Современные методы функциональной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний

DOI: 
10.15275/pssr.2025.0403
Год & Том - Выпуск: 
Авторы: 
Сушкова Н.В., Оленко Е.С., Бартош И.С., Макарова А.В.
Рубрика: 
Тип статьи: 
Резюме: 
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) остаются ведущей причиной смертности во всем мире, что требует постоянного совершенствования диагностических методов для раннего выявления и эффективного лечения. В данной статье рассматривается эволюционирующий ландшафт функциональной кардиодиагностики, изучаются как устоявшиеся, так и новые методы оценки сердечно-сосудистого здоровья. Этот обзор освещает новые тенденции, такие как интеграция искусственного интеллекта (ИИ) [1] в анализ изображений и разработка новых контрастных веществ для повышения точности диагностики. Подчеркивается влияние этих достижений на персонализированную медицину [2], позволяющую разрабатывать индивидуальные стратегии лечения на основе индивидуальных характеристик пациентов и клинической картины заболевания. В конечном итоге, цель данной статьи — дать содержательный обзор современных методов функциональной кардиодиагностики, проиллюстрировав ее важную роль в улучшении диагностики, прогнозирования и лечения ССЗ.
Цитировать как: 
Сушкова Н.В., Оленко Е.С., Бартош И.С., Макарова А.В. Современные методы функциональной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Психосоматические и интегративные исследования 2025; 11: 0403.

 

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) остаются одной из ведущих причин заболеваемости и смертности во всем мире. Ранняя и точная диагностика имеет решающее значение для эффективного лечения и улучшения исходов для пациентов [3].

В наше время используются основные методы, такие как электрокардиография (ЭКГ) [4], которая остается незаменимой для анализа ритма и выявления ишемии, и эхокардиография [5-6], предоставляющая ценную информацию о структуре и функции сердца с помощью как 2D, так и все более сложной 3D-визуализации. Также обсуждаются возможности допплеровской эхокардиографии [3] в оценке функции клапанов и динамики кровотока.

Помимо этих фундаментальных методов, важную роль имеют неинвазивные стресс-тесты, включая велоэргометрию, в выявлении индуцируемой ишемии и оценке функциональных возможностей. Кроме того, в статье рассматриваются методы расширенной визуализации. Кардиомагнитная резонансная томография (КМРТ) [7] предлагает беспрецедентную анатомическую детализацию и функциональную оценку миокарда, позволяя точно диагностировать такие состояния, как инфаркт миокарда, кардиомиопатия и врожденные пороки сердца. Наконец, анализируется все более важная роль компьютерной томографической ангиографии (КТА) [8, 9] в оценке коронарных артерий и заболеваний периферических сосудов.

Современные функциональные методы исследования.

Сцинтиграфия миокарда с таллием-201 представляет собой радионуклидный метод исследования, позволяющий оценить регионарную перфузию миокарда и диагностировать ишемическую болезнь сердца (ИБС) [10]. Метод основан на внутривенном введении радиофармпрепарата таллия-201 во время стресс-теста (функциональной пробы с физической или фармакологической нагрузкой) с последующей регистрацией его распределения в миокарде с помощью гамма-камеры. Для оценки перфузионных резервов миокарда выполняется повторное сканирование в состоянии покоя, через 4 часа после стресс-теста, анализируя перераспределение таллия-201.

Чувствительность метода при проведении на фоне стресс-теста составляет 90-95%. Сцинтиграфия с таллием-201 обладает высокой диагностической ценностью, особенно в случаях, когда интерпретация электрокардиограммы (ЭКГ) во время стресс-теста затруднена или невозможна. Кроме того, данный метод может применяться для отбора пациентов, показанных к коронароангиографии, а также для оценки эффективности реперфузионной терапии (например, аортокоронарного шунтирования) у больных с ИБС [11].

Мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ) – высокоразрешающий метод лучевой диагностики, использующий рентгеновское излучение и многорядные детекторы для получения послойных изображений органов и тканей с последующей реконструкцией трёхмерных моделей.

МСКТ применяется в кардиологии для оценки морфологии и функции сердца, включая визуализацию миокарда, перикарда, клапанного аппарата, коронарных и магистральных сосудов. Методика позволяет определить наличие и степень выраженности патологических изменений, таких как ишемия миокарда, аневризмы, пороки развития, а также оценить систолическую и диастолическую функцию левого желудочка.

МСКТ аорты применяется для детального исследования грудного и/или абдоминального отделов аорты, позволяя визуализировать её анатомические особенности, оценивать диаметр просвета, выявлять аневризмы, диссекции, атеросклеротические бляшки и другие патологические изменения стенки сосуда [12].

Тканевая допплерография (ТД) – метод ультразвуковой диагностики, основанный на допплеровском эффекте, позволяющий оценить скорость движения миокарда в различные фазы сердечного цикла. Этот неинвазивный метод используется для оценки глобальной и регионарной систолической и диастолической функции левого желудочка (ЛЖ), а также для характеристики функции правого желудочка и левого предсердия [13].

Тканевая допплерография применяется в диагностике:

• Ишемической болезни сердца (ИБС).

• Необратимой и обратимой дисфункции миокарда.

• Констриктивного перикардита и рестриктивной кардиомиопатии.

• Отторжения трансплантата сердца.

Метод позволяет проводить неинвазивную оценку внутрисердечного давления и давления в легочной артерии.

Тканевая допплерография выполняется в различных режимах [14]:

• Двухмерный цветовой допплер: обеспечивает высокое пространственное разрешение, визуализируя скорость и направление движения миокарда цветовым кодированием.

• Цветной М-режим: характеризуется высоким временным разрешением.

• Импульсно-волновой допплер: позволяет определить пиковую скорость движения миокарда.

• Количественная обработка данных: позволяет получить объективные параметры сократительной функции миокарда.

Процедура длится 20-60 минут, не требует специальной подготовки пациента и не имеет побочных эффектов, позволяя ему сразу вернуться к обычной активности [15].

Магнитно-резонансная томография (МРТ) – высокоинформативный метод визуализации, используемый для диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы. Основанный на принципе ядерно-магнитного резонанса, метод позволяет получать высококачественные изображения сердца и крупных сосудов в различных плоскостях, обеспечивая детальную оценку анатомических структур и гемодинамических параметров.

МРТ предоставляет широкие диагностические возможности, в том числе:

• Фазово-контрастная МРТ (скоростная МРТ): позволяет визуализировать и количественно оценивать скорость и направление кровотока, выявлять зоны нарушения сократимости миокарда (например, при ишемической болезни сердца), определять ударный объем, фракцию выброса и другие показатели сердечной гемодинамики. Метод также позволяет диагностировать врожденные и приобретенные пороки сердца, включая дефекты межжелудочковой и межпредсердной перегородок, а также клапанную патологию [8].

Трёхмерная эхокардиография (3D-ЭхоКГ) – метод ультразвукового исследования, позволяющий получать объемные изображения сердца и прилежащих сосудов в реальном времени. Этот метод обеспечивает детальную визуализацию анатомических структур и позволяет проводить количественную оценку сердечной функции.

Клиническое применение 3D-ЭхоКГ [16]:

• Оценивание систолической функции левого желудочка (ЛЖ): с построением объемной модели ЛЖ, определением фракции выброса, глобальной и регионарной систолической функции.

• Детальная оценка клапанного аппарата: визуализация клапанных створок, определение степени стеноза и/или регургитации, моделирование клапанных отверстий.

• Оценка искусственных клапанных протезов и окклюдеров.

•Диагностика врожденных пороков сердца: включая анализ внутрисердечных шунтов.

• Выявление объемных образований сердца и средостения: таких как вегетации при инфекционном эндокардите, опухоли.

• Оценка патологии перикарда и плевры.

• Диагностика диссекции аорты.

• Оценивание диссинхронии сокращения миокарда ЛЖ.

Показания к проведению 3D-ЭхоКГ:

• Клапанная патология (стеноз, недостаточность).

• Врожденные пороки сердца.

• Оценка сократительной функции и массы миокарда желудочков.

• Оценка степени регургитации.

