人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的可視化分析

籍文雪

(南方醫(yī)科大學(xué)深圳醫(yī)院，廣東 深圳 518100)

0 引言

人工智能作為一門學(xué)科起源于1956年的達(dá)特茅斯夏季會議[1]，經(jīng)過60余年的發(fā)展，業(yè)界對人工智能的認(rèn)知也在不斷變化，但是目前尚缺乏一個(gè)精確的、被普遍接受的定義。在此我們采用NilsJ.Nilsson提出的定義：“人工智能就是一種致力于使機(jī)器能夠智能化運(yùn)作的活動，而智能是一種可以使一個(gè)實(shí)體能在其所處環(huán)境中合理并有遠(yuǎn)見地發(fā)揮其功能的能力”[2]。

人工智能的發(fā)展日新月異，其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，從輔助手術(shù)和護(hù)理的自動化設(shè)備、使用復(fù)雜算法從醫(yī)療大數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息輔助臨床實(shí)踐、患者監(jiān)測和指導(dǎo)到通過從患者大數(shù)據(jù)中提取有用信息實(shí)現(xiàn)健康風(fēng)險(xiǎn)警報(bào)和健康結(jié)果預(yù)測[2-5]。本文以CNKI數(shù)據(jù)庫1998-2018年人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)為研究內(nèi)容，通過可視化分析軟件CiteSpace繪制知識圖譜了解目前研究主題，同時(shí)結(jié)合突變詞檢測和時(shí)區(qū)圖繪制，探究人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的整體進(jìn)展情況。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)來源于CNKI數(shù)據(jù)庫。選擇期刊、碩士及博士數(shù)據(jù)庫為主要檢索源，在高級檢索框中以主題字段檢索人工智能并含“醫(yī)學(xué)”或“醫(yī)療”，時(shí)間范圍為1998年1月1日-2018年4月30日，數(shù)據(jù)獲取時(shí)間為2018年5月26日。經(jīng)過重復(fù)和無效文獻(xiàn)篩選處理共得到484篇文獻(xiàn)。

1.2 數(shù)據(jù)處理工具

本研究主要采用陳超美博士開發(fā)基于JAVA應(yīng)用程序的可視化分析軟件CiteSpace為分析工具，一款基于科學(xué)文獻(xiàn)，可識別某一學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展新趨勢和新動態(tài)的軟件[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文趨勢

發(fā)文數(shù)量反映了一定時(shí)間段科學(xué)研究的絕對產(chǎn)出，是衡量科研活動的一個(gè)重要指標(biāo)。由圖1可知，人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)文數(shù)量雖時(shí)有起伏但總體呈上升趨勢，說明該領(lǐng)域一直受到學(xué)者的關(guān)注，直到2015-2017年這一階段發(fā)文量增長迅速，可以看出此領(lǐng)域已成為研究重點(diǎn)，此階段發(fā)文量的增長可能與國家政策相關(guān)，2015年7月，“人工智能”被寫入《國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》，將其列為了互聯(lián)網(wǎng)+戰(zhàn)略的一部分，2016年出臺的《“互聯(lián)網(wǎng)＋”人工智能三年行動實(shí)施方案》、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》和《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，2017年國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能展規(guī)劃的通知》，一系列文件的出臺表明我國對人工智能的重視不斷提高，同時(shí)提出了對醫(yī)療領(lǐng)域人工智能的要求。

圖1 1998-2018年人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域研究論文的數(shù)量

2.2 關(guān)鍵詞熱點(diǎn)分析

關(guān)鍵詞是對文獻(xiàn)主題的高度概括和集中描述，出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞可以用于確定學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。筆者基于1998年到2018年間發(fā)表的論文選取每年出現(xiàn)頻次最高的前50個(gè)關(guān)鍵詞，生成此時(shí)間段人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域研究熱點(diǎn)圖譜（見圖2）。

