基于CiteSpace的國內(nèi)虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學應(yīng)用方面的研究熱點及趨勢

岳 新，關(guān)然麗，王金環(huán)

(1.黑龍江科技大學 計算機與信息工程學院，哈爾濱 150022； 2.黑龍江中醫(yī)藥大學 第一臨床醫(yī)學院，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識新冠病毒分子機制，從而為人類對抗新冠病毒提供幫助。VR在醫(yī)學方面的主要應(yīng)用：手術(shù)培訓：外科醫(yī)生可以在VR中反復(fù)練習手術(shù)流程，獲得更多經(jīng)驗。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可以讓患者在家進行訓練，并在運動范圍內(nèi)收集數(shù)據(jù)，以引導(dǎo)患者進行最有益的訓練。VR技術(shù)在醫(yī)學方面的應(yīng)用凸顯了其重要性，繼續(xù)深入探究虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學中的應(yīng)用具有良好前景。數(shù)據(jù)來源于CNKI并以“虛擬現(xiàn)實和醫(yī)學應(yīng)用”為主題進行分析，繪制關(guān)于虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學方面的研究知識圖譜，以準確、形象的圖像，顯示國內(nèi)虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學應(yīng)用方面的研究熱點及趨勢。

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)實在醫(yī)學應(yīng)用方面的文獻，從作者、機構(gòu)、突變性、關(guān)鍵詞、時間和關(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”或“虛擬仿真”，文獻分類選擇醫(yī)藥衛(wèi)生科技，檢索時間跨度為1995-2020年，共獲得2 509篇文獻，通過手工篩選，將沒有作者姓名、會議等不相干文獻排除，共得到2 448篇文獻，檢索時間為2020年11月26日，通過CiteSpace軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 國內(nèi)虛擬現(xiàn)實醫(yī)學應(yīng)用知識圖譜分析

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)域中的真實影響力。圖中節(jié)點大小由共現(xiàn)頻率確定，具有高集中度或密度的節(jié)點是核心節(jié)點，代表研究對象的關(guān)注度和重要性，是與其他節(jié)點進行通信的樞紐。從圖1可以看出，湯可、周慶、李玲和劉暢是核心節(jié)點，表明他們在這一領(lǐng)域做出了較大貢獻。其中，湯可的研究方向為將頭顱與虛擬現(xiàn)實相結(jié)合建立三維解剖模型[1-3]；周青的研究方向為神經(jīng)解剖學，三維模型能為手術(shù)提供更多的指導(dǎo)[4-8]；李玲的研究方向為實驗教學，加強實驗室安全[9-10]；劉暢的研究方向是利用虛擬現(xiàn)實內(nèi)鏡模擬器提高胃鏡初學者的食管進鏡能力[11-12]。另外，圖中各節(jié)點之間連接緊密，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團隊。

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

2.2 機構(gòu)圖譜分析

研究機構(gòu)共現(xiàn)分析可以反映某一研究領(lǐng)域的核心機構(gòu)及其合作強度，利用 CiteSpace 軟件生成研究機構(gòu)共現(xiàn)圖譜[13]，如圖2所示。有節(jié)點 495 個，連線 135條，網(wǎng)絡(luò)密度為 0. 001 1。探索研究機構(gòu)研究方向可以發(fā)現(xiàn)這些機構(gòu)最近關(guān)注的熱點。由圖2得出，南京醫(yī)科大學生理學系、海軍軍醫(yī)大學航海醫(yī)學實驗教學中心是該領(lǐng)域的核心機構(gòu)，它們主要的研究方向為人體機能和機能學實驗，分布較為集中，連線較多，由此可以得出這些機構(gòu)聯(lián)系甚密。人們更注重團隊合作，通過團隊力量可以取得更大的成果，促進該領(lǐng)域繁榮發(fā)展。

圖2 研究機構(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)鍵詞熱點表，即圖3和表1。結(jié)果顯示，虛擬現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、實驗教學、虛擬仿真、腦卒中、教學改革出現(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、教學改革、實驗教學。實驗教學是該階段出現(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，學生獲得知識的途徑呈現(xiàn)出多樣化特征?；ヂ?lián)網(wǎng)5G技術(shù)的普及推動了大學教學方法和學習方法的巨大變化，這要求教育者開放思想，抓住機遇，科學使用互聯(lián)網(wǎng)平臺并采用新的基于信息教學方法來豐富教學內(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、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、腦卒中、康復(fù)、教學、醫(yī)學教育、應(yīng)用、醫(yī)學、三維重建、三維，其中虛擬現(xiàn)實是該階段出現(xiàn)頻率最高的關(guān)鍵詞。計算機數(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)實技術(shù)，它是計算機仿真技術(shù)的重要發(fā)展方向，其結(jié)合了系統(tǒng)仿真、計算機圖形學、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)，形成了一個逼真的三維環(huán)境，以便人們在虛擬系統(tǒng)中完成體驗和交互。2013-2020年處于成熟階段，主要研究的是康復(fù)訓練，其利用VR技術(shù)使認知障礙患者進入計算機營造的虛擬環(huán)境中，有身臨其境的感覺，對虛擬場景中的對象進行操作并得到感官反饋，促進中樞再學習。隨著VR技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)軟件和硬件的改進，VR技術(shù)越來越多地用于中風后認知功能障礙的康復(fù)訓練中。

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個聚類，將它們分為醫(yī)學教育和動作捕捉兩大類。醫(yī)學教育要求學生不僅要有相應(yīng)的醫(yī)學知識，還要具備實踐能力，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可使學生更好地應(yīng)用所學知識，該部分包括#1康復(fù)、#2實驗教學、#4虛擬仿真、#6教育、#7泌尿外科。運動捕捉可以通過Kinect深度攝像頭捕獲并識別人體關(guān)節(jié)和動作，利用游戲方式替代傳統(tǒng)訓練模型，設(shè)計出一種滿足患者康復(fù)訓練需求的康復(fù)互動系統(tǒng)。這部分內(nèi)容包括#0虛擬現(xiàn)實、#3虛擬現(xiàn)實技術(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)實在醫(yī)學應(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，增強現(xiàn)實和康復(fù)治療將成為該領(lǐng)域研究重點。

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)實在醫(yī)學方面應(yīng)用的相關(guān)文獻進行可視化分析，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。從機構(gòu)圖譜得到南京醫(yī)科大學生理學系、海軍軍醫(yī)大學航海醫(yī)學實驗教學中心是該領(lǐng)域的核心機構(gòu)，且這些機構(gòu)之間聯(lián)系緊密。從關(guān)鍵詞圖譜得到虛擬現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、實驗教學、虛擬仿真、腦卒中、教學改革是頻率較高的關(guān)鍵詞，也是研究熱點，說明虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學方面應(yīng)用非常廣泛。將關(guān)鍵詞分為兩大類，分別是醫(yī)學教育和動作捕捉，從關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖上得出增強現(xiàn)實和康復(fù)治療將是未來主要發(fā)展趨勢。今后應(yīng)著重關(guān)注增強現(xiàn)實和康復(fù)治療兩方面，抓住機會，迎接未來。