«Тағам инженериясы және биотехнология», «Химиялық технология», "Техникалық физика және Жылу энергетикасы" және «Автоматтандыру және ақпараттық технологиялар» бағыттары бойынша үшінші нөмірге жарияланымдар қабылдау жабылды!

Прием публикаций на третий номер по направлениям «Пищевая инженерия и биотехнология», «Химическая технология», «Техническая физика и теплоэнергетика» и «Автоматизация и информационные технологии» закрыт!

Submissions for the third issue in the fields of “Food Engineering and Biotechnology”, “Chemical Technology”, "Technical physics and thermal power engineering" and “Automation and Information Technologies” are closed!

Preview

Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки

Расширенный поиск

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОРОНАРНОЙ БОЛЕЗНИ СЕРДЦА: НА ОСНОВЕ НАБОРА ДАННЫХ UCI HEART DISEASE

https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-4(20)-6

Аннотация

Коронарная болезнь сердца остаётся одной из основных причин смертности и инвалидизации в мире. Своевременная диагностика позволяет снизить частоту осложнений и уменьшить нагрузку на систему здравоохранения. Однако традиционные методы остаются дорогими, инвазивными и ограниченно доступными. Недавние исследования подтверждают перспективность применения методов машинного обучения в клинической практике. В этой связи возникает вопрос: можно ли достоверно прогнозировать наличие заболевания, используя только клинико-демографические данные, без визуализационных методов?
Целью данной работы было оценить точность и практическую ценность таких моделей. На объединённом протоколе данных UCI Heart Disease (n = 920) был обучен алгоритм LightGBM, который показал следующие результаты: accuracy = 0.8696, precision = 0.8679, recall = 0.9020, F1-score = 0.8846. Полученные данные дополняют результаты предыдущих исследований, основанных на визуализации.
Исследование включало сравнение нескольких алгоритмов при единых условиях предварительной обработки и валидации, проверку калибровки вероятностей и интерпретацию с помощью метода SHAP. Анализ показал, что ключевые предикторы (например, депрессия STсегмента) согласуются с клиническими знаниями. Это подтверждает возможность применения модели для первичного скрининга и направления на дополнительную диагностику. В целом, калиброванные и интерпретируемые алгоритмы на основе открытых клинических данных могут стать ценным инструментом маршрутизации пациентов в условиях ограниченных ресурсов.

Об авторах

Ж. Е. Байғараева
Казахский национальный университет имени аль-Фараби; ТОО «Kazakhstan R&D Solutions»
Казахстан

Жанель Ермашқызы Байғараева – магистр 

050040, Республика Казахстан, г. Алматы, Кпроспект аль-Фараби, 71

050056, Республика Казахстан, г. Алматы, улица Кожедуба 3 



А. К. Болтабоева
Казахский национальный университет имени аль-Фараби; ТОО «Kazakhstan R&D Solutions»
Казахстан

Асия Кубланди кызи Болтабоева – магистр, PhD 3 курс студенті

050040, Республика Казахстан, г. Алматы, Кпроспект аль-Фараби, 71

050056, Республика Казахстан, г. Алматы, улица Кожедуба 3 



Б. Т. Иманбек
Казахский национальный университет имени аль-Фараби
Казахстан

Бағлан Талғатқызы Иманбек – PhD, доцент, профессор-зерттеуші

050040, Республика Казахстан, г. Алматы, Кпроспект аль-Фараби, 71



М. И. Кожамбердиева
Казахский национальный университет имени аль-Фараби; ТОО «Kazakhstan R&D Solutions»
Казахстан

Мергул Иманбековна Кожамбердиева – педагогика ғылымдарының кандидаты

050040, Республика Казахстан, г. Алматы, Кпроспект аль-Фараби, 71,

050056, Республика Казахстан, г. Алматы, улица Кожедуба 3 



Ж. К. Жолдыбаева
Казахский национальный педагогический университет имени Абая
Казахстан

Жанел Қайратқызы Жолдыбаева – бакалавр 4 курс студенті

 050010, Республика Казахстан, г. Алматы, проспект Достық 13 



Список литературы

1. Reducing the Global Burden of Cardiovascular Disease, Part 1: The Epidemiology and Risk Factors / Р. Joseph et al // Circulation research. – 2017. – № 121(6). – Р. 677-694. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.117.308903.

