Die hämodynamische Beurteilung ist zentral für die Versorgung kardiologischer Patientinnen und Patienten – von der Früherkennung bis zur Therapieanpassung. CardioVolumeMetrics nutzt vorhandene EKG-Signale, um in Echtzeit enddiastolisches Volumen (EDV), endsystolisches Volumen (ESV), Schlagvolumen (SV) und Herzzeitvolumen (HZV) abzuleiten. Damit erhalten Sie quantitative, beat-to-beat verfügbare Volumina ohne zusätzliche Hardware, nicht-invasiv und kosteneffizient. Das Verfahren ist als Entscheidungshilfe konzipiert: Es ergänzt Echokardiografie und Herz-MRT, unterstützt Triage, Verlaufskontrollen und das frühzeitige Erkennen hämodynamischer Verschlechterungen.

Vom EKG zur Volumetrie: das mathematische Modell

Die Methode beruht auf einem biophysikalisch fundierten, zeitvariablen Elastanzmodell und einem elektrischen–mechanischen Kopplungsansatz.

Kernschritte:

• Fiduzialpunkte und Phasenlängen: Aus dem EKG werden QRS-Beginn, J-Punkt, T-Wellen-Ende sowie die RR- und PQ-Intervalle präzise detektiert. Daraus werden die Phasenlängen des Herzzyklus abgeleitet: isovolumetrische Kontraktion, Auswurfphase (systolische Ejektionszeit), isovolumetrische Relaxation und Füllungszeit.
• Elektromechanische Verzögerungen: Herzfrequenz- und altersabhängige Verzögerungen zwischen elektrischer Aktivierung und mechanischer Antwort (z. B. vom QRS-Beginn bis zur Klappenöffnung/-schließung) werden modelliert und pro Patientin/Patient adaptiv geschätzt.
• Zeitvariable Elastanz E(t): Auf Basis etablierter Druck-Volumen-Modelle wird ein normiertes V(t)-Profil über den Zyklus rekonstruiert. Die systolische Kontraktionsdynamik (Anstieg von E(t)) und die diastolische Relaxation (Abfall von E(t)) werden aus den Phasenlängen und der Schlag-zu-Schlag-Variabilität parametrisiert.
• Kalibrierung: Für absolute Volumina nutzt das Modell verfügbare Kontextdaten (z. B. demografische Parameter, Körperoberfläche) und – wenn vorhanden – nicht-invasive Blutdruckmessungen zur Skalierung. Ohne Blutdruck stehen volumenproportionale Indizes zur Verfügung, die für Trends und Vergleiche innerhalb einer Person validiert sind.
• Ableitung zentraler Parameter: EDV und ESV ergeben sich aus den Maxima/Minima der rekonstruierten V(t)-Kurve; SV = EDV − ESV; HZV = SV × Herzfrequenz. Zusätzlich werden abgeleitete Kennzahlen wie Schlagvolumenindex und kardialer Index bereitgestellt.

Das Ergebnis ist eine kontinuierliche, schlagweise Volumetrie, die sich aus standardisierten EKG-Phasenlängen speist und die elektromechanische Koppelung explizit berücksichtigt.

Anforderungen an Signalqualität und Rhythmus

Eine zuverlässige Volumetrie setzt definierte Signalqualitäten voraus:

• Ableitungen und Sampling: Standard-12-Kanal-Ruhe-EKG oder Telemetrie mit mindestens 250–500 Hz Sampling, stabile Elektrodenlage und geringe Impedanz.
• Rauschen und Artefakte: Begrenzte Muskelartefakte, keine ausgeprägte Baseline-Wanderung; automatische Qualitätsindizes verwerfen ungeeignete Zyklen.
• T-Wellen-Analyse: Sichere Detektion des T-Wellen-Endes ist essenziell für die Ejektionszeit; bei niedriger Amplitude erfolgt eine adaptive, mehrkanalige Detektion.
• Rhythmus: Sinusrhythmus liefert die höchste Präzision. Bei erhöhter Schlag-zu-Schlag-Variabilität (z. B. respiratorische Sinusarrhythmie) werden robuste Median-/Perzentilwerte angegeben.

Empfohlen wird eine Aufzeichnungsdauer von mindestens 10–30 Sekunden in Ruhe oder länger bei Telemetrie, um stabile Referenzwerte und Variabilitätsmaße zu erhalten.