圖2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)圓圈大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，外周為紫色圈的節(jié)點(diǎn)代表著高中心性，表明此主題為研究領(lǐng)域的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（轉(zhuǎn)折點(diǎn)）；節(jié)點(diǎn)之間的連線表示兩個(gè)關(guān)鍵詞有共現(xiàn)關(guān)系，而連線的粗細(xì)代表共現(xiàn)關(guān)系的強(qiáng)度[7-8]。筆者按照頻次高低截取了前十個(gè)高頻詞，具體如表1所示。

表1 人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域研究熱點(diǎn)

由圖2和表1可知，知識圖譜共生成100條節(jié)點(diǎn)數(shù)量，215條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.05，整體網(wǎng)絡(luò)相對松散，密度不夠高，表明集中的研究主題相對較少。結(jié)合高頻關(guān)鍵詞及節(jié)點(diǎn)圓圈我們可以初步判斷人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的“機(jī)器人”、“專家系統(tǒng)”、人工智能在“醫(yī)學(xué)影像”及“中醫(yī)藥”的應(yīng)用、人工智能算法“語義網(wǎng)絡(luò)”及“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”為研究熱點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合年輪外周顏色，剔除標(biāo)識性不強(qiáng)的“醫(yī)療”及“醫(yī)學(xué)”關(guān)鍵詞，可以看出人工智能在“機(jī)器人”、“醫(yī)療健康”及“中醫(yī)藥”方面的應(yīng)用為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，表明這三個(gè)領(lǐng)域?yàn)楸容^重要的新主題。

2.3 關(guān)鍵詞聚類分析

對關(guān)鍵詞進(jìn)行自然聚類后得到關(guān)鍵詞聚類，同時(shí)選擇含10個(gè)成員以上的聚類，同時(shí)對聚類主題添加標(biāo)簽，得到關(guān)鍵詞聚類圖譜。聚類分析可以更好地展示該學(xué)科的主要研究領(lǐng)域，聚類的區(qū)塊顏色表示該聚類第一次發(fā)生的年份，藍(lán)色的區(qū)塊要比綠色的區(qū)塊早，黃色的區(qū)塊要比綠色的區(qū)塊晚等[8]。如圖3所示。

由圖3可知，共形成了6個(gè)區(qū)塊，即6個(gè)聚類主題。圖中并未出現(xiàn)藍(lán)色區(qū)塊，表明早期的研究并未形成聚類。相對較早的綠色區(qū)塊為“專家系統(tǒng)”，說明人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)方面的應(yīng)用較早形成了聚類；出現(xiàn)較晚的聚類為橙色區(qū)塊的分級診療，表明人工智能在分級診療方面的應(yīng)用近期出現(xiàn)了部分研究，并形成了主題聚類。結(jié)合表2，主要研究領(lǐng)域如下：

圖3 關(guān)鍵詞聚類

（1）機(jī)器人領(lǐng)域：研究內(nèi)容側(cè)重于機(jī)器人在脊柱微創(chuàng)手術(shù)及影像診斷中的應(yīng)用、三叉神經(jīng)痛的治療，同時(shí)探討機(jī)器人在輔助手術(shù)中所起到的護(hù)士助手角色作用。

（2）專家系統(tǒng)領(lǐng)域：研究內(nèi)容側(cè)重于醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，方法的應(yīng)用等方面。

（3）應(yīng)用領(lǐng)域：研究內(nèi)容側(cè)重于人工智能在醫(yī)療診斷、中醫(yī)、病理學(xué)等方面的應(yīng)用，同時(shí)探討人工智能結(jié)合醫(yī)療大數(shù)據(jù)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。

（4）AI領(lǐng)域（方法）：AI即人工智能，此聚類表明人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，特別是深度學(xué)習(xí)也已經(jīng)在醫(yī)療領(lǐng)域開始探討其應(yīng)用。

（5）分級診療領(lǐng)域：研究內(nèi)容側(cè)重于討論人工智能技術(shù)在醫(yī)聯(lián)體分級診療中可能的應(yīng)用及起到的作用。