• Обнаружение внутрисердечных тромбов и опухолей, а также других внутри- и внесердечных образований.

• Оценка функции сердечного протеза.

Данное исследование выполняется на высококлассных ультразвуковых аппаратах, оборудованных специальными 3D-датчиками и соответствующим программным обеспечением [16].

Но традиционные методы диагностики, несмотря на свою ценность, часто имеют ограничения в отношении чувствительности, специфичности и способности обеспечить комплексную оценку функции и структуры сердца.

Быстрое развитие медицинской визуализации и технологий обработки сигналов привело к разработке сложных методов функциональной диагностики, которые значительно улучшают наше понимание и лечение ССЗ. В данной статье представлен обзор современных достижений в функциональной кардиодиагностике, с акцентом как на устоявшихся, так и на новых методах, а также на их сильных и слабых сторонах и клиническом применении в контексте персонализированной медицины. Всё более широкое внедрение искусственного интеллекта (ИИ) в анализ изображений и разработка новых контрастных веществ также рассматриваются как ключевые факторы, определяющие будущее диагностики ССЗ.

Современные функциональные методы исследования с использованием искуственного интеллекта.

Фотоплетизмография с искусственным интеллектом (ИИ) - это метод измерения колебаний кровенаполнения сосудов с помощью оптических сенсоров, обычно через кожу. Современные технологии интегрируют ФПГ с алгоритмами искусственного интеллекта (ИИ) для выявления аритмий и оценки сосудистого тонуса, предлагая альтернативу мониторингу сердечного ритма портативными устройствами.

Бесконтактные методы, основанные на биофотонике (ФПГ, лазерная допплеровская флоуметрия, термография высокого разрешения), обеспечивают непрерывный мониторинг состояния здоровья [17, 18]. Перспективным направлением является анализ изображений и видео, полученных с помощью стандартной камеры смартфона или ноутбука [19].

Веб-капилляроскопия и веб-ФПГ анализируют разность контрастности пикселей видеозаписей кожного покрова. При дистанционной ФПГ наибольшее отношение сигнал/шум обеспечивает источник в зеленом спектре [20]. Широкое распространение гаджетов делает метод перспективным для скрининга [21, 22]. Основная сложность – артефакты анализа видеоматериалов, минимизируемые вейвлет-анализом вместо классического преобразования Фурье [23].

Веб-капилляроскопия. При таком подходе визуализируется и исследуется часть микроциркуляторного русла, залегающего на глубине до 120 мкм от поверхности кожи. Таким образом, полноценной оценке подвергаются капилляры переходного отдела кровеносного русла, которые обеспечивают переход артериол в венулы.

Для проведения анализа каждого изображения используется набор определенных кадров, названных «опорными», относительно которых проводится оценка всех остальных кадров. Таким образом, компенсируются оптические шумы, возникающие из-за взаимного смещения изображений [24].

Метод позволяет изучать микроциркуляторное русло, оценивать влияние вегетативной нервной системы на гемодинамику и состояние церебрального кровотока. Веб-ФПГ является простым, чувствительным и эффективным методом мониторинга жизненно важных функций, доказавшим свою пригодность для скрининга фибрилляции предсердий и измерения АД, включая анализ видеозаписей групп людей.

Искусственный интеллект в эхокардиографии обнаружение, функциональная оценка и диагностика заболеваний.

Применение технологий искусственного интеллекта в визуализации сердечно-сосудистых заболеваний снижает стоимость лечения и уменьшает необходимость дополнительных тестов [25]. Технология искусственного интеллекта все больше применяется в обработке модальных изображений, включая электрокардиографию [26], КТ сердца [27] и радионуклидную перфузионную визуализацию миокарда [28]. В диагностике и лечении заболеваний сердца методы искусственного интеллекта были применены к электрокардиографии, векторкардиографии, эхокардиографии и электронным медицинским картам [29].

Эхокардиография, являясь неинвазивным методом оценки структуры и функции сердца, имеет ограничения, однако технологии глубокого обучения и нейронных сетей улучшили идентификацию анатомических структур [30], сегментацию и функциональную оценку сердца [31, 32]. Несмотря на доказанную эффективность ИИ, остаются проблемы стандартизации и обобщенности моделей в клинической практике [33–35].

В 2018 году классификационная модель сверхточных нейронных сетей, обученная на двухмерные (2D-данных) от 500 пациентов и 7000 видео, достигла точности 98% [36]. Исследования в Калифорнийском университете продемонстрировали, что модель ИИ, классифицирующая эхокардиографические изображения, достигла точности 97,8% против 70,2–83,5% у врачей [37]. Искусственный интеллект ускоряет диагностику и повышает точность, что особенно важно в условиях нехватки специалистов и ресурсов, а также для применения в специализированных и экстренных отделениях.

Функциональная оценка левого желудочка с помощью технологии искусственного интеллекта.

Существуют коммерческие программные пакеты, обеспечивающие высокоточные 2D и 3D эхокардиографические измерения для автоматической оценки функции левых отделов сердца. Philips EPIQ (HeartModel, Нидерланды) использует алгоритм адаптивного анализа для трансторакальной 3D-эхокардиографии, а AutoLV (TomTec, Германия) отслеживает фракцию выброса и продольную деформацию [38, 39].

Клинические исследования подтверждают, что автоматическое программное обеспечение для оценки объема желудочков и фракции выброса по точности сопоставимо с ручными методами, коррелируя с МРТ сердца [40]. Методы ИИ позволяют за менее чем 15 секунд определить стандартные апикальные виды, события сердечного цикла, оценить движение и измерить глобальную продольную деформацию, снижая временные затраты и требования к квалификации [41].

Искусственный интеллект также помогает новичкам осваивать диагностическую визуализацию, улучшая воспроизводимость измерений [42, 43]. Многоцентровое исследование подтвердило, что анализ левого желудочка с применением ИИ является более точным предиктором смертности по сравнению с ручными измерениями [44].

Диагностика кардиологических заболеваний с помощью технологии искусственного интеллекта.

Клапанные пороки сердца

Рутинная эхокардиография позволяет визуально исследовать форму и активность сердечных клапанов. Митральный и аортальный клапаны являются целями технологии искусственного интеллекта при оценке сердечных клапанов, особенно с акцентом на наблюдение за морфологией клапана и регургитацией. Точно так же метод искусственного интеллекта полезен при оценке клапанных пороков сердца. Программное обеспечение для оценки площади проксимальной поверхности изовелонности (PISA) автоматически измеряет площадь отверстия митрального клапана и объем регургитации, определяя тяжесть клапанной недостаточности.

PISA для 3D-эхокардиографии демонстрирует высокую точность и согласованность с чреспищеводными ультразвуковыми измерениями и МРТ, превосходя 2D-анализ [45, 46]. Использование 3D-допплерографии с цветовым потоком позволяет количественно оценивать объем регургитации с высокой корреляцией с МРТ [47]. Автоматические и ручные измерения обладают аналогичной точностью [48].

Полуавтоматическое программное обеспечение эффективно при заболеваниях, связанных с морфологией клапанов, таких как пролапс митрального клапана, повышая точность диагностики даже у неспециалистов [49]. Оно также обеспечивает согласованность и повторяемость при интервальном мониторинге [50].

Кардиомиопатия.

Диагностика кардиомиопатии с использованием искусственного интеллекта осуществляется с помощью 2D-ультразвука, М-режима и допплерографии. На основе сегментации желудочков и распознавания стенок реализуются автоматическое измерение объемов желудочков, оценка сердечной функции и визуализация движения миокарда. Разработанный конвейер машинного обучения, объединяющий ЭКГ и эхокардиографию, превзошел экспертную диагностику сердечного амилоидоза [51].

Ишемическая атеросклеротическая болезнь сердца (ИБС).

Эхокардиография в сочетании с ИИ улучшает диагностику ИБС, повышая системность анализа и дифференциацию нормальных и инфарктных изображений миокарда [52].

Ограничения ИИ в эхокардиографии.

Коммуникация врача с пациентом остается критически важной, тогда как искусственный интеллект не может выполнять полноценное взаимодействие. Современная ИИ-технология ограничена в стандартизации эхокардиографических срезов из-за сложности и вариабельности сердечных структур, особенно у разных расовых групп, что снижает обобщаемость моделей [53–55].

