Wer hämodynamische Parameter wie enddiastolisches Volumen (EDV), endsystolisches Volumen (ESV), Schlagvolumen (SV), Auswurffraktion (EF) und Herzzeitvolumen (HZV) in Echtzeit kennen möchte, landet traditionell bei bildgebenden Verfahren oder invasiven Messungen. CardioVolumeMetrics setzt genau hier an: Wir nutzen Informationen, die in jedem Standard-EKG bereits enthalten sind – die Phasenlängen des Herzzyklus (z. B. PQ-, QRS-, QT- und RR-Intervalle) – und leiten daraus mittels eines verifizierten mathematischen Modells die kardialen Volumina und zentralen Hämodynamik-Parameter ab. Das Ergebnis: eine kosteneffiziente, nicht-invasive und sofort verfügbare Beurteilung der Pumpfunktion – auf Basis der vorhandenen EKG-Infrastruktur in Klinik, Praxis und Überwachungssystemen.

Von EKG-Phasen zu Volumina: Das Prinzip hinter dem Modell

Ein 12-Kanal-EKG bildet nicht nur die elektrische Aktivierung des Herzens ab, es strukturiert den Herzzyklus zeitlich. Genau diese Zeitmarken sind die Brücke zur Mechanik:

• Das PQ-Intervall spiegelt die atrioventrikuläre Überleitungszeit wider und markiert die Vorlastdynamik.
• Die QRS-Dauer kennzeichnet den Beginn der ventrikulären Depolarisation und korreliert mit dem Start der mechanischen Systole (inklusive isovolumetrischer Kontraktion).
• Das QT-Intervall repräsentiert die elektrische Systole und korreliert mit Ejektions- und Relaxationsphasen.
• Das RR-Intervall definiert die Herzfrequenz und damit die zeitliche Skala für Füllung und Auswurf.

Das mathematische Modell von CardioVolumeMetrics verknüpft diese Zeitabschnitte mit bekannten elektromechanischen Kopplungsbeziehungen. Unter Einbezug patientenspezifischer Merkmale (z. B. Alter, Geschlecht, Körpergröße/-gewicht und – sofern verfügbar – Blutdruck) werden die EKG-Phasen in Parameter einer individuellen Druck-Volumen-Dynamik überführt. Daraus lassen sich in Echtzeit die gewünschten Kennwerte ableiten:

• EDV und ESV: modellbasierte Schätzung der ventriculären Endvolumina.
• Schlagvolumen (SV = EDV − ESV).
• Auswurffraktion (EF = SV / EDV).
• Herzzeitvolumen (HZV = SV × Herzfrequenz).

Neben Punktwerten erzeugt das System zeitaufgelöste Trends und Surrogat-Druck-Volumen-Schleifen, die die Kreislaufdynamik unter Ruhe- und Belastungsbedingungen abbilden. Die Berechnung erfolgt beat-to-beat; Artefakte werden erkannt, ausgemustert und die Ergebnisse statistisch robust aggregiert.

Der klinische Workflow: Vom bestehenden EKG zur Befundinterpretation

CardioVolumeMetrics fügt sich ohne Medienbrüche in Ihre Routine ein:

1. Datenimport
   • Übernahme von Ruhe- oder Langzeit-EKGs (z. B. 12-Kanal, Holter, Telemetrie) aus Ihrer bestehenden Infrastruktur (DICOM, HL7/FHIR, GDT).
   • Nutzung historischer EKGs zur Baseline-Bildung ohne zusätzliche Akquisition.
2. Signalqualität und Merkmalserkennung
   • Automatisierte Qualitätssicherung (Rauschen, Baseline-Wanderung, Ableitungsintegrität).
   • Präzise Markierung der fiduziellen Punkte (P-Beginn/-Ende, QRS-Onset/-Offset, T-Ende) und Berechnung von PQ-, QRS-, QT- und RR-Intervallen.
3. Modellbasierte Hämodynamik
   • Patientenkontext einbeziehen (Demografie, Körperoberfläche, optional Blutdruck/Medikation).
   • Beat-to-beat-Schätzung von EDV, ESV, SV, EF, HZV; Generierung von Trends und Vergleich mit Referenzbereichen.
4. Klinische Plausibilitätsprüfung
   • Automatische Plausibilitäts- und Konsistenzchecks, Flagging bei Arrhythmien oder Leitungsstörungen.
   • Darstellung von Vertrauensintervallen und Qualitätsscores.
5. Befundung und Integration
   • Standardisierter Befund mit Ampel- und Trenddarstellung.
   • Export in KIS/PVS, Telemedizinportale und arbeitsmedizinische Überwachungssysteme.
6. Verlauf und Therapie-Monitoring
   • Longitudinale Auswertung gegenüber individueller Baseline.
   • Alerts bei signifikanter Trendabweichung zur Unterstützung früher Interventionen.