2. Clinical, Economical, and Organizational Impact of Chronic Ischemic Cardiovascular Disease in Italy: Evaluation of 2019 Nationwide Hospital Admissions Data / F. Pietrantonio et al // Int. J. Environ. Res. Public Health. – 2025. – № 22. – Р. 530. https://doi.org/10.3390/ijerph22040530.

3. Prevalence and trends of coronary artery disease risk factors and their effect on age of diagnosis in patients with established coronary artery disease: Tehran Heart Center (2005–2015) / K. Hosseini et al // BMC Cardiovasc Disord 21. – 2021. – № 477(2021). https://doi.org/10.1186/s12872-021-02293-y.

4. Economic Analysis of the CADScor System for Ruling Out Coronary Artery Disease in England / М. Javanbakht еt al // PharmacoEconomics. – 2022. – Open 6. – Р. 123-135. https://doi.org/10.1007/s41669-021-00297-0.

5. Roth G. The Global Burden of Cardiovascular Diseases and Risks: A Compass for Global Action / G. Roth, G. Mensah, V. Fuster // JACC. – 2020. – № 76(25). – Р. 2980-2981. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2020.11.021.

6. Estimation of the Burden of Ischemic Heart Disease in the Tabasco Population, Mexico, 2013–2021 / J.J. Cárdenas-Anguiano et al // Int. J. Environ. Res. Public Health. – 2025. – № 22. – Р. 423. https://doi.org/10.3390/ijerph22030423.

7. Fadah K. Epidemiology, Pathophysiology, and Management of Coronary Artery Disease in the Elderly / K. Fadah, A. Hechanova, D. Mukherjee // The International journal of angiology: official publication of the International College of Angiology. – 2022. – № 31(4). – Р. 244-250. https://doi.org/10.1055/s-0042-1751234.

8. National prevalence of coronary heart disease and its relationship with human development index: A systematic review / Ke-Fu Zhu et al // European Journal of Preventive Cardiology. – 2016. – Vol. 23, Issue 5. – Р. 530-543. https://doi.org/10.1177/2047487315587402.

9. Prevalence of coronary artery disease and its risk factors in Kerala, South India: a communitybased cross-sectional study / M.N. Krishnan et al // BMC Cardiovasc Disord. – 2016. – № 16. – Р. 12. https://doi.org/10.1186/s12872-016-0189-3.

10. Risk Factor Burden and Long-Term Prognosis of Patients With Premature Coronary Artery Disease / М. Zeitouni et al // Journal of the American Heart Association. – 2020. – № 9(24). – Р. e017712. https://doi.org/10.1161/JAHA.120.017712.

11. Stratification of Patients with Coronary Artery Disease by Circulating Cytokines Profile: A Pilot Study / С. Iside et al // M. J. Clin. Med. – 2023. – № 12. – Р. 6649. https://doi.org/10.3390/jcm12206649.

12. Myocardial Ischemia: Differentiating between Epicardial Coronary Artery Atherosclerosis, Microvascular Dysfunction and Vasospasm in the Catheterization Laboratory / G. Monizzi et al // J. Clin. Med. – 2024. – № 13. – Р. 4172. https://doi.org/10.3390/jcm13144172.

13. Genetics of coronary artery disease and myocardial infarction / X. Dai et al // World journal of cardiology. – 2016. – № 8(1). – Р. 1-23. https://doi.org/10.4330/wjc.v8.i1.1.

14. Non-invasive detection of coronary artery disease in high-risk patients based on the stenosis prediction of separate coronary arteries / R. Alizadehsani et al // Computer methods and programs in biomedicine. – 2018. – № 162. – Р. 119-127. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2018.05.009.

15. Symptom Presentation among Women with Suspected Ischemia and No Obstructive Coronary Artery Disease (INOCA) / Y.K. Taha et al // J. Clin. Med. – 2023. – № 12. – Р. 5836. https://doi.org/10.3390/jcm12185836.

16. Comparison of Outcomes in Patients With Acute Coronary Syndrome Presenting With Typical Versus Atypical Symptoms / Y. Hammer et al // The American journal of cardiology. – 2019. – № 124(12). – Р. 1851-1856. https://doi.org/10.1016/j.amjcard.2019.09.007.

17. Silent Myocardial Ischemia: From Pathophysiology to Diagnosis and Treatment / Р. Theofilis et al // Biomedicines. – 2024. – № 12. – Р. 259. https://doi.org/10.3390/biomedicines12020259.

