisierbarkeit.
  • Laufendes Model-Monitoring: Drift-Erkennung, Re-Kalibrierung und dokumentierte Versionshistorie.
  • Qualitätskennzahlen im Report (z. B. Konfidenzindikator der Schlagzuordnung) erhöhen Transparenz.

• Sichere Interpretationsrichtlinien für Fachkräfte

  • Trends vor Einzelwerten: Entscheidungen primär auf konsistenten Veränderungen über Zeit stützen.
  • Kontextintegration: Symptome, Blutdruck, O2‑Sättigung, Labor und Rhythmus mitbewerten.
  • Doppelte Absicherung: Bei diskrepanten Befunden oder hohem Risiko ergänzende Bildgebung einplanen.
  • Keine Alleinentscheidungen bei roten Flags: Akute Symptomatik oder multiple Schwellenverletzungen erfordern umgehende klinische Abklärung.
  • Dokumentation: Schwellen, Maßnahmen und Follow-up schriftlich festhalten; Patientenaufklärung zur Bedeutung von Trends.

Fazit: Mehr Sicht auf Hämodynamik – genau dort, wo Entscheidungen fallen

CardioVolumeMetrics macht hämodynamische Volumetrie aus dem EKG für den klinischen Alltag nutzbar: frühzeitige Mustererkennung, strukturierte Nachsorge und sicheres Hochrisiko-Monitoring – alles in Echtzeit und mit der vorhandenen EKG-Infrastruktur. Die Kombination aus präziser Phasenanalyse, robusten Trends und klaren Entscheidungswegen unterstützt interdisziplinäre Teams dabei, früher zu intervenieren, Ressourcen gezielter einzusetzen und die Versorgung sicherer zu machen. Als ärztliches Entscheidungswerkzeug konzipiert, ergänzt die Technologie die etablierte Diagnostik und stärkt die kontinuierliche Betreuung Ihrer Patientinnen und Patienten.