基于萬方數(shù)據(jù)庫對Mimics 醫(yī)學(xué)影像軟件應(yīng)用的文獻計量與熱點可視化分析

王 穎，楊 杰，鮮恩英，童慶華，鐘 鏵，5

（1.西藏大學(xué)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，西藏 拉薩 850000；2.解放軍西藏軍區(qū)總醫(yī)院影像科，西藏 拉薩 850000；3.西藏大學(xué)醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科教研室，西藏 拉薩 850000；4.解放軍西藏軍區(qū)總醫(yī)院婦產(chǎn)科，西藏 拉薩 850000；5.成都中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，四川 成都 611137）

隨著醫(yī)療設(shè)備性能的提高以及計算機處理能力的提升，三維重建技術(shù)現(xiàn)已進入穩(wěn)步增長期[1]。目前三維重建軟件種類多、應(yīng)用范圍廣。Mimics 生成的三維圖像可進一步運用于計算機輔助設(shè)計、快速成型與虛擬仿真技術(shù)和有限元分析[2]，涉及的生命科學(xué)領(lǐng)域包括基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)[3]、臨床醫(yī)學(xué)[4]、口腔醫(yī)學(xué)[5]和生物醫(yī)學(xué)工程[6]等，是連接CT 或MRI 圖像的橋梁。文獻計量學(xué)是借助文獻來研究學(xué)科發(fā)展狀況，分層探索現(xiàn)有信息和已發(fā)表數(shù)據(jù)的意義和相關(guān)性，把握文獻中發(fā)現(xiàn)的模式和趨勢存在[7]。文獻計量分析軟件Citespace 基于JAVA 語言不僅能對文獻進行可視化，而且能對研究領(lǐng)域現(xiàn)狀及前沿發(fā)展趨勢進行分析預(yù)測[8]。本文旨在運用Citespace 軟件對Mimics 軟件近27 年來的應(yīng)用的中文期刊文獻進行分析，梳理出軟件應(yīng)用領(lǐng)域前沿?zé)狳c及應(yīng)用機構(gòu)分布情況，旨在為國內(nèi)應(yīng)用Mimics 軟件的研究人員提供研究方向指導(dǎo)和研究前景的預(yù)測。

1 資料與方法

1.1 文獻來源及檢索方式 文獻來源：萬方數(shù)據(jù)庫。檢索方式：在高級檢索中，文獻類型選擇“期刊論文”，制定檢索式SU=（mimics OR SU=mimics 軟件OR SU=materialise's interactive medical image control system and SU=應(yīng)用）。檢索條件為模糊，主題詞擴展。檢索時段為1992 年1 月1 日～2019 年12 月31 日。語言種類：中文。

1.2 研究方法 人工刪除不符合主題的文獻后，共檢索出有效文獻2654 篇，將所有文獻導(dǎo)入NoteExpress 中進行去重處理，結(jié)果轉(zhuǎn)化為refworks 格式后導(dǎo)入citespaceV5.2.R2 分析軟件中進行圖譜制作。關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析時的參數(shù)設(shè)置：Time slicing:From 2003 to 2019、Years per slice=3，Term sourse 默認全選，Node type=keyword，TopN=50，Thresholding 中c，cc，ccv 默認選 擇，Pruning 中選擇Pathfinder、Pruning Sliced networks、Pruning the merged networks，余默認選擇。機構(gòu)合作的參數(shù)設(shè)定：From 2003 to 2019，Years per slice=3，Node type=instuition，TopN=50，Thresholding 中c，cc，ccv 分別選擇為（1，1，20）、（4，3，20）、（4、4，20），其余默認選擇。運用Citespace 軟件進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析時，通過生成共詞網(wǎng)絡(luò)來描繪學(xué)科領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點代表關(guān)鍵詞，整個網(wǎng)絡(luò)由多個節(jié)點構(gòu)成，節(jié)點大小不一，顏色不同，意味著關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)不同、出現(xiàn)時間不同。節(jié)點間連線代表關(guān)鍵詞間關(guān)系，各個連線顏色不同，顏色越淺，年份越近。運用Citespace 軟件進行機構(gòu)合作分析時，每一個節(jié)點代表機構(gòu)出現(xiàn)的頻次、節(jié)點間連線代表機構(gòu)間合作，連線越粗，合作越頻繁。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用NoteExpress V3.2 進行文獻管理、格式轉(zhuǎn)換；利用Microsoft office 2019 專業(yè)增強版進行數(shù)據(jù)處理；在JAVA 環(huán)境下通過Citespace V5.2.R2 軟件對檢索的文獻進行分析并繪制圖譜。

