基于CiteSpace的國內虛擬現實在醫學應用方面的研究熱點及趨勢

岳 新，關然麗，王金環

(1.黑龍江科技大學 計算機與信息工程學院，哈爾濱 150022； 2.黑龍江中醫藥大學 第一臨床醫學院，哈爾濱 150040)

0 引言

借助VR技術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在醫學方面的主要應用：手術培訓：外科醫生可以在VR中反復練習手術流程，獲得更多經驗。疼痛管理：醫生用VR頭顯來幫助病人減輕病痛。理療和復?。篕inect可以讓患者在家進行訓練，并在運動范圍內收集數據，以引導患者進行最有益的訓練。VR技術在醫學方面的應用凸顯了其重要性，繼續深入探究虛擬現實在醫學中的應用具有良好前景。數據來源于CNKI并以“虛擬現實和醫學應用”為主題進行分析，繪制關于虛擬現實在醫學方面的研究知識圖譜，以準確、形象的圖像，顯示國內虛擬現實在醫學應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的信息可視化軟件，利用其分析1995-2020年近25年關于國內虛擬現實在醫學應用方面的文獻，從作者、機構、突變性、關鍵詞、時間和關鍵詞聚類等角度，更加直觀地分析該領域的研究主題和發展趨勢。

1.2 數據來源

數據來自于CNKI數據庫，檢索主題為“虛擬現實”或“虛擬仿真”，文獻分類選擇醫藥衛生科技，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軟件進行數據處理。

2 國內虛擬現實醫學應用知識圖譜分析

2.1 作者圖譜分析

CiteSpace作者共現圖可以反映核心作者在特定領域中的真實影響力。圖中節點大小由共現頻率確定，具有高集中度或密度的節點是核心節點，代表研究對象的關注度和重要性，是與其他節點進行通信的樞紐。從圖1可以看出，湯可、周慶、李玲和劉暢是核心節點，表明他們在這一領域做出了較大貢獻。其中，湯可的研究方向為將頭顱與虛擬現實相結合建立三維解剖模型[1-3]；周青的研究方向為神經解剖學，三維模型能為手術提供更多的指導[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實內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 作者合作網絡可視化圖Fig.1 Visualization of author collaborative network

2.2 機構圖譜分析

研究機構共現分析可以反映某一研究領域的核心機構及其合作強度，利用 CiteSpace 軟件生成研究機構共現圖譜[13]，如圖2所示。有節點 495 個，連線 135條，網絡密度為 0. 001 1。探索研究機構研究方向可以發現這些機構最近關注的熱點。由圖2得出，南京醫科大學生理學系、海軍軍醫大學航海醫學實驗教學中心是該領域的核心機構，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聯系甚密。人們更注重團隊合作，通過團隊力量可以取得更大的成果，促進該領域繁榮發展。

圖2 研究機構網絡圖Fig.2 Network of research institutions

2.3 研究前沿分析

2.3.1 關鍵詞圖譜分析

篩選1995-2020年發表的文章，將2 448篇文獻導入CiteSpace軟件，利用軟件得到關鍵詞分析可視化結果圖和關鍵詞熱點表，即圖3和表1。結果顯示，虛擬現實、虛擬現實技術、實驗教學、虛擬仿真、腦卒中、教學改革出現頻率較高。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頻率最高的關鍵詞，隨著網絡技術的飛速發展，學生獲得知識的途徑呈現出多樣化特征?；ヂ摼W5G技術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，科學使用互聯網平臺并采用新的基于信息教學方法來豐富教學內容。1997-2012年處于發展階段，此階段主要研究的是虛擬現實、虛擬現實技術、腦卒中、康復、教學、醫學教育、應用、醫學、三維重建、三維，其中虛擬現實是該階段出現頻率最高的關鍵詞。計算機數據處理速度、網絡傳輸速度快速提高，由此出現了虛擬現實技術，它是計算機仿真技術的重要發展方向，其結合了系統仿真、計算機圖形學、大數據分析和處理、傳感和網絡信息等尖端技術，形成了一個逼真的三維環境，以便人們在虛擬系統中完成體驗和交互。2013-2020年處于成熟階段，主要研究的是康復訓練，其利用VR技術使認知障礙患者進入計算機營造的虛擬環境中，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技術的發展及相關軟件和硬件的改進，VR技術越來越多地用于中風后認知功能障礙的康復訓練中。

圖3 關鍵詞圖譜Fig.3 Keywords graph

表1 關鍵詞頻率排序表Tab.1 Rank list of keywords frequency

2.3.2 關鍵詞聚類分析

采用對數似然率(LLR)算法對關鍵詞進行聚類，聚類名稱以LLR算法中值最高的特征詞命名，聚類結果如圖4所示。由圖4可得9個聚類，將它們分為醫學教育和動作捕捉兩大類。醫學教育要求學生不僅要有相應的醫學知識，還要具備實踐能力，虛擬現實技術可使學生更好地應用所學知識，該部分包括#1康復、#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節和動作，利用游戲方式替代傳統訓練模型，設計出一種滿足患者康復訓練需求的康復互動系統。這部分內容包括#0虛擬現實、#3虛擬現實技術、#5數字化和#8數據手套。

圖4 關鍵詞聚類圖Fig.4 Keywords cluster diagram

2.3.3 關鍵詞突現性分析

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、作者及關鍵詞頻率中提煉突變詞，通過詞頻變化來確定虛擬現實在醫學應用方面的研究前沿和發展趨勢，得到關鍵詞突現圖，如圖5所示。未來，增強現實和康復治療將成為該領域研究重點。

圖5 關鍵詞突現圖Fig.5 Keywords emergent graph

3 總結

利用CiteSpace軟件對虛擬現實在醫學方面應用的相關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域主要作者湯可、周青、李玲、劉暢和他們的主攻目標。從機構圖譜得到南京醫科大學生理學系、海軍軍醫大學航海醫學實驗教學中心是該領域的核心機構，且這些機構之間聯系緊密。從關鍵詞圖譜得到虛擬現實、虛擬現實技術、實驗教學、虛擬仿真、腦卒中、教學改革是頻率較高的關鍵詞，也是研究熱點，說明虛擬現實在醫學方面應用非常廣泛。將關鍵詞分為兩大類，分別是醫學教育和動作捕捉，從關鍵詞突現圖上得出增強現實和康復治療將是未來主要發展趨勢。今后應著重關注增強現實和康復治療兩方面，抓住機會，迎接未來。