Validierung und Qualitätssicherung: Verlässlich, reproduzierbar, transparent

Damit hämodynamische Schlussfolgerungen aus dem EKG klinisch tragfähig sind, setzt CardioVolumeMetrics auf mehrstufige Validierung:

• Externe Referenzverfahren
  • Vergleichsmessungen gegen Echokardiografie (2D/3D) und kardiale Magnetresonanztomografie (CMR) als Volumen-Goldstandard.
  • Analyse der Übereinstimmung mittels Korrelations- und Bland-Altman-Methodik über heterogene Patientenkollektive (z. B. reduzierte/erhaltene EF, unterschiedliche Herzfrequenzen).
• Reproduzierbarkeit
  • Test-Retest-Studien (gleicher Tag/verschiedene Tage) und Beat-Subsampling zur Robustheit gegenüber Atem- und Frequenzvariabilität.
  • Inter-Device- und Inter-Lead-Konsistenzprüfungen.
• Referenzbereiche und Personalisierung
  • Alters-, Geschlechts- und Körperoberflächen-adjustierte Referenzwerte.
  • Möglichkeit, individuelle Baselines zu definieren, um subtile Veränderungen früh zu erkennen.
• Laufende Qualitätssicherung im Alltag
  • Automatisierte Signalqualitätsmetriken, Artefakterkennung und Dokumentation der verworfenen Schläge.
  • Versionierte Modellparameter und Audit-Trails für Nachvollziehbarkeit.

Diese Maßnahmen sorgen dafür, dass Ergebnisse nicht nur punktgenau, sondern auch klinisch interpretierbar und im Verlauf stabil sind.

Indikationsspektrum und Grenzen: Wo das Verfahren glänzt – und wo Vorsicht geboten ist

Wie jede Methode hat auch die EKG-basierte Hämodynamik ihre Grenzen. Das System weist aktiv auf Konstellationen hin, die die Aussagekraft einschränken können:

• Arrhythmien mit ausgeprägter Rhythmusvariabilität (z. B. Vorhofflimmern) erschweren stabile Beat-to-beat-Schätzungen; hier werden robuste Mittelwerte und Konfidenzintervalle ausgewiesen oder eine Bestätigung per Echo/CMR empfohlen.
• Ausgeprägte Leitungsstörungen (z. B. Linksschenkelblock), Schrittmacherstimulation oder akute Reperfusionssituationen verändern die elektromechanische Kopplung; die Ergebnisse werden entsprechend markiert.
• Starkes Rauschen, Elektrodenprobleme oder ausgeprägte ST-/T-Veränderungen reduzieren die Modellgüte; das System fordert eine Signalverbesserung oder ergänzende Diagnostik an.
• Extrembereiche von Herzfrequenz und Blutdruck können extrapolative Modellbereiche betreffen; in solchen Fällen unterstützt eine kontextbezogene Befundung die sichere Interpretation.

Innerhalb dieser Grenzen bietet die Methode einen hohen klinischen Nutzen – insbesondere dann, wenn Verlauf, Trendinformation und Baseline-Vergleiche im Vordergrund stehen.