Будущая трансформация эхокардиографии с применением ИИ сосредоточится на интеграции технологий для вспомогательной помощи и адаптации моделей к индивидуальным особенностям пациентов.

Сосудистое нацеливание наночастиц для молекулярной визуализации больного эндотелия.

Наночастицы обеспечивают прямой доступ к молекулярным маркерам на эндотелии, благодаря поливалентному прикреплению к сосудистой мишени. Эта синергия между наночастицами, сосудистым таргетированием и молекулярной визуализацией открывает возможности для точной диагностики и прогнозирования заболеваний. Ремоделируемый эндотелий, характерный для патологий, таких как рак и атеросклероз, обеспечивает широкий спектр мишеней для наночастиц и молекулярной визуализации.

Малые органические молекулы легко синтезируются, глубоко проникают в ткани и адаптируются для оптимальной фармакокинетики, но их эффективность ограничена трудностями достижения высокоаффинного связывания [56].

Ядерная визуализация.

Методы, основанные на ОФЭКТ и ПЭТ, обладают высокой чувствительностью (пМ-диапазон) и глубоким проникновением в ткани, обеспечивая количественную оценку сигналов. Ядерная визуализация, синергично связанная с сосудистым таргетированием, является стандартом молекулярной диагностики и прогнозирования заболеваний.

Применение оптической когерентной томографии в визуализации сосудистой стенки коронарных артерий до и после стентирования.

Заболевания системы кровообращения, включая ишемическую болезнь сердца и инфаркт миокарда, остаются ведущей причиной смертности [57], хотя за последние годы их показатели снизились благодаря организационным решениям и внедрению современных методов реваскуляризации миокарда [58].

Ведущим методом диагностики патологии коронарных артерий является инвазивная коронаро-ангиография. Данный метод позволяет оценить проходимость артерий, выявить характер и степень поражения коронарного русла. однако ее двухмерное изображение ограничивает точность оценки стеноза. ОКТ обеспечивает светооптическую визуализацию сосудистой стенки с разрешением 10–20 мкм, основанную на интерференции инфракрасных лучей длиной около 1,3 мкм [59]. Метод позволяет анализировать интенсивность и время задержки отраженного света, предоставляя детализированное изображение ткани.

Основное ограничение ОКТ – влияние форменных элементов крови, отражающих сигнал и снижающих разрешение. Для улучшения качества изображения применяются рентгеноконтрастные препараты или физиологический раствор для вытеснения крови из просвета сосуда. Результаты ОКТ сопоставимы с гистологическими исследованиями [60].

ОКТ предоставляет эндоваскулярным хирургам высокоточные данные о структуре сосудистой стенки, помогает минимизировать осложнения при стентировании и уточняет тактику лечения.

Заключение.

Современная медицина располагает широким спектром методов функциональной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, которые уже прочно вошли в клиническую практику. Среди них – электрокардиография, эхокардиография, нагрузочные тесты, ангиография, компьютерная и магнитно-резонансная томография. Эти методы позволяют выявлять широкий круг патологий на разных стадиях их развития и эффективно оценивать состояние сердца и сосудов.

Однако стремительное развитие технологий открывает новые горизонты диагностики. Методы, использующие искусственный интеллект, постепенно меняют подход к выявлению и анализу сердечно-сосудистых заболеваний.

Описанные в статье инновационные подходы подчеркивают значимость интеграции высоких технологий и медицины, предлагая новые возможности для раннего выявления заболеваний и персонализированного подхода к лечению. Внедрение данных методов в повседневную клиническую практику позволит достичь новых высот в диагностике сердечно-сосудистых заболеваний, улучшая прогнозы и качество жизни пациентов.

Ссылки: 

1.        MD.School. Искусственный интеллект для кардиологов. Диагностика сердечно-сосудистых заболеваний нейросетью. https://md.school/blog/iskusstvennyj-intellekt-dlya-kardiologov  (9 ноября 2024)

2.        Колпачкова Е.В., Соколова, Д.А., Напалков А.А.  Персонализированная медицина в кардиологии: состояние, проблемы и перспективы. Медицинский совет 2017; (12): 162-168.

3.        Thorstensen A, Dahlen H., Amundsen B.H., Aase S.A., Stoelen A. Reproducibility in echocardiographic assessment of global and regional left ventricular function, the HANTA study. European Journal of Echocardiography 2010; 11 (2): 149-156.

4.        Лупанов В.П. Современные функциональные методы исследования сердечно-сосудистой системы в диагностике, оценке тяжести и прогнозе больных ишемической болезнью сердца. Кардиоваскулярная терапия и профилактика 2011; 10 (5): 106-115.

5.        Чомахидзе, П.Ш. Эхокардиография для начинающих. Суть гемодинамических нарушений, позиции для анализа, определение тяжести порока. М.: Эксмо 2023; 112 с.

6.        Михеев, Н. Н. Осложнения стресс-эхокардиографии. Общая реаниматология 2007; 3(4): 88–92.

7.        Akki А., Gupta А., Robert G. Weiss Magnetic resonance imaging and spectroscopy of the murine cardiovascular system. Heart and Circulatory Physiology. – 2013; 304(5): 633-48.

8.        Фокин, В. А. МРТ сердца что показывает? Журнал медицинской визуализации. – 2023; (5): 12-18.

9.        Балахонова А.А., Сухинина Т.С., Веселова Т.Н., Меркулова И.Н., Барышева Н.А., Певзнер Д.В., Терновой С.К. Роль компьютерной томографии в диагностике коронарного атеросклероза и его осложнений. Кардиологический вестник. 2024; 19(1): 7‑15.

10.      Динамическая сцинтиграфия. Онкологический центр София. https://cancercentersofia.ru/diagnostika/scintigrafija/dinamicheskaya-st... ( 09 ноября 2024)

11.      Лупанов В. П. Сравнительная оценка функциональных методов исследования в диагностике ишемической болезни сердца. Атеросклероз и дислипидемии 2011; 2(3): 18-25.

12.      Котляров П.М., Шимановский Н.Л.  Мультиспиральная компьютерная томография грудной клетки с болюсным контрастированием – новые возможности диагностики заболеваний легких. Вестник рентгенологии и радиологии 2013; (2).

13.      Isaaz K., Thompson А., Eteveno G., et al. Doppler echocardiographic measurement of low-velocity motion of the posterior wall of the left ventricle. American Journal of Cardiology 1989; 64 (1): 66-75.

14.      Никифоров В.С., Тютин А.Р., Палагутин М.А. неинвазивная оценка гемодинамики с помощью тканевой доплерографии. Регионарное кровообращение и микроциркуляция 2011; 10(2): 13-18.

15.      Науменко Е. П., Адзерихо И. Э.  Тканевая допплерография: принципы и возможности метода. Проблемы здоровья и экологии 2014; 3(41): 18-25.

16.      Рыбакова М. К., Митьков В. В., Рыбакова М. К. Новое в диагностике сердечно-сосудистых заболеваний. Трехмерная и четырехмерная эхокардиография. Клинические возможности метода 2015; 17(5).

17.      Rong Y., Theofanopoulos P.C., Trichopoulos G.C., Bliss D.W. A new principle of pulse detection based on terahertz wave plethysmography. Sci Rep. 2022 Apr 15; 12(1): 6347.

18.      Волков И.Ю., Сагайдачный А.А., Фомин А.В. Фотоплетизмографическая визуализация гемодинамики и двухмерная оксиметрия. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика 2022; 22(1): 15–45.

19.      Yan Y., Ma X., Yao L., Ouyang J. Noncontact measure ment of heart rate using facial video illuminated under natural light and signal weighted analysis. Biomed Mater Eng 2015; 26(1): 903-909.

20.      Sommermeyer D., Zou D., Ficker J.H, et al. Detection of cardiovascular risk from a photoplethysmographic signal using a matching pursuit algorithm. Med Biol Eng Comput 2016; 54(7): 1111-1121.