2 結(jié)果

2.1 發(fā)文量 1992 年～2002 年國內(nèi)無Mimics 軟件應(yīng)用研究。2003 年～2019 年Mimics 軟件應(yīng)用的文獻量不斷增加。最早年份發(fā)文量為1 篇，即《建立數(shù)字化虛擬中國男性一號膝關(guān)節(jié)的有限元模型》；作者：張蔓超，趙衛(wèi)東，原林，李鍪軼，唐雷，鐘世鎮(zhèn)；作者單位：第一軍醫(yī)大學(xué)中國人民解放軍醫(yī)學(xué)生物力學(xué)重點實驗室（現(xiàn)南方醫(yī)科大學(xué)），見圖1。

2.2 關(guān)鍵詞 三維重建作為關(guān)鍵詞出現(xiàn)在421 篇文章中，其次有限元分析390 篇、生物力學(xué)為293 篇、三維有限元為165 篇、有限元為158 篇；中心性前5名分別為腰椎、骨質(zhì)疏松、x 線計算機、計算機輔助、圖像處理；Sigma 大于1 的重點詞匯前5 名分別為骨科植入物、有限元模型、模型、骨質(zhì)疏松、腰椎，見表1。

圖1 Mimics 軟件年度發(fā)文量折線圖

表1 Mimics 軟件應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵詞TOP10

2.3 凸現(xiàn)詞 凸現(xiàn)詞（熱點）指近期有大的變化的詞匯，文中借用熱點進行描述。對熱點進行探索，得到25 個熱點，由高到低排列熱點值，前10 名分別：3D打印、骨科植入物、3D 打印技術(shù)、有限元模型、植入物、CT 圖像、模型、數(shù)字化骨科、國家自然科學(xué)基金、顳下頜關(guān)節(jié)。結(jié)合表2 與圖2，聚類6 為研究前沿，在前沿中進行熱點探索，分別為3D 打印、骨科植入物、植入物、數(shù)字化骨科、國家自然科學(xué)基金、數(shù)字化設(shè)計、脊柱植入物、CT 掃描。其中國家自然科學(xué)基金這一關(guān)鍵詞出現(xiàn)于25 篇文章中，收錄期刊均為《中國組織工程研究》，收錄時間段為2015 年～2019 年，見圖3、表3。

表2 第6 聚類burst 信息

圖2 Mimics 軟件應(yīng)用文獻中關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

圖3 mimics 軟件應(yīng)用領(lǐng)域前沿?zé)狳c分析

表3 Mimics 軟件應(yīng)用領(lǐng)域突現(xiàn)詞TOP10

2.4 機構(gòu) 發(fā)文量前10 名的機構(gòu)分別為：南方醫(yī)科大學(xué)189 篇、南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院130 篇、上海交通大學(xué)89 篇、第四軍醫(yī)大學(xué)83 篇、南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院/南方醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院48 篇、解放軍總醫(yī)院（北京301 醫(yī)院）&軍醫(yī)進修學(xué)院47 篇、內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)36 篇、廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院32 篇、西安交通大學(xué)27 篇、河北醫(yī)科大學(xué)23 篇；按高校發(fā)文量倒序排序，依次為：南方醫(yī)科大學(xué)、上海交通大學(xué)、第四軍醫(yī)大學(xué)、軍醫(yī)進修學(xué)院、內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)、西安交通大學(xué)、河北醫(yī)科大學(xué)。按醫(yī)院發(fā)文量倒序排序，依次為：南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院、南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院/南方醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院、解放軍總醫(yī)院（北京301 醫(yī)院）、廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院。按照中心性進行排序，中心性大于0.1 的機構(gòu)為南方醫(yī)科大學(xué)，中心性0.16，見圖4、表4。