Anwendungsfälle: Von Frühdiagnostik bis Hochrisiko-Überwachung

• Frühzeitiges Screening bei Hochrisikopersonen
  • Patientinnen und Patienten mit Hypertonie, Diabetes, onkologischer Therapie oder familiärer Vorbelastung profitieren von einer niedrigschwelligen, wiederholbaren Hämodynamikbeurteilung. Abweichungen von der individuellen Baseline werden früh sichtbar, sodass weiterführende Diagnostik zielgerichtet erfolgen kann.
• Nachsorge nach Herzoperationen
  • Nach Klappen- oder Bypass-Operationen unterstützt die nicht-invasive Echtzeit-Erhebung von SV, EF und HZV die Beurteilung der Erholung und die Therapieanpassung im Verlauf – ohne zusätzliche Bildgebung bei jeder Visite.
• Kontinuierliche Überwachung von Pilotinnen und Piloten sowie Hochrisikopersonal
  • Im Rahmen der Flug- und Betriebsmedizin ermöglichen telemetrische EKGs eine kontinuierliche Trendanalyse. CardioVolumeMetrics markiert signifikante Abweichungen von EDV/ESV-abhängigen Parametern oder der EF und informiert so frühzeitig über potenzielle Leistungs- oder Sicherheitsrisiken.
• Performance-Optimierung im Leistungssport
  • Training beeinflusst Vor- und Nachlast sowie die systolische Funktion. Beat-to-beat-Hämodynamik erlaubt es, Trainingsreize zu dosieren, Erholung zu steuern und Überlastungszeichen zu erkennen – objektiv, nicht-invasiv und im Feld.

Nutzen für Kardiologie, Hausarztpraxis sowie Betriebs- und Flugmedizin

• Kardiologie
  • Triage und Verlauf: Schnell verfügbare Hämodynamikdaten unterstützen die Priorisierung und die Beurteilung der Therapieantwort zwischen bildgebenden Untersuchungen.
  • Ressourcensteuerung: Nutzung vorhandener EKGs reduziert den Bedarf an kurzfristiger Zusatzbildgebung, ohne die Patientensicherheit zu kompromittieren.
• Hausarztpraxis
  • Niedrigschwellige Abklärung: Bei unklarer Belastungsdyspnoe, Hypertonie oder Risikoprofil erlaubt die Methode eine strukturierte, kosteneffiziente Erstbeurteilung mit klaren Eskalationskriterien.
  • Monitoring im Verlauf: Regelmäßige Kontrollen liefern Trends, die Therapieanpassungen unterstützen und Überweisungsentscheidungen objektivieren.
• Betriebs- und Flugmedizin
  • Sicherheit im Fokus: Kontinuierliche, nicht-invasive Überwachung zentraler Pumpparameter schafft Transparenz über Leistungsfähigkeit und unterstützt Return-to-Duty-Entscheidungen.
  • Skalierbarkeit: Da vorhandene EKG-Infrastruktur genutzt wird, lassen sich große Kollektive mit geringem Mehraufwand abdecken.

Gemeinsam ist allen Bereichen: Sie gewinnen Echtzeitinformationen, die eine frühzeitige Intervention unterstützen – ohne invasive Eingriffe und mit hoher Kosteneffizienz.

Implementierung in der Praxis: Schlank, interoperabel, datensicher

CardioVolumeMetrics ist so konzipiert, dass Einführung und Betrieb reibungslos erfolgen:

• Einfache Integration in bestehende IT-Landschaften (KIS/PVS, EHR, Telemetrie) über gängige Standardschnittstellen.
• Rollenbasierte Workflows mit klaren Befundpfaden und eskalationsfähigen Alerts.
• Schulungskonzepte für medizinisches Personal, damit Ergebnisse sicher interpretiert und in Entscheidungen überführt werden können.
• Datenschutz und Informationssicherheit nach aktuellen Standards: Ende-zu-Ende-verschlüsselte Datenflüsse, Auditierbarkeit und feingranulare Zugriffsrechte.

So entsteht ein Mehrwert ohne Systembruch – vom Einzel- bis zum Netzwerkstandort.

Ausblick: Interdisziplinär entwickelt, für den klinischen Alltag gemacht

Die Stärke des Ansatzes liegt in der intelligenten Nutzung vorhandener Daten. Ein interdisziplinäres Team aus Kardiologinnen, Kardiologen und Wissenschaftlerinnen/Wissenschaftlern entwickelt das Modell kontinuierlich weiter, erweitert Referenzbereiche und verfeinert Qualitätsmetriken. Ziel ist es, die Herzgesundheit global zu verbessern – durch eine zuverlässige, nicht-invasive Echtzeitdiagnostik, die auf breiter Basis verfügbar ist und klinische Entscheidungen im richtigen Moment unterstützt.

Kurz gesagt: Indem Zeitinformationen des EKGs in präzise Volumina und hämodynamische Parameter übersetzt werden, macht CardioVolumeMetrics das Unsichtbare sichtbar – für die Kardiologie, die hausärztliche Versorgung und die Hochrisiko-Überwachung gleichermaßen.