21.      Peltokangas M., Vehkaoja A., Huotari M., et al. Combining fin ger and toe photoplethysmograms for the detection of athero sclerosis. Physiol Meas 2017; 38(2): 139-154.

22.       Bousefsaf F, Maaoui C, Pruski A. Peripheral vasomo tor activity assessment using a continuous wavelet analysis on webcam photoplethysmographic signals. Biomed Mater Eng 2016; 27(5): 527-538.

23.      Федорович А.А., Драпкина О.М. Веб-капилляроскопия – новый метод неинвазивного исследования микроциркуля торного кровотока в коже человека. Профилактическая медицина 2020; 23(4): 115–118.

24.      Kuehn BM. Cardiac imaging on the cusp of an artificial intelligence revolution. Circulation 2020; 141(15): 1266 -1267.

25.      Hannun AY. Cardiologist- level arrhythmia detection and classification in ambulatory electrocardiograms using a deep neural network. Nat Med 2019; 25: 65–9.

26.      Brandt V., Emrich T., Schoepf U.J., et al. Ischemia and outcome prediction by cardiac CT based machine learning. Int J Cardiovasc Imaging 2020; 36(12): 2429-2439.

27.      Slomka P.J., Miller R.J., Isgum I., Dey D. Application and translation of artificial intelligence to cardiovascular imaging in nuclear medicine and noncontrast CT. Semin Nucl Med 2020; 50(4): 357–66.

28.      Sanders WE Jr, Burton T, Khosousi A, et al. Machine learning: at the heart of failure diagnosis. Curr Opin Cardiol 2021; 36(2): 227–233.

29.      Zhang J, Gajjala S, Agrawal P, et al. Fully automated echocardiogram interpretation in clinical practice. Circulation 2018; 138: 1623–1635.

30.      Alsharqi M., Upton R., Mumith A., et al. Artificial intelligence: a new clinical support tool for stress echocardiography. Expert Rev Med Devices 2018; 15(8): 513–515.

31.      Johnson K.W., Jessica T.S., Glicksberg B.S., et al. Artificial intelligence in cardiology. J Am Coll Cardiol 2018; 71(23): 2668–2679.

32.      Krittanawong C., Zhang H., Wang Z., et al.  Artificial intelligence in precision cardiovascular medicine. J Am Coll Cardiol 2017; 69(21): 2657–2664.

33.      Litjens G., Ciompi F., Wolterink J.M., et al. State-of-the-art deep learning in cardiovascular image analysis. JACC Cardiovasc Imaging 2019; 12(8 Pt 1): 1549–1565.

34.      Madani A., Arnaout R., Mofrad M., et al. Fast and accurate view classification of echocardiograms using deep learning. NPJ Digital Med 2018; 1: 6.

35.      Ostvik A., Smistad E., Aase S.A., et al. Real-time standard view classification in transthoracic echocardiography using convolutional neural networks. Ultrasound Med Biol 2019; 45(2): 374–384.

36.      Tsang W., Salgo I.S., Medvedofsky D., et al. Transthoracic 3D Echocardiographic Left Heart Chamber Quantification Using an Automated Adaptive Analytics Algorithm. JACC Cardiovasc Imaging 2016; 9(7): 769–782.

37.      Tamborini G., Piazzese C., Lang R.M., et al. Feasibility and accuracy of automated software for transthoracic three-dimensional left ventricular volume and function analysis: comparisons with two-dimensional echocardiography, three-dimensional transthoracic manual method, and cardiac magnetic resonance imaging. J Am Soc Echocardiogr 2017; 30(11): 1049–1058.

38.      Knackstedt C., Bekkers S.C.A.M., Schummers G., et al. Fully automated versus standard tracking of left ventricular ejection fraction and longitudinal strain: the FAST-EFs multicenter study. J Am Coll Cardiol 2015; 66(13): 1456–1466.

39.      Human vs AI-based echocardiography analysis as predictor of mortality in acute COVID-19 patients: WASE-COVID study. ACC Scientific Sessions, 2021.

40.      Salte I.M., Østvik A., Smistad E., et al. Artificial intelligence for automatic measurement of left ventricular strain in echocardiography. JACC Cardiovasc Imaging 2021; S1936–878X(21)00363–6.

41.      Asch F.M., Mor-Avi V., Rubenson D., et al. Deep learning-based automated echocardiographic quantification of left ventricular ejection fraction: a point-of-care solution. Circ Cardiovasc Imaging 2021; 14(6): e012293.

42.      Schneider M., Bartko P., Geller W., et al. A machine learning algorithm supports ultrasound-naïve novices in the acquisition of diagnostic echocardiography loops and provides accurate estimation of LVEF. Int J Cardiovasc Imaging 2021; 37(2): 577–586.

43.      Thavendiranathan P., Liu S., Datta S., et al. Quantification of chronic functional mitral regurgitation by automated 3-dimensional peak and integrated proximal isovelocity surface area and stroke volume techniques using real-time 3-dimensional volume color Doppler echocardiography: in vitro and clinical validation. Circ Cardiovasc Imaging 2013; 6: 125–133.

44.      de Agustin J.A., Marcos-Alberca P., Fernandez-Golfin C., et al. Direct measurement of proximal isovelocity surface area by single-beat three-dimensional color Doppler echocardiography in mitral regurgitation: a validation study. J Am Soc Echocardiogr 2012; 25: 815–823.

45.      Choi J., Hong G.R., Kim M., et al. Automatic quantification of aortic regurgitation using 3D full volume color doppler echocardiography: a validation study with cardiac magnetic resonance imaging. Int J Cardiovasc Imaging 2015; 31: 1379–1389.

46.      Kagiyama N., Toki M., Hara M., et al. Efficacy and accuracy of novel automated mitral valve quantification: three-dimensional transesophageal echocardiographic study. Echocardiography 2016; 33: 756–763.

47.      Jin C.N., Salgo I.S., Schneider R.J., et al. Using anatomic intelligence to localize mitral valve prolapse on three-dimensional echocardiography. J Am Soc Echocardiogr 2016; 29: 938–945.

48.      Gandhi S., Mosleh W., Shen J., et al. Automation, machine learning, and artificial intelligence in echocardiography: a brave new world. Echocardiography 2018; 35(9): 1402–1418.

49.      Goto S., Mahara K., Beussink-Nelson L., et al. Artificial intelligence-enabled fully automated detection of cardiac amyloidosis using electrocardiograms and echocardiograms. Nat Commun 2021; 12(1): 2726.

50.      Sudarshan V., Acharya U.R., Ng E.Y., et al. Automated identification of infarcted myocardium tissue characterization using ultrasound images: a review. IEEE Rev Biomed Eng 2015; 8: 86–97.

51.      Dey D., Slomka P.J., Leeson P., et al. Artificial intelligence in cardiovascular imaging. J Am Coll Cardiol 2019; 73(11): 1317–1335.

52.      Nabi W., Bansal A., Xu B. Applications of artificial intelligence and machine learning approaches in echocardiography. Echocardiography 2021; 38(6): 982–992.

53.      Ye Z., Kumar Y., Sing G., et al. Deep echocardiography: a first step toward automatic cardiac disease diagnosis using machine learning. J Internet Technol 2020; 21(6): 1589–1600.

54.      Neri D., Bicknell R. Tumour vascular targeting. Nat Rev Cancer 2005; 5: 436–446.

55.      Peer D., Karp J.M., Hong S., Farokhzad O.C., Margalit R., Langer R. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nat Nanotechnol 2007; 2: 751–760.

56.      Nichols M., Townsend N., Scarborough P., Rayner M. Cardiovascular disease in Europe 2014: epidemiological update. Eur Heart J 2014; 35(42): 2950–2959.

57.      Чазов Е.И., Бойцов С.А. Оказание медицинской помощи больным с острым коронарным синдромом в рамках программы создания региональных и первичных сосудистых центров в Российской Федерации. Кардиологический вестник 2008; 3(2): 5–11.

58.      Huang D., Swanson E.A., Lin C.P., Schuman J.S., Stinson W.G., Chang W., et al. Optical coherence tomography. Science 1991; 254(5035): 1178–1181.