18. Nelson AJ. Current approach to the diagnosis of atherosclerotic coronary artery disease: more questions than answers / AJ Nelson, M Ardissino, PJ. Psaltis // Therapeutic Advances in Chronic Disease. – 2019. – №10. https://doi.org/10.1177/2040622319884819.

19. Diagnostic accuracy of non-invasive cardiac imaging modalities in patients with a history of coronary artery disease: a meta-analysis / RA Jukema et al // Heart. – 2025. – № 111. – Р. 4-10. https://doi.org/10.1136/heartjnl-2024-324248.

20. Speckle Tracking Echocardiography: Early Predictor of Diagnosis and Prognosis in Coronary Artery Disease / М.С. Pastore et al // BioMed research international. – 2021. https://doi.org/10.1155/2021/6685378.

21. Challenges and Burdens in the Coronary Artery Disease Care Pathway for Patients Undergoing Percutaneous Coronary Intervention: A Contemporary Narrative Review / М. Kodeboina et al // Int. J. Environ. Res. – 2023. – № 20. – Р. 5633. https://doi.org/10.3390/ijerph20095633.

22. Wang L.W. Non-invasive screening for coronary artery disease: current perspectives, patient, public health and ethical considerations in evaluating symptomatic and asymptomatic individuals / L.W. Wang // Internal medicine journal. – 2025. – № 55(4). – Р. 555-563. https://doi.org/10.1111/imj.16585.

23. Advancements in Biomarkers for Early Detection and Risk Stratification of Cardiovascular Diseases-A Literature Review / А. Nazir et al // Health science reports. – 2025. – № 8(5). – Р. e70878. https://doi.org/10.1002/hsr2.70878.

24. Zachariadis C.B. Harnessing Artificial Intelligence for Automated Diagnosis / C.B. Zachariadis, H.C. Leligou // Information. – 2024. – № 15. – Р. 311. https://doi.org/10.3390/info15060311.

25. A new machine learning technique for an accurate diagnosis of coronary artery disease / М. Abdar et al // Computer methods and programs in biomedicine. – 2019. – № 179. – Р. 104992. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2019.104992.

26. Multi-constraints based deep learning model for automated segmentation and diagnosis of coronary artery disease in X-ray angiographic images / М. Algarni et al // PeerJ Computer Science. – 2022. – № 8. – Р. e993. https://doi.org/10.7717/peerj-cs.993.

27. Machine Learning Quantitation of Cardiovascular and Cerebrovascular Disease: A Systematic Review of Clinical Applications / С. Boyd et al // Diagnostics. – 2021. – № 11. – Р. 551. https://doi.org/10.3390/diagnostics11030551.

28. Akella A. Machine Learning Algorithms for Predicting Coronary Artery Disease: Efforts Toward an Open Source Solution / A. Akella, S. Akella // Future Science OA. – 2021. – № 7(6). https://doi.org/10.2144/fsoa-2020-0206.

29. A 3D deep learning classifier and its explainability when assessing coronary artery disease / Cheung, Wing Keung et al/ – 2023. 10.48550/arXiv.2308.00009.

30. Integration of artificial intelligence into clinical patient management: focus on cardiac imaging / F. Loncaric et al // Revista Española de Cardiología (English Edition). – 2021. – Vol. 74, Issue 1. – Р. 72-80. https://doi.org/10.1016/j.rec.2020.07.003.

31. Non-invasive Assessment of Coronary Artery Disease: The Role of AI in the Current Status and Future Directions / F. Ezekwueme et al // Cureus. – 2025. – № 17(2). – Р. e78994. https://doi.org/10.7759/cureus.78994.

32. Using artificial intelligence in the development of diagnostic models of coronary artery disease with imaging markers: A scoping review / X. Wang et al // Front. Cardiovasc. – 2022. – Med. 9:945451. https://doi.org/10.3389/fcvm.2022.945451.

33. Machine learning and deep learning-based approach in smart healthcare: Recent advances, applications, challenges and opportunities / Anichur Rahman et al // [J]. AIMS Public Health. – 2024. – № 11(1). – Р. 58-109. https://doi.org/10.3934/publichealth.2024004.

34. Machine Learning-Based Predictive Models for Detection of Cardiovascular Diseases / А. Ogunpola et al // Diagnostics. – 2024. – № 14. – Р. 144. https://doi.org/10.3390/diagnostics14020144.

35. Implementing Machine Learning in Interventional Cardiology: The Benefits Are Worth the Trouble / Ben Ali W. Et al // Front. Cardiovasc. Med. – 2021. – № 8. – Р. 711401. https://doi.org/10.3389/fcvm.2021.711401.