圖4 Mimics 軟件應(yīng)用領(lǐng)域機構(gòu)合作圖譜

表4 Mimics 軟件應(yīng)用領(lǐng)域機構(gòu)數(shù)量及中心度TOP10 統(tǒng)計情況

表4（續(xù)）

3 討論

3.1 發(fā)文量 發(fā)文量的變化可以反映某學(xué)科的研究熱度變化情況，對分析研究動態(tài)和預(yù)測研究發(fā)展趨勢有重要的意義[9]。本研究顯示，Mimics 軟件應(yīng)用的文獻量隨時間不斷增長，發(fā)文量在2013 年達高峰292 篇，盡管在2015 年和2019 年該軟件發(fā)文量有所下降，但據(jù)線性預(yù)測Mimics 軟件的應(yīng)用呈總體上升趨勢。據(jù)科學(xué)發(fā)展的模式來觀察科學(xué)文獻增長的規(guī)律，Mimics 軟件正處于發(fā)展時期。Mimics 軟件于1992 年誕生于比利時，最初旨在快速制造領(lǐng)域的應(yīng)用。通過對PubMed 數(shù)據(jù)庫進行檢索，該軟件從1997 年開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，隨后6 年，應(yīng)用領(lǐng)域均為骨科，2002 年后該軟件應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴展。發(fā)文量于2006 年開始驟增，這與Materalise 公司2005年正式進入中國市場有關(guān)。

2013 年～2015 年發(fā)文量小幅度下降，2015 年后發(fā)文量再次增加，探其原因如下：①在原有技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域上難以有新的突破；②在從2014 開始，該公司進行產(chǎn)品更新，以滿足更多需求；③應(yīng)用領(lǐng)域的拓展[10]，3D 打印產(chǎn)業(yè)成為潛力股。2019 年發(fā)文量稍有減少，但整體發(fā)文量持續(xù)高水平，筆者認為這與醫(yī)療領(lǐng)域3D 打印的材料學(xué)限制有關(guān)[11]，隨著對打印材料的不斷探索，Mimics 軟件在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)行碌膽?yīng)用高峰。

3.2 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率前3 名為三維重建、有限元分析、生物力學(xué)。三維重建作為Mimics 的基礎(chǔ)模塊，在醫(yī)學(xué)教育、醫(yī)學(xué)研究中廣泛運用。在醫(yī)學(xué)教育方面，Mimics 軟件主要應(yīng)用于口腔頜面部[12]、骨科[13]、人體解剖學(xué)[14]等教學(xué)中；在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，Mimics 軟件最主要的應(yīng)用是處理斷層掃描后的數(shù)據(jù)，重建人體骨骼的三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)，或是結(jié)合快速成型機來復(fù)制人體骨骼，找出需要修補的位置[15]。由于力學(xué)實驗無法直接研究人體力學(xué)結(jié)構(gòu)，因此有限元成為有效手段。有限元分析法作為生物力學(xué)的新興研究方法，研究方向由心血管流體力學(xué)，逐步擴展到骨科生物力學(xué)[16]，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于人體脊柱、牙齒及附屬結(jié)構(gòu)、肌肉血管等研究。構(gòu)建有限元模型，并對該模型進行力學(xué)仿真實驗，彌補了普通線性模型難以精確構(gòu)建人體結(jié)構(gòu)的弊端，對人體不規(guī)則區(qū)域進行非線性三維模型的構(gòu)建，完整再現(xiàn)解剖結(jié)構(gòu)和動態(tài)功能結(jié)構(gòu)。