59.      Jang I.K., Tearney G.J., MacNeill B., Takano M., Moselewski F., Iftima N., et al. In Vivo Characterization of Coronary Atherosclerotic Plaque by Use of Optical Coherence Tomography. Circulation 2005 Mar 29;111(12):1551–1555.

60.       Tearney G.J., Regar E., Akasaka T., Adriaenssens T., Barlis P., Bezerra H.G., et al. Consensus standards for acquisition, measurement, and reporting of intravascular optical coherence tomography studies: a report from the International Working Group for Intravascular Optical Coherence Tomography Standardization and Validation. J Am Coll Cardiol 2012; 59(12): 1058–1072.

Об авторах: 

Сушкова Наталья Владимировна, кандидат медицинских наук, доцент кафедры основ медицины и медицинских технологий факультета фундаментальной медицины и медицинских технологий СГУ им. Н.Г. Чернышевского, ekimova82@inbox.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0946-3808

Оленко Елена Сергеевна, доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой основ медицины и медицинских технологий факультета фундаментальной медицины и медицинских технологий СГУ им. Н.Г. Чернышевского, olenco@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1573-0623

Бартош Ирина Сергеевна, студент 5 курса факультета фундаментальной медицины и медицинских технологий СГУ им. Н.Г. Чернышевского, irinabartosh89@gmail.com, ORCID: https://orcid.org/0009-0008-4233-2974

Макарова Александра Викторовна, лаборант учебной лаборатории функциональной диагностики факультета фундаментальной медицины и медицинских технологий СГУ им. Н.Г. Чернышевского, makarova.a.v.56@gmail.com, ORCID: https://orcid.org/0009-0007-7769-9963

Поступила в редакцию 14 сентября 2025 г., Принята в печать 10 ноября 2025 г.

English version
Title: 
Modern methods of functional diagnosis of cardiovascular diseases
Authors: 
Sushkova N.V., Olenko E.S., Bartosh I.S., Makarova A.V.
Abstract: 
Cardiovascular diseases (CVD) remain the leading cause of mortality worldwide, necessitating continuous improvement of diagnostic methods for early detection and effective treatment. This article examines the evolving landscape of functional cardiac diagnostics, exploring both established and novel methods for assessing cardiovascular health. This review highlights emerging trends, such as the integration of artificial intelligence (AI) [1] into image analysis and the development of novel contrast agents to enhance diagnostic accuracy. It emphasizes the impact of these advancements on personalized medicine [2], enabling the development of individualized treatment strategies based on patient-specific characteristics and disease presentation. Ultimately, the aim of this article is to provide a comprehensive overview of modern methods of functional cardiac diagnostics, illustrating its crucial role in improving the diagnosis, prognosis, and treatment of CVD.
Keywords: 
artificial intelligence, thallium-201 scintigraphy, multislice computed tomography, tissue Doppler imaging, phase-contrast mapping, three-dimensional echocardiography
Cite as: 
Sushkova N.V., Olenko E.S., Bartosh I.S., Makarova A.V. Modern methods of functional diagnosis of cardiovascular diseases. Psychosomatic and Integrative Research 2025; 11: 0403.

Cardiovascular diseases (CVD) remain one of the leading causes of morbidity and mortality worldwide. Early and accurate diagnosis is crucial for effective treatment and improved patient outcomes [3].

Contemporary practice utilizes key methods such as electrocardiography (ECG) [4], which remains indispensable for rhythm analysis and ischemia detection, and echocardiography [5-6], providing valuable information on cardiac structure and function through both 2D and increasingly sophisticated 3D imaging. The capabilities of Doppler echocardiography [3] in assessing valve function and blood flow dynamics are also discussed.

Beyond these fundamental methods, non-invasive stress tests, including cycle ergometry, play an important role in detecting inducible ischemia and assessing functional capacity. Furthermore, the article reviews advanced imaging modalities. Cardiac magnetic resonance imaging (CMR) [7] offers unprecedented anatomical detail and functional myocardial assessment, allowing for accurate diagnosis of conditions such as myocardial infarction, cardiomyopathy, and congenital heart defects. Finally, the increasingly important role of computed tomography angiography (CTA) [8, 9] in evaluating coronary and peripheral vascular diseases is analyzed.

Modern Functional Diagnostic Methods.

Thallium-201 Myocardial Scintigraphy is a radionuclide imaging method that assesses regional myocardial perfusion and diagnoses coronary artery disease (CAD) [10]. The method is based on intravenous administration of the radiopharmaceutical thallium-201 during a stress test (exercise or pharmacological stress) followed by registration of its distribution in the myocardium using a gamma camera. To assess myocardial perfusion reserves, a repeat scan is performed at rest, 4 hours after the stress test, analyzing the redistribution of thallium-201.

The sensitivity of the method during stress testing is 90-95%. Thallium-201 scintigraphy has high diagnostic value, particularly in cases where interpretation of the electrocardiogram (ECG) during stress testing is difficult or impossible. Furthermore, this method can be used to select patients indicated for coronary angiography, as well as to assess the effectiveness of reperfusion therapy (e.g., coronary artery bypass grafting) in patients with CAD [11].

Multislice Computed Tomography (MSCT) is a high-resolution radiological diagnostic method using X-ray radiation and multi-row detectors to obtain cross-sectional images of organs and tissues with subsequent three-dimensional reconstruction.

MSCT is used in cardiology to assess cardiac morphology and function, including visualization of the myocardium, pericardium, valve apparatus, coronary and major vessels. The technique allows determination of the presence and severity of pathological changes, such as myocardial ischemia, aneurysms, malformations, as well as assessment of left ventricular systolic and diastolic function.

Aortic MSCT is used for detailed examination of the thoracic and/or abdominal aorta, visualizing its anatomical features, assessing lumen diameter, detecting aneurysms, dissections, atherosclerotic plaques, and other pathological changes in the vessel wall [12].

Tissue Doppler Imaging (TDI) is an ultrasound diagnostic method based on the Doppler effect, allowing assessment of myocardial motion velocity during different phases of the cardiac cycle. This non-invasive method is used to evaluate global and regional systolic and diastolic function of the left ventricle (LV), as well as to characterize right ventricular and left atrial function [13].

Tissue Doppler Imaging is applied in the diagnosis of:

• Coronary artery disease (CAD).

• Irreversible and reversible myocardial dysfunction.

• Constrictive pericarditis and restrictive cardiomyopathy.

• Cardiac transplant rejection.

The method allows for non-invasive assessment of intracardiac pressure and pulmonary artery pressure.

Tissue Doppler Imaging is performed in various modes [14]:

• Two-dimensional color Doppler: provides high spatial resolution, visualizing myocardial velocity and direction via color coding.

• Color M-mode: characterized by high temporal resolution.

• Pulsed-wave Doppler: allows determination of peak myocardial velocity.

• Quantitative data processing: enables obtaining objective parameters of myocardial contractile function.

The procedure lasts 20-60 minutes, requires no special patient preparation, has no side effects, and allows the patient to immediately return to normal activity [15].

Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a highly informative imaging modality used for diagnosing cardiovascular system diseases. Based on the principle of nuclear magnetic resonance, the method allows acquisition of high-quality images of the heart and large vessels in various planes, providing detailed assessment of anatomical structures and hemodynamic parameters.

MRI offers broad diagnostic capabilities, including:

• Phase-contrast MRI (velocity-encoded MRI): allows visualization and quantitative assessment of blood flow velocity and direction, detection of areas of impaired myocardial contractility (e.g., in coronary artery disease), determination of stroke volume, ejection fraction, and other cardiac hemodynamic parameters. The method also enables diagnosis of congenital and acquired heart defects, including ventricular and atrial septal defects, as well as valvular pathology [8].

Three-Dimensional Echocardiography (3D Echo) is an ultrasound examination method that enables real-time acquisition of volumetric images of the heart and adjacent vessels. This method provides detailed visualization of anatomical structures and allows quantitative assessment of cardiac function.

Clinical applications of 3D Echo [16]:

• Assessment of left ventricular (LV) systolic function: by constructing a 3D model of the LV, determining ejection fraction, global and regional systolic function.

• Detailed assessment of the valve apparatus: visualization of valve leaflets, determination of stenosis and/or regurgitation severity, modeling of valve orifices.