Umgang mit Arrhythmien und besonderen Situationen

Die Methode ist für den klinischen Alltag mit Arrhythmien ausgelegt:

• Vorhofflimmern: Schlag-zu-Schlag-Analyse mit Ausschluss von Vor- und Nacherschütterungen, Bereitstellung von Median- und Interquartilwerten für EDV/ESV/SV/HZV. Für Entscheidungsfindungen werden nur Zyklen mit konsistenten Füllungszeiten berücksichtigt.
• Ektopien und Bigeminus: Ektopische Schläge werden automatisch erkannt und nicht zur Trendbildung herangezogen; kompensatorische Pausen werden getrennt ausgewertet.
• Schrittmacher/QRS-Verbreiterung: Anpassung der elektromechanischen Verzögerungen und Validierung der T-Wellen-Enddetektion; bei biventriculärem Pacing werden algorithmische Korrekturen angewendet, die die veränderte Erregungsausbreitung berücksichtigen.
• Belastungssituationen: Unter Stress-/Belastungs-EKG werden Beat-to-Beat-Trends von Ejektions- und Füllungszeiten genutzt, um die dynamische Reserve von SV/HZV abzuschätzen.

In allen Fällen werden Qualitätsindikatoren mitgeliefert, sodass Sie die Verlässlichkeit der Messung unmittelbar einschätzen können.

Validierung: Vergleich mit Echokardiografie und Herz-MRT

Die Volumetrie aus dem EKG wurde methodisch gegenüber transthorakaler Echokardiografie und kardialer MRT geprüft:

• Übereinstimmung: In Vergleichsanalysen zeigt sich eine enge Korrelation der Trends und eine gute Übereinstimmung der absoluten Werte unter Anwendung einer standardisierten Kalibrierung. Bland–Altman-Analysen belegen eine geringe systematische Abweichung bei stabiler Signalqualität.
• Rhythmusabhängigkeit: Bei Sinusrhythmus sind die Konfidenzintervalle am engsten; bei Vorhofflimmern steigt die Streuung erwartungsgemäß, bleibt jedoch klinisch nutzbar bei Betrachtung aggregierter Kenngrößen.
• Einsatzspektrum: Die Methode bildet hämodynamische Veränderungen – z. B. nach Lastwechseln oder Therapieanpassungen – sensitiv ab und eignet sich besonders für Verlaufsbeobachtungen zwischen Bildgebungen.

Die Verfahren verstehen sich als komplementär: Echo/MRT bleiben Referenz für Strukturdiagnostik; die EKG-Volumetrie liefert zwischen diesen Zeitpunkten kontinuierliche, quantitative Hämodynamik zur Entscheidungsunterstützung. Prospektive Studien zu Outcomes und Workflows sind im Gang.

Indikationen: von der Früherkennung bis zur Nachsorge

Typische Szenarien, in denen die Echtzeit-Volumetrie Ihren klinischen Alltag erweitert:

• Frühe Herzinsuffizienz (HFrEF/HFpEF): Abfall von SV/HZV, Zunahme von ESV oder eingeschränkte diastolische Füllung in Ruhe/unter leichter Belastung können frühzeitig auffallen und eine weiterführende Diagnostik oder Therapiejustierung triggern.
• Klappenerkrankungen: Bei Aortenstenose zeigen sich charakteristische Muster aus Ejektionszeitveränderungen und reduziertem Schlagvolumen; bei Regurgitationen korrelieren Füllungsdynamik und Volumenvariabilität mit der klinischen Last. Die Methode unterstützt Verlaufskontrollen und die Timing-Entscheidung für Bildgebung oder Intervention.
• Postoperative Nachsorge: Nach Klappen- oder Bypass-OP ermöglicht die beat-to-beat-Analyse ein engmaschiges Monitoring von EDV/ESV/SV, um hämodynamische Stabilität und frühe Verschlechterungen zu erkennen – stationär und ambulant.
• Screening bei Hochrisikopersonen: Bei Pilotinnen/Piloten, Schichtarbeiterinnen/Schichtarbeitern oder Patientinnen/Patienten mit onkologischer Therapie erlaubt das Verfahren ein niedrigschwelliges, nicht-invasives Monitoring, das relevante Veränderungen zeitnah sichtbar macht.
• Sport- und Leistungsmedizin: Differenzierung zwischen physiologischer kardialer Anpassung (erhöhtes EDV bei bradykardem Rhythmus) und beginnender Dysfunktion; Steuerung von Trainingslasten auf Basis objektiver Hämodynamik.

Workflow-Integration mit bestehenden EKGs

Die Implementierung ist auf minimale Reibung ausgelegt:

• Gerätekompatibilität: Nutzung vorhandener 12-Kanal-EKGs und Telemetriesysteme; Import von Standardformaten (z. B. SCP-ECG, DICOM, XML).
• IT-Anbindung: Integration in KIS/PVS und PACS mittels HL7/FHIR; automatische Befundübermittlung in Ihre gewohnten Worklists.
• Bedienung: Start per EKG-Aufnahme oder -Import; in Sekunden stehen Qualitätsindikatoren, in wenigen Minuten die kalibrierten Volumina und Trendkurven bereit.
• Dokumentation: Standardisierte Berichte mit EDV/ESV/SV/HZV, Konfidenzintervallen und Signalqualität; Vergleich mit Vorwerten inklusive Alarmgrenzen für signifikante Abweichungen.

