基于CiteSpace的國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的研究熱點(diǎn)及趨勢

岳 新，關(guān)然麗，王金環(huán)

(1.黑龍江科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，哈爾濱 150022； 2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院，哈爾濱 150040)

0 引言

借助VR技術(shù)可幫助研究人員更直觀全面地認(rèn)識(shí)新冠病毒分子機(jī)制，從而為人類對抗新冠病毒提供幫助。VR在醫(yī)學(xué)方面的主要應(yīng)用：手術(shù)培訓(xùn)：外科醫(yī)生可以在VR中反復(fù)練習(xí)手術(shù)流程，獲得更多經(jīng)驗(yàn)。疼痛管理：醫(yī)生用VR頭顯來幫助病人減輕病痛。理療和復(fù)健：Kinect可以讓患者在家進(jìn)行訓(xùn)練，并在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)收集數(shù)據(jù)，以引導(dǎo)患者進(jìn)行最有益的訓(xùn)練。VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用凸顯了其重要性，繼續(xù)深入探究虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用具有良好前景。數(shù)據(jù)來源于CNKI并以“虛擬現(xiàn)實(shí)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用”為主題進(jìn)行分析，繪制關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)方面的研究知識(shí)圖譜，以準(zhǔn)確、形象的圖像，顯示國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的研究熱點(diǎn)及趨勢。

1 研究方案

1.1 研究工具

CiteSpace軟件是由陳超美教授開發(fā)的信息可視化軟件，利用其分析1995-2020年近25年關(guān)于國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的文獻(xiàn)，從作者、機(jī)構(gòu)、突變性、關(guān)鍵詞、時(shí)間和關(guān)鍵詞聚類等角度，更加直觀地分析該領(lǐng)域的研究主題和發(fā)展趨勢。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來自于CNKI數(shù)據(jù)庫，檢索主題為“虛擬現(xiàn)實(shí)”或“虛擬仿真”，文獻(xiàn)分類選擇醫(yī)藥衛(wèi)生科技，檢索時(shí)間跨度為1995-2020年，共獲得2 509篇文獻(xiàn)，通過手工篩選，將沒有作者姓名、會(huì)議等不相干文獻(xiàn)排除，共得到2 448篇文獻(xiàn)，檢索時(shí)間為2020年11月26日，通過CiteSpace軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)應(yīng)用知識(shí)圖譜分析

2.1 作者圖譜分析

CiteSpace作者共現(xiàn)圖可以反映核心作者在特定領(lǐng)域中的真實(shí)影響力。圖中節(jié)點(diǎn)大小由共現(xiàn)頻率確定，具有高集中度或密度的節(jié)點(diǎn)是核心節(jié)點(diǎn)，代表研究對象的關(guān)注度和重要性，是與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的樞紐。從圖1可以看出，湯可、周慶、李玲和劉暢是核心節(jié)點(diǎn)，表明他們在這一領(lǐng)域做出了較大貢獻(xiàn)。其中，湯可的研究方向?yàn)閷㈩^顱與虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合建立三維解剖模型[1-3]；周青的研究方向?yàn)樯窠?jīng)解剖學(xué)，三維模型能為手術(shù)提供更多的指導(dǎo)[4-8]；李玲的研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全[9-10]；劉暢的研究方向是利用虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)鏡模擬器提高胃鏡初學(xué)者的食管進(jìn)鏡能力[11-12]。另外，圖中各節(jié)點(diǎn)之間連接緊密，作者緊密合作，組成了以劉暢、李玲和唐科為主要成員的幾個(gè)團(tuán)隊(duì)。

圖1 作者合作網(wǎng)絡(luò)可視化圖Fig.1 Visualization of author collaborative network

2.2 機(jī)構(gòu)圖譜分析

研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)分析可以反映某一研究領(lǐng)域的核心機(jī)構(gòu)及其合作強(qiáng)度，利用 CiteSpace 軟件生成研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜[13]，如圖2所示。有節(jié)點(diǎn) 495 個(gè)，連線 135條，網(wǎng)絡(luò)密度為 0. 001 1。探索研究機(jī)構(gòu)研究方向可以發(fā)現(xiàn)這些機(jī)構(gòu)最近關(guān)注的熱點(diǎn)。由圖2得出，南京醫(yī)科大學(xué)生理學(xué)系、海軍軍醫(yī)大學(xué)航海醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是該領(lǐng)域的核心機(jī)構(gòu)，它們主要的研究方向?yàn)槿梭w機(jī)能和機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)，分布較為集中，連線較多，由此可以得出這些機(jī)構(gòu)聯(lián)系甚密。人們更注重團(tuán)隊(duì)合作，通過團(tuán)隊(duì)力量可以取得更大的成果，促進(jìn)該領(lǐng)域繁榮發(fā)展。

圖2 研究機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 Network of research institutions