• Evaluation of artificial valve prostheses and occluders.

• Diagnosis of congenital heart defects: including analysis of intracardiac shunts.

• Detection of cardiac and mediastinal masses: such as vegetations in infective endocarditis, tumors.

• Assessment of pericardial and pleural pathology.

• Diagnosis of aortic dissection.

• Evaluation of LV myocardial dyssynchrony.

Indications for 3D Echo:

• Valvular pathology (stenosis, insufficiency).

• Congenital heart defects.

• Assessment of ventricular myocardial contractile function and mass.

• Assessment of regurgitation severity.

• Detection of intracardiac thrombi and tumors, as well as other intra- and extracardiac masses.

• Evaluation of prosthetic heart valve function.

This examination is performed on high-end ultrasound systems equipped with specialized 3D transducers and corresponding software [16].

However, traditional diagnostic methods, despite their value, often have limitations regarding sensitivity, specificity, and the ability to provide a comprehensive assessment of cardiac function and structure.

Rapid development in medical imaging and signal processing technologies has led to the creation of sophisticated functional diagnostic methods that significantly enhance our understanding and treatment of CVD. This article presents an overview of modern advancements in functional cardiac diagnostics, focusing on both established and novel methods, as well as their strengths, weaknesses, and clinical application in the context of personalized medicine. The increasingly widespread integration of artificial intelligence (AI) into image analysis and the development of novel contrast agents are also considered key factors shaping the future of CVD diagnosis.

Modern Functional Diagnostic Methods Utilizing Artificial Intelligence.

Photoplethysmography with Artificial Intelligence (AI) is a method for measuring fluctuations in vascular blood volume using optical sensors, typically through the skin. Modern technologies integrate PPG with AI algorithms for arrhythmia detection and assessment of vascular tone, offering an alternative to portable cardiac rhythm monitoring.

Non-contact methods based on biophotonics (PPG, laser Doppler flowmetry, high-resolution thermography) enable continuous health monitoring [17, 18]. A promising direction is the analysis of images and videos obtained using a standard smartphone or laptop camera [19].

Web capillaroscopy and web-PPG analyze pixel contrast differences in video recordings of the skin. In remote PPG, a light source in the green spectrum provides the highest signal-to-noise ratio [20]. The widespread use of gadgets makes the method promising for screening [21, 22]. The main challenge is video analysis artifacts, minimized by wavelet analysis instead of classical Fourier transform [23].

Web Capillaroscopy. This approach visualizes and studies part of the microcirculatory bed located up to 120 μm deep from the skin surface. Thus, a full assessment is performed on capillaries of the transitional section of the vascular bed, which facilitate the transition from arterioles to venules.

For the analysis of each image, a set of specific frames called "reference frames" is used, relative to which all other frames are evaluated. This compensates for optical noise arising from mutual image displacement [24].

The method allows study of the microcirculatory bed, assessment of the influence of the autonomic nervous system on hemodynamics and cerebral blood flow status. Web-PPG is a simple, sensitive, and effective method for monitoring vital functions, proven suitable for screening atrial fibrillation and measuring blood pressure, including analysis of group video recordings.

Artificial Intelligence in Echocardiography: Detection, Functional Assessment, and Disease Diagnosis.

The application of artificial intelligence technologies in cardiovascular disease imaging reduces treatment costs and decreases the need for additional tests [25]. AI technology is increasingly used in processing modal images, including electrocardiography [26], cardiac CT [27], and myocardial perfusion radionuclide imaging [28]. In the diagnosis and treatment of heart diseases, AI methods have been applied to electrocardiography, vectorcardiography, echocardiography, and electronic medical records [29].

Echocardiography, being a non-invasive method for assessing cardiac structure and function, has limitations; however, deep learning and neural network technologies have improved the identification of anatomical structures [30], segmentation, and functional assessment of the heart [31, 32]. Despite proven AI effectiveness, challenges of standardization and model generalizability in clinical practice remain [33–35].

In 2018, a classification model based on a super-precise neural network, trained on two-dimensional (2D) data from 500 patients and 7000 videos, achieved 98% accuracy [36]. Research at the University of California demonstrated that an AI model classifying echocardiographic images achieved 97.8% accuracy compared to 70.2–83.5% for physicians [37]. Artificial intelligence accelerates diagnosis and improves accuracy, which is especially important in settings with a shortage of specialists and resources, as well as for use in specialized and emergency departments.

Functional Assessment of the Left Ventricle Using Artificial Intelligence Technology.

There are commercial software packages providing highly accurate 2D and 3D echocardiographic measurements for automatic assessment of left heart function. Philips EPIQ (HeartModel, Netherlands) uses an adaptive analytics algorithm for transthoracic 3D echocardiography, and AutoLV (TomTec, Germany) tracks ejection fraction and longitudinal strain [38, 39].

Clinical studies confirm that automated software for ventricular volume and ejection fraction assessment is comparable in accuracy to manual methods, correlating with cardiac MRI [40]. AI methods allow determination of standard apical views, cardiac cycle events, assessment of motion, and measurement of global longitudinal strain in less than 15 seconds, reducing time expenditure and skill requirements [41].

Artificial intelligence also helps novices master diagnostic imaging, improving measurement reproducibility [42, 43]. A multicenter study confirmed that left ventricular analysis using AI is a more accurate predictor of mortality compared to manual measurements [44].

Diagnosis of Cardiac Diseases Using Artificial Intelligence Technology.

Cardiac Valvular Diseases.

Routine echocardiography allows visual examination of heart valve shape and activity. Mitral and aortic valves are targets for AI technology in cardiac valve assessment, particularly with a focus on monitoring valve morphology and regurgitation. Similarly, the AI method is useful in assessing cardiac valvular diseases. Software for proximal isovelocity surface area (PISA) assessment automatically measures mitral valve orifice area and regurgitant volume, determining the severity of valvular insufficiency.

PISA for 3D echocardiography demonstrates high accuracy and consistency with transesophageal ultrasound measurements and MRI, surpassing 2D analysis [45, 46]. The use of 3D color flow Doppler allows quantification of regurgitant volume with high correlation to MRI [47]. Automatic and manual measurements have comparable accuracy [48].

Semi-automatic software is effective in diseases related to valve morphology, such as mitral valve prolapse, improving diagnostic accuracy even for non-specialists [49]. It also ensures consistency and repeatability in interval monitoring [50].

Cardiomyopathy.

Diagnosis of cardiomyopathy using artificial intelligence is performed with 2D ultrasound, M-mode, and Doppler. Based on ventricular segmentation and wall recognition, automatic measurement of ventricular volumes, assessment of cardiac function, and visualization of myocardial motion are implemented. A developed machine learning pipeline combining ECG and echocardiography outperformed expert diagnosis of cardiac amyloidosis [51].

Ischemic Atherosclerotic Heart Disease (CAD).

Echocardiography combined with AI improves CAD diagnosis, enhancing the systematic nature of analysis and differentiation between normal and infarcted myocardial images [52].

Limitations of AI in Echocardiography.

Physician-patient communication remains critically important, whereas artificial intelligence cannot perform full interaction. Current AI technology is limited in standardizing echocardiographic views due to the complexity and variability of cardiac structures, especially among different racial groups, which reduces model generalizability [53–55].

The future transformation of echocardiography with AI application will focus on integrating technologies for assistance and adapting models to individual patient characteristics.

Vascular Targeting of Nanoparticles for Molecular Imaging of Diseased Endothelium.

Nanoparticles provide direct access to molecular markers on the endothelium, due to polyvalent attachment to vascular targets. This synergy between nanoparticles, vascular targeting, and molecular imaging opens possibilities for precise disease diagnosis and prognosis. Remodeled endothelium, characteristic of pathologies such as cancer and atherosclerosis, provides a wide range of targets for nanoparticles and molecular imaging.

Small organic molecules are easily synthesized, penetrate deeply into tissues, and are adaptable for optimal pharmacokinetics, but their effectiveness is limited by difficulties in achieving high-affinity binding [56].

Nuclear Imaging.