3.3 凸現(xiàn)詞 凸現(xiàn)詞是從關(guān)鍵詞中提取的能探索某一學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展趨勢和突變的詞匯，在一定程度上可揭示具有潛在價值的研究方向[17]。本研究顯示，熱點值排名前3 的為3D 打印、骨科植入物和3D 打印技術(shù)。在研究前沿中探索研究熱點，結(jié)果顯示3D打印為最新最熱點。3D 打印最初應(yīng)用于工業(yè)，隨后逐漸應(yīng)用于醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。史云濤[18]認為在醫(yī)療領(lǐng)域，3D 打印技術(shù)主要運用于骨科、口腔領(lǐng)域、胚胎模型、器官移植和老年退變性腰椎側(cè)彎手術(shù)中。陳艷玫等[19]研究表明，2015 年～2050 年我國老年人口總量呈遞增趨勢，其中2020 年～2030 年為老齡化高速發(fā)展期，老年慢性疾病例如骨質(zhì)疏松、脊柱退化等日益增多。結(jié)合以上觀點，3D 打印技術(shù)在老年退行性變的應(yīng)用比例將會增加，預(yù)測未來Mimics 軟件在老年性病變中的應(yīng)用會急劇增加。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D 打印植入物起著重要的作用，尤其在骨科和脊柱外科顯示出特殊的價值[20]。骨科植入物與脊柱植入物在最近年份研究力度強，隨著材料學(xué)不斷發(fā)展及各學(xué)科不斷交叉，未來3D打印技術(shù)在骨科及脊柱外科的運用將會是研究重點。國家自然科學(xué)基金作為我國基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的主要經(jīng)費之一，具有權(quán)威性和科學(xué)性。國家自然科學(xué)基金作為關(guān)鍵詞出現(xiàn)在文獻中并不恰當(dāng)。國家自然科學(xué)基金對生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域論文的數(shù)量和增長率具有促進作用[21]，而非關(guān)鍵性決定作用。研究表明[22]，被SCI、EI、ISTP 檢索收錄的科技論文能夠代表基金資助論文的總體水平和質(zhì)量高低，但是基金資助論文仍有大量未被SCI、E1、ISTP 檢索收錄，即使被SCI、EI、ISTP 檢索收錄也未必都得到自科基金資助，故不能僅因為有無被國家自然科學(xué)基金資助而作為評判文章質(zhì)量的依據(jù)。研究基金資助效果時，年份、學(xué)科或文獻類型等均為混淆因素，僅依據(jù)關(guān)鍵詞在文獻中出現(xiàn)的頻數(shù)不能簡單地說明問題。

3.4 機構(gòu) 在Mimcs 軟件應(yīng)用領(lǐng)域中，南方醫(yī)科大學(xué)的發(fā)文量和影響力均為國內(nèi)領(lǐng)先。結(jié)合可視化圖譜，發(fā)文量機構(gòu)所在地分布情況揭示了經(jīng)濟發(fā)展與科學(xué)研究發(fā)展呈正相關(guān)性[23]。本研究顯示，主要合作機構(gòu)為南方醫(yī)科大學(xué)及其附屬南方醫(yī)院、上海交通大學(xué)。新興合作機構(gòu)為內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)及其附屬醫(yī)院、第二附屬醫(yī)院。其余機構(gòu)間合作較少，大致呈現(xiàn)鄰近地區(qū)相互合作。從各機構(gòu)之間合作來看，同一經(jīng)濟區(qū)域合作更加頻繁，隨著市場化的深入，各區(qū)域間發(fā)展依賴程度提高，加強各區(qū)域間合作是大勢所趨[24]。

綜上所述，數(shù)字化醫(yī)學(xué)在當(dāng)今醫(yī)療體系中占據(jù)日益重要的地位，呼吁醫(yī)療領(lǐng)域?qū)嵺`者進行數(shù)字化實踐，加強全國范圍內(nèi)的數(shù)字化教學(xué)推廣迫在眉睫。