2.3 研究前沿分析

2.3.1 關(guān)鍵詞圖譜分析

篩選1995-2020年發(fā)表的文章，將2 448篇文獻(xiàn)導(dǎo)入CiteSpace軟件，利用軟件得到關(guān)鍵詞分析可視化結(jié)果圖和關(guān)鍵詞熱點(diǎn)表，即圖3和表1。結(jié)果顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、虛擬仿真、腦卒中、教學(xué)改革出現(xiàn)頻率較高。1995-1996年處于起步階段，此階段主要研究的是虛擬仿真、教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該階段出現(xiàn)頻率最高的關(guān)鍵詞，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，學(xué)生獲得知識(shí)的途徑呈現(xiàn)出多樣化特征。互聯(lián)網(wǎng)5G技術(shù)的普及推動(dòng)了大學(xué)教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法的巨大變化，這要求教育者開放思想，抓住機(jī)遇，科學(xué)使用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)并采用新的基于信息教學(xué)方法來豐富教學(xué)內(nèi)容。1997-2012年處于發(fā)展階段，此階段主要研究的是虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、腦卒中、康復(fù)、教學(xué)、醫(yī)學(xué)教育、應(yīng)用、醫(yī)學(xué)、三維重建、三維，其中虛擬現(xiàn)實(shí)是該階段出現(xiàn)頻率最高的關(guān)鍵詞。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理速度、網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快速提高，由此出現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的重要發(fā)展方向，其結(jié)合了系統(tǒng)仿真、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、大數(shù)據(jù)分析和處理、傳感和網(wǎng)絡(luò)信息等尖端技術(shù)，形成了一個(gè)逼真的三維環(huán)境，以便人們在虛擬系統(tǒng)中完成體驗(yàn)和交互。2013-2020年處于成熟階段，主要研究的是康復(fù)訓(xùn)練，其利用VR技術(shù)使認(rèn)知障礙患者進(jìn)入計(jì)算機(jī)營造的虛擬環(huán)境中，有身臨其境的感覺，對虛擬場景中的對象進(jìn)行操作并得到感官反饋，促進(jìn)中樞再學(xué)習(xí)。隨著VR技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)軟件和硬件的改進(jìn)，VR技術(shù)越來越多地用于中風(fēng)后認(rèn)知功能障礙的康復(fù)訓(xùn)練中。

圖3 關(guān)鍵詞圖譜Fig.3 Keywords graph

表1 關(guān)鍵詞頻率排序表Tab.1 Rank list of keywords frequency

2.3.2 關(guān)鍵詞聚類分析

采用對數(shù)似然率(LLR)算法對關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類，聚類名稱以LLR算法中值最高的特征詞命名，聚類結(jié)果如圖4所示。由圖4可得9個(gè)聚類，將它們分為醫(yī)學(xué)教育和動(dòng)作捕捉兩大類。醫(yī)學(xué)教育要求學(xué)生不僅要有相應(yīng)的醫(yī)學(xué)知識(shí)，還要具備實(shí)踐能力，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可使學(xué)生更好地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，該部分包括#1康復(fù)、#2實(shí)驗(yàn)教學(xué)、#4虛擬仿真、#6教育、#7泌尿外科。運(yùn)動(dòng)捕捉可以通過Kinect深度攝像頭捕獲并識(shí)別人體關(guān)節(jié)和動(dòng)作，利用游戲方式替代傳統(tǒng)訓(xùn)練模型，設(shè)計(jì)出一種滿足患者康復(fù)訓(xùn)練需求的康復(fù)互動(dòng)系統(tǒng)。這部分內(nèi)容包括#0虛擬現(xiàn)實(shí)、#3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、#5數(shù)字化和#8數(shù)據(jù)手套。

圖4 關(guān)鍵詞聚類圖Fig.4 Keywords cluster diagram

2.3.3 關(guān)鍵詞突現(xiàn)性分析

一門學(xué)科研究前沿主要討論新興理論趨勢和新興課題。采用 Kleinberg算法，從文獻(xiàn)題目、摘要、作者及關(guān)鍵詞頻率中提煉突變詞，通過詞頻變化來確定虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的研究前沿和發(fā)展趨勢，得到關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖，如圖5所示。未來，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和康復(fù)治療將成為該領(lǐng)域研究重點(diǎn)。

圖5 關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖Fig.5 Keywords emergent graph

3 總結(jié)

利用CiteSpace軟件對虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，研究了以下幾方面：從作者圖譜獲得該領(lǐng)域主要作者湯可、周青、李玲、劉暢和他們的主攻目標(biāo)。從機(jī)構(gòu)圖譜得到南京醫(yī)科大學(xué)生理學(xué)系、海軍軍醫(yī)大學(xué)航海醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是該領(lǐng)域的核心機(jī)構(gòu)，且這些機(jī)構(gòu)之間聯(lián)系緊密。從關(guān)鍵詞圖譜得到虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、虛擬仿真、腦卒中、教學(xué)改革是頻率較高的關(guān)鍵詞，也是研究熱點(diǎn)，說明虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用非常廣泛。將關(guān)鍵詞分為兩大類，分別是醫(yī)學(xué)教育和動(dòng)作捕捉，從關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖上得出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和康復(fù)治療將是未來主要發(fā)展趨勢。今后應(yīng)著重關(guān)注增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和康復(fù)治療兩方面，抓住機(jī)會(huì)，迎接未來。