Methods based on SPECT and PET have high sensitivity (pM range) and deep tissue penetration, providing quantitative signal assessment. Nuclear imaging, synergistically linked with vascular targeting, is the standard for molecular disease diagnosis and prognosis.

Application of Optical Coherence Tomography in Imaging the Vascular Wall of Coronary Arteries Before and After Stenting.

Circulatory system diseases, including coronary artery disease and myocardial infarction, remain the leading cause of mortality [57], although their rates have decreased in recent years due to organizational solutions and the implementation of modern myocardial revascularization methods [58].

The leading method for diagnosing coronary artery pathology is invasive coronary angiography. This method allows assessment of artery patency, identification of the nature and extent of coronary bed lesions. However, its two-dimensional image limits the accuracy of stenosis assessment. OCT provides light-optical visualization of the vascular wall with a resolution of 10–20 μm, based on the interference of infrared rays with a wavelength of about 1.3 μm [59]. The method allows analysis of reflected light intensity and delay time, providing detailed tissue imaging.

The main limitation of OCT is the influence of blood cells reflecting the signal and reducing resolution. To improve image quality, radiographic contrast agents or physiological saline are used to displace blood from the vessel lumen. OCT results are comparable to histological studies [60].

OCT provides endovascular surgeons with highly accurate data on vascular wall structure, helps minimize complications during stenting, and clarifies treatment tactics.

Conclusion.

Modern medicine possesses a wide range of functional diagnostic methods for cardiovascular diseases, which are already firmly established in clinical practice. These include electrocardiography, echocardiography, stress tests, angiography, computed tomography, and magnetic resonance imaging. These methods enable detection of a wide spectrum of pathologies at various stages of development and effective assessment of heart and vessel condition.

However, the rapid development of technology opens new diagnostic horizons. Methods utilizing artificial intelligence are gradually changing the approach to the detection and analysis of cardiovascular diseases.

The innovative approaches described in the article emphasize the significance of integrating high technology and medicine, offering new opportunities for early disease detection and personalized treatment approaches. The implementation of these methods into everyday clinical practice will achieve new heights in the diagnosis of cardiovascular diseases, improving prognoses and patients' quality of life.