（6）語義網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域：研究內(nèi)容側(cè)重于醫(yī)學(xué)語言系統(tǒng)的建立及在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.4 研究前沿分析

使用突現(xiàn)主題術(shù)語比使用出現(xiàn)頻次最高的主題詞更適合探測學(xué)科發(fā)展的新興趨勢和突然變化[9]。CiteSpace提供的膨脹詞探測技術(shù)和算法，將其中頻次變化率高的詞，即突現(xiàn)詞，可以揭示學(xué)科領(lǐng)域的研究前沿?；谕滑F(xiàn)詞探測結(jié)合時(shí)區(qū)圖譜分析人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的研究前沿。

表2 聚類主題中的主要術(shù)語

由圖4和圖5可知，“專家系統(tǒng)”從2001年開始到2013年一直是研究前沿的熱點(diǎn)詞匯，我國醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)的開發(fā)研究始于20世紀(jì)80年代初，起步雖較發(fā)達(dá)國家玩，但發(fā)展速度迅猛[10]?！皺C(jī)器人”這一熱點(diǎn)詞匯在2010年到2016年間變化頻率較高，結(jié)合檢索得到的數(shù)據(jù)也可以得出在此時(shí)間段關(guān)于機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用研究成果增長飛速，是此時(shí)間段學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)?！爸嗅t(yī)”和“中醫(yī)藥”我們將其視為一個(gè)研究前沿，說明近年來人工智能在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用探討也悄然升起。另一方面，隨著人工智能技術(shù)的不斷創(chuàng)新，語義網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及機(jī)器學(xué)習(xí)等也成為人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

3 結(jié)論

通過人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用文獻(xiàn)發(fā)文數(shù)量分析及基于CiteSpace可視化知識圖譜的繪制，可以得到以下結(jié)論：

圖4 5個(gè)變化頻率最高的突現(xiàn)詞

圖5 關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖譜

（1）從發(fā)文趨勢來看，結(jié)合目前國內(nèi)人工智能+醫(yī)療大熱的形勢，可以預(yù)測人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域相關(guān)應(yīng)用的研究成果在未來幾年還會有大幅增長。

（2）從研究熱點(diǎn)來看，主要有三個(gè)，一是人工智能機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，主要應(yīng)用在手術(shù)、康復(fù)、護(hù)理、救援與轉(zhuǎn)運(yùn)等方面[11]，其中機(jī)器人在手術(shù)及康復(fù)中的應(yīng)用在國內(nèi)得到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。二是人工智能在醫(yī)療健康方面的應(yīng)用，通過利用人工智能技術(shù)挖掘醫(yī)療大數(shù)據(jù)來輔助診斷和治療，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測和醫(yī)療保健，這在很大程度上拓展了人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，但是數(shù)據(jù)的收集和安全性保障是很大一個(gè)挑戰(zhàn)。三是人工智能在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，近年來國家對于中醫(yī)藥行業(yè)的政策紅利及“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的機(jī)遇[12]，人工智能在中醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用方面的研究成果也逐漸增多，同時(shí)2014年ISO首發(fā)的中醫(yī)藥信息標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布促使在2014年后關(guān)于中醫(yī)藥學(xué)語言系統(tǒng)及語義網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)規(guī)范方面的應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)。

（3)從研究前沿來看，主要有四個(gè)，一是人工智能在醫(yī)療專家系統(tǒng)方面的應(yīng)用，經(jīng)過20多年的發(fā)展，專家系統(tǒng)的應(yīng)用層出不窮，從影像專家系統(tǒng)、骨腫瘤輔助診斷系統(tǒng)、口腔頜面部創(chuàng)傷診治專家系統(tǒng)到康復(fù)訓(xùn)練專家系統(tǒng)及肝癌智能專家系統(tǒng)等等[13-17]。二是人工智能機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。三是人工智能在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。四是人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的程序和算法，如語義網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等，正是這些算法和技術(shù)的不斷成熟推動著人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。