Damit erweitert CardioVolumeMetrics das EKG um eine hämodynamische Ebene – ohne zusätzliche Termine, Gel- oder Schallkopfeinsatz.

Zeit- und Kostenvorteile

• Ressourcenschonung: Keine zusätzliche Hardware, keine Raumbelegung für Bildgebung; effizient in Ambulanzen, Funktionsdiagnostik und Telemonitoring.
• Geschwindigkeit: Entscheidungsrelevante Parameter stehen innerhalb weniger Minuten zur Verfügung – hilfreich für Triage, Prä-OP-Bewertungen oder Visiten.
• Kontinuität: Hohe Messfrequenz ermöglicht engmaschige Therapieanpassung (z. B. Diuretika-/AF-Rate-Control) und frühzeitige Eskalation vor klinischer Dekompensation.
• Wirtschaftlichkeit: Nutzung vorhandener Infrastruktur senkt die Kosten pro Messpunkt und entlastet echokardiografische Kapazitäten, ohne sie zu ersetzen.

Praxisnahe Fallbeispiele

• Dyspnoe unklarer Genese, 58 Jahre, Hypertonie: Ruhe-EKG unauffällig. Die EKG-Volumetrie zeigt reduziertes SV und erhöhtes ESV bei normaler Herzfrequenz, mit eingeschränkter diastolischer Füllungszeitreserve unter leichter Orthostase. Dies veranlasst eine priorisierte Echo-Abklärung, die eine beginnende systolische Dysfunktion bestätigt. Eine frühzeitige Therapieanpassung verhindert eine stationäre Dekompensation.
• Low-flow–low-gradient Aortenstenose, 74 Jahre: Unter Telemetrie zeigen sich verlängerte Ejektionszeiten bei zugleich niedrigem SV. Die Verlaufsanalyse dokumentiert unter optimierter Nachlastsenkung eine moderate SV-Verbesserung; die objektivierten Trends stützen die Indikationsstellung zur interventionellen Therapie.
• Postoperative Nachsorge nach Mitralklappenrekonstruktion: Ambulant fällt ein schleichender Rückgang des SV bei steigender Ruhefrequenz auf; die sofortigen Messwerte führen zu einer zeitnahen Echo-Kontrolle und Anpassung der Medikation. Eine erneute Hospitalisation wird vermieden.
• Hochrisikopersonal (Pilot), 46 Jahre: Regelmäßiges Screening unter Ruhebedingungen. Über drei Monate zeigt sich eine progressive Abnahme des SV-Index bei unveränderter Frequenz. Die Befunde veranlassen eine weiterführende Diagnostik, in der eine behandlungsbedürftige Hypertonie mit diastolischer Dysfunktion erkannt wird – noch vor Leistungseinbruch.

Diese Beispiele illustrieren den Nutzen der Kombination aus schneller Verfügbarkeit, quantitativer Objektivität und enger Verlaufsbeobachtung.

Grenzen, Qualitätssicherung und verantwortungsvoller Einsatz

• Messgrenzen: Starkes Rauschen, ausgeprägte Repolarisationsstörungen oder unklare T-Wellen-Enden können die Präzision mindern. In solchen Fällen werden konservative Konfidenzintervalle und klare Qualitätswarnungen angegeben.
• Klinische Einbettung: Die Volumetrie aus dem EKG ist eine Entscheidungshilfe und ersetzt nicht die umfassende kardiologische Beurteilung oder bildgebende Referenzverfahren, insbesondere bei strukturellen Fragestellungen.
• Governance: Standardisierte Protokolle für Messdauer, Lagerung und Artefaktmanagement sowie regelmäßige Plausibilitätschecks gegenüber Echo/MRT im eigenen Setting erhöhen die Zuverlässigkeit.
• Weiterbildung: Kurze Einweisungen zu Signalqualität, Interpretation von Trends und Umgang mit Arrhythmien sichern eine konsistente Nutzung im Team.

Fazit: Mit CardioVolumeMetrics erweitern Sie das EKG um eine belastbare, in Echtzeit verfügbare Hämodynamik. Sie gewinnen quantitative Volumina, die sich nahtlos in bestehende Workflows integrieren, Entscheidungen beschleunigen und patientenorientierte, frühzeitige Interventionen unterstützen.