References: 
  1. MD.School. Artificial Intelligence for Cardiologists. Diagnosis of cardiovascular diseases by a neural network. https://md.school/blog/iskusstvennyj-intellekt-dlya-kardiologov (November 9, 2024)
  2. Kolpachkova E.V., Sokolova, D.A., Napalkov A.A. Personalized medicine in cardiology: status, problems, and prospects. Medical Council 2017; (12): 162-168.
  3. Thorstensen A, Dahlen H., Amundsen B.H., Aase S.A., Stoelen A. Reproducibility in echocardiographic assessment of global and regional left ventricular function, the HANTA study. European Journal of Echocardiography 2010; 11 (2): 149-156.
  4. Lupanov V.P. Modern functional methods for investigating the cardiovascular system in the diagnosis, severity assessment, and prognosis of patients with ischemic heart disease. Cardiovascular Therapy and Prevention 2011; 10 (5): 106-115.
  5. Chomakhidze, P.Sh. Echocardiography for Beginners. The essence of hemodynamic disorders, analysis positions, determination of defect severity. M.: Eksmo 2023; 112 p.
  6. Mikheev, N. N. Complications of stress echocardiography. General Reanimatology 2007; 3(4): 88–92.
  7. Akki А., Gupta А., Robert G. Weiss Magnetic resonance imaging and spectroscopy of the murine cardiovascular system. Heart and Circulatory Physiology. -- 2013; 304(5): 633-48.
  8. Fokin, V. A. What does cardiac MRI show? Journal of Medical Imaging. -- 2023; (5): 12-18.
  9. Balakhonova A.A., Sukhinina T.S., Veselova T.N., Merkulova I.N., Barysheva N.A., Pevzner D.V., Ternovoy S.K. The role of computed tomography in the diagnosis of coronary atherosclerosis and its complications. Cardiology Bulletin. 2024; 19(1): 7‑15.
  10. Dynamic Scintigraphy. Sofia Cancer Center. https://cancercentersofia.ru/diagnostika/scintigrafija/dinamicheskaya-stsintigrafiya.html (November 09, 2024)
  11. Lupanov V. P. Comparative evaluation of functional methods in the diagnosis of ischemic heart disease. Atherosclerosis and Dyslipidemias 2011; 2(3): 18-25.
  12. Kotlyarov P.M., Shimanovsky N.L. Multislice computed tomography of the chest with bolus contrast enhancement – new diagnostic possibilities for lung diseases. Bulletin of Radiology and Roentgenology 2013; (2).
  13. Isaaz K., Thompson А., Eteveno G., et al. Doppler echocardiographic measurement of low-velocity motion of the posterior wall of the left ventricle. American Journal of Cardiology 1989; 64 (1): 66-75.
  14. Nikiforov V.S., Tyutin A.R., Palagutin M.A. Non-invasive assessment of hemodynamics using tissue Doppler imaging. Regional Circulation and Microcirculation 2011; 10(2): 13-18.
  15. Naumenko E. P., Adzerikho I. E. Tissue Doppler imaging: principles and capabilities of the method. Problems of Health and Ecology 2014; 3(41): 18-25.
  16. Rybakova M. K., Mitkov V. V., Rybakova M. K. New developments in the diagnosis of cardiovascular diseases. Three-dimensional and four-dimensional echocardiography. Clinical capabilities of the method 2015; 17(5).
  17. Rong Y., Theofanopoulos P.C., Trichopoulos G.C., Bliss D.W. A new principle of pulse detection based on terahertz wave plethysmography. Sci Rep. 2022 Apr 15; 12(1): 6347.
  18. Volkov I.Yu., Sagaydachny A.A., Fomin A.V. Photoplethysmographic imaging of hemodynamics and two-dimensional oximetry. Proceedings of Saratov University. New Series. Series: Physics 2022; 22(1): 15–45.
  19. Yan Y., Ma X., Yao L., Ouyang J. Noncontact measurement of heart rate using facial video illuminated under natural light and signal weighted analysis. Biomed Mater Eng 2015; 26(1): 903-909.
  20. Sommermeyer D., Zou D., Ficker J.H, et al. Detection of cardiovascular risk from a photoplethysmographic signal using a matching pursuit algorithm. Med Biol Eng Comput 2016; 54(7): 1111-1121.
  21. Peltokangas M., Vehkaoja A., Huotari M., et al. Combining finger and toe photoplethysmograms for the detection of atherosclerosis. Physiol Meas 2017; 38(2): 139-154.
  22. Bousefsaf F, Maaoui C, Pruski A. Peripheral vasomotor activity assessment using a continuous wavelet analysis on webcam photoplethysmographic signals. Biomed Mater Eng 2016; 27(5): 527-538.
  23. Fedorovich A.A., Drapkina O.M. Web capillaroscopy – a new method for non-invasive investigation of microcirculatory blood flow in human skin. Preventive Medicine 2020; 23(4): 115–118.
  24. Kuehn BM. Cardiac imaging on the cusp of an artificial intelligence revolution. Circulation 2020; 141(15): 1266 -1267.
  25. Hannun AY. Cardiologist-level arrhythmia detection and classification in ambulatory electrocardiograms using a deep neural network. Nat Med 2019; 25: 65–9.
  26. Brandt V., Emrich T., Schoepf U.J., et al. Ischemia and outcome prediction by cardiac CT based machine learning. Int J Cardiovasc Imaging 2020; 36(12): 2429-2439.
  27. Slomka P.J., Miller R.J., Isgum I., Dey D. Application and translation of artificial intelligence to cardiovascular imaging in nuclear medicine and noncontrast CT. Semin Nucl Med 2020; 50(4): 357–66.
  28. Sanders WE Jr, Burton T, Khosousi A, et al. Machine learning: at the heart of failure diagnosis. Curr Opin Cardiol 2021; 36(2): 227–233.
  29. Zhang J, Gajjala S, Agrawal P, et al. Fully automated echocardiogram interpretation in clinical practice. Circulation 2018; 138: 1623–1635.
  30. Alsharqi M., Upton R., Mumith A., et al. Artificial intelligence: a new clinical support tool for stress echocardiography. Expert Rev Med Devices 2018; 15(8): 513–515.
  31. Johnson K.W., Jessica T.S., Glicksberg B.S., et al. Artificial intelligence in cardiology. J Am Coll Cardiol 2018; 71(23): 2668–2679.
  32. Krittanawong C., Zhang H., Wang Z., et al. Artificial intelligence in precision cardiovascular medicine. J Am Coll Cardiol 2017; 69(21): 2657–2664.
  33. Litjens G., Ciompi F., Wolterink J.M., et al. State-of-the-art deep learning in cardiovascular image analysis. JACC Cardiovasc Imaging 2019; 12(8 Pt 1): 1549–1565.
  34. Madani A., Arnaout R., Mofrad M., et al. Fast and accurate view classification of echocardiograms using deep learning. NPJ Digital Med 2018; 1: 6.
  35. Ostvik A., Smistad E., Aase S.A., et al. Real-time standard view classification in transthoracic echocardiography using convolutional neural networks. Ultrasound Med Biol 2019; 45(2): 374–384.
  36. Tsang W., Salgo I.S., Medvedofsky D., et al. Transthoracic 3D Echocardiographic Left Heart Chamber Quantification Using an Automated Adaptive Analytics Algorithm. JACC Cardiovasc Imaging 2016; 9(7): 769–782.
  37. Tamborini G., Piazzese C., Lang R.M., et al. Feasibility and accuracy of automated software for transthoracic three-dimensional left ventricular volume and function analysis: comparisons with two-dimensional echocardiography, three-dimensional transthoracic manual method, and cardiac magnetic resonance imaging. J Am Soc Echocardiogr 2017; 30(11): 1049–1058.
  38. Knackstedt C., Bekkers S.C.A.M., Schummers G., et al. Fully automated versus standard tracking of left ventricular ejection fraction and longitudinal strain: the FAST-EFs multicenter study. J Am Coll Cardiol 2015; 66(13): 1456–1466.
  39. Human vs AI-based echocardiography analysis as predictor of mortality in acute COVID-19 patients: WASE-COVID study. ACC Scientific Sessions, 2021.
  40. Salte I.M., Østvik A., Smistad E., et al. Artificial intelligence for automatic measurement of left ventricular strain in echocardiography. JACC Cardiovasc Imaging 2021; S1936–878X(21)00363–6.
  41. Asch F.M., Mor-Avi V., Rubenson D., et al. Deep learning-based automated echocardiographic quantification of left ventricular ejection fraction: a point-of-care solution. Circ Cardiovasc Imaging 2021; 14(6): e012293.
  42. Schneider M., Bartko P., Geller W., et al. A machine learning algorithm supports ultrasound-naïve novices in the acquisition of diagnostic echocardiography loops and provides accurate estimation of LVEF. Int J Cardiovasc Imaging 2021; 37(2): 577–586.
  43. Thavendiranathan P., Liu S., Datta S., et al. Quantification of chronic functional mitral regurgitation by automated 3-dimensional peak and integrated proximal isovelocity surface area and stroke volume techniques using real-time 3-dimensional volume color Doppler echocardiography: in vitro and clinical validation. Circ Cardiovasc Imaging 2013; 6: 125–133.
  44. de Agustin J.A., Marcos-Alberca P., Fernandez-Golfin C., et al. Direct measurement of proximal isovelocity surface area by single-beat three-dimensional color Doppler echocardiography in mitral regurgitation: a validation study. J Am Soc Echocardiogr 2012; 25: 815–823.
  45. Choi J., Hong G.R., Kim M., et al. Automatic quantification of aortic regurgitation using 3D full volume color doppler echocardiography: a validation study with cardiac magnetic resonance imaging. Int J Cardiovasc Imaging 2015; 31: 1379–1389.
  46. Kagiyama N., Toki M., Hara M., et al. Efficacy and accuracy of novel automated mitral valve quantification: three-dimensional transesophageal echocardiographic study. Echocardiography 2016; 33: 756–763.
  47. Jin C.N., Salgo I.S., Schneider R.J., et al. Using anatomic intelligence to localize mitral valve prolapse on three-dimensional echocardiography. J Am Soc Echocardiogr 2016; 29: 938–945.
  48. Gandhi S., Mosleh W., Shen J., et al. Automation, machine learning, and artificial intelligence in echocardiography: a brave new world. Echocardiography 2018; 35(9): 1402–1418.
  49. Goto S., Mahara K., Beussink-Nelson L., et al. Artificial intelligence-enabled fully automated detection of cardiac amyloidosis using electrocardiograms and echocardiograms. Nat Commun 2021; 12(1): 2726.
  50. Sudarshan V., Acharya U.R., Ng E.Y., et al. Automated identification of infarcted myocardium tissue characterization using ultrasound images: a review. IEEE Rev Biomed Eng 2015; 8: 86–97.
  51. Dey D., Slomka P.J., Leeson P., et al. Artificial intelligence in cardiovascular imaging. J Am Coll Cardiol 2019; 73(11): 1317–1335.
  52. Nabi W., Bansal A., Xu B. Applications of artificial intelligence and machine learning approaches in echocardiography. Echocardiography 2021; 38(6): 982–992.
  53. Ye Z., Kumar Y., Sing G., et al. Deep echocardiography: a first step toward automatic cardiac disease diagnosis using machine learning. J Internet Technol 2020; 21(6): 1589–1600.
  54. Neri D., Bicknell R. Tumour vascular targeting. Nat Rev Cancer 2005; 5: 436–446.
  55. Peer D., Karp J.M., Hong S., Farokhzad O.C., Margalit R., Langer R. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nat Nanotechnol 2007; 2: 751–760.
  56. Nichols M., Townsend N., Scarborough P., Rayner M. Cardiovascular disease in Europe 2014: epidemiological update. Eur Heart J 2014; 35(42): 2950–2959.
  57. Chazov E.I., Boytsov S.A. Provision of medical care to patients with acute coronary syndrome within the framework of the program for creating regional and primary vascular centers in the Russian Federation. Cardiology Bulletin 2008; 3(2): 5–11.
  58. Huang D., Swanson E.A., Lin C.P., Schuman J.S., Stinson W.G., Chang W., et al. Optical coherence tomography. Science 1991; 254(5035): 1178–1181.
  59. Jang I.K., Tearney G.J., MacNeill B., Takano M., Moselewski F., Iftima N., et al. In Vivo Characterization of Coronary Atherosclerotic Plaque by Use of Optical Coherence Tomography. Circulation 2005 Mar 29;111(12):1551–1555.
  60. Tearney G.J., Regar E., Akasaka T., Adriaenssens T., Barlis P., Bezerra H.G., et al. Consensus standards for acquisition, measurement, and reporting of intravascular optical coherence tomography studies: a report from the International Working Group for Intravascular Optical Coherence Tomography Standardization and Validation. J Am Coll Cardiol 2012; 59(12): 1058–1072.
About the authors: 

Sushkova Natalia Vladimirovna, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor of the Department of Fundamentals of Medicine and Medical Technologies, Faculty of Fundamental Medicine and Medical Technologies, Saratov State University named after N.G. Chernyshevsky, ekimova82@inbox.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0946-3808

Olenko Elena Sergeevna, Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Fundamentals of Medicine and Medical Technologies, Faculty of Fundamental Medicine and Medical Technologies, Saratov State University named after N.G. Chernyshevsky, olenco@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1573-0623

Bartosh Iryna Serhiivna, a 5th-year student at the Faculty of Fundamental Medicine and Medical Technologies, Saratov State University named after N.G. Chernyshevsky, irinabartosh89@gmail.com, ORCID: https://orcid.org/0009-0008-4233-2974

Makarova Alexandra Viktorovna, Laboratory Assistant at the Educational Laboratory of Functional Diagnostics, Faculty of Fundamental Medicine and Medical Technologies, Saratov State University named after N.G. Chernyshevsky, makarova.a.v.56@gmail.com, ORCID: https://orcid.org/0009-0007-7769-9963

Notes: 
Received on 14 September 2025, Accepted on 10 November 2025