36. Wong K. Deep learning-based cardiovascular image diagnosis: A promising challenge / K. Wong, G. Fortino, D. Abbott // Future Generation Computer Systems. – 2019. – № 110. – Р. 10. 1016/j.future.2019.09.047.

37. Advances in Diagnosis, Therapy, and Prognosis of Coronary Artery Disease Powered by Deep Learning Algorithms / M. Chu еt al // JACC: Asia. – 2023. – № 3(1). – Р. 1-14. https://doi.org/10.1016/j.jacasi.2022.12.005.

38. The Role of Artificial Intelligence in Improving Patient Outcomes and Future of Healthcare Delivery in Cardiology: A Narrative Review of the Literature / D. Gala et al // Healthcare. – 2024. – № 12. – Р. 481. https://doi.org/10.3390/healthcare12040481.

39. Classification models for assessing coronary artery disease instances using clinical and biometric data: an explainable man-in-the-loop approach / AD. Samaras et al // Sci Rep. – 2023. – № 13. – Р. 6668. https://doi.org/10.1038/s41598-023-33500-9.

40. Heart Disease [Dataset] / А. Janosi et al // UCI Machine Learning Repository. – 1989. https://doi.org/10.24432/C52P4X.

41. Hancock J.T. Survey on categorical data for neural networks / J.T. Hancock, T.M. Khoshgoftaar // J Big Data 7, 28 (2020). https://doi.org/10.1186/s40537-020-00305-w.

42. The choice of scaling technique matters for classification performance / B.V. Lucas de Amorim et al // Applied Soft Computing. – 2023. – Vol. 133. – Р. 109924, ISSN 1568-4946, https://doi.org/10.1016/j.asoc.2022.109924.

43. Conditional mutual information-based feature selection algorithm for maximal relevance minimal redundancy / Х. Gu et al // Appl Intell. – 2022. – № 52. – Р. 1436-1447. https://doi.org/10.1007/s10489-021-02412-4.

44. Evaluation of clinical prediction models (part 1): from development to external validation / GS. Collins et al // BMJ. – 2024. – № 8. – Р. 384. e074819. https://doi.org/10.1136/bmj-2023-074819. PMID: 38191193; PMCID: PMC10772854.

45. Demircioğlu A. Applying oversampling before cross-validation will lead to high bias in radiomics / A. Demircioğlu // Sci Rep. – 2024. – № 14. – Р. 11563. https://doi.org/10.1038/s41598-024-62585-z.

46. On evaluation metrics for medical applications of artificial intelligence / S.A. Hicks et al // Sci Rep. – 2022. – № 12. – Р. 5979. https://doi.org/10.1038/s41598-022-09954-8.

47. Explainable coronary artery disease prediction model based on AutoGluon from AutoML framework / J. Wang et al // Front. Cardiovasc. Med. – 2024. – № 11. – Р. 1360548. https://doi.org/10.3389/fcvm.2024.1360548.

48. Evaluation of clinical prediction models (part 1): from development to external validation / G.S. Collins et al // BMJ. – 2024. – № 384. – Р. e074819. https://doi.org/10.1136/bmj-2023-074819.

49. Predicting COVID-19 mortality with electronic medical records / Н. Estiri et al // npj Digit. Med. – 2021. – № 4. – Р. 15. https://doi.org/10.1038/s41746-021-00383-x.


Рецензия

Для цитирования:


Байғараева Ж.Е., Болтабоева А.К., Иманбек Б.Т., Кожамбердиева М.И., Жолдыбаева Ж.К. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОРОНАРНОЙ БОЛЕЗНИ СЕРДЦА: НА ОСНОВЕ НАБОРА ДАННЫХ UCI HEART DISEASE. Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки. 2025;1(4(20)):45-53. https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-4(20)-6

For citation:


Baigarayeva Zh.Y., Boltaboyeva A.K., Imanbek B.T., Kozhamberdiyeva M.I., Zholdybayeva Zh.K. COMPARATIVE ANALYSIS OF MACHINE LEARNING METHODS FOR PREDICTING CORONARY HEART DISEASE: EVIDENCE FROM THE UCI HEART DISEASE DATASET. Bulletin of Shakarim University. Technical Sciences. 2025;1(4(20)):45-53. (In Kazakh) https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-4(20)-6

Просмотров: 294

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2788-7995 (Print)
ISSN 3006-0524 (Online)
X