基于CiteSpace 軟件的呼吸機技術熱點研究

彭睿，何肖，侯辰韋

四川大學華西第二醫院 （四川成都 610041）

呼吸機作為一種能夠代替人體自主通氣的重要手段，具有改善呼吸功能、減少呼吸消耗、增加肺通氣量、節約心臟儲能等作用，在呼吸科、ICU、麻醉科等急救或生命支持類科室得到了廣泛的應用，特別是自新型冠狀病毒肺炎疫情暴發以來，呼吸機在患者的救治中起到了非常重要的作用。通過對國內有關呼吸機研究的文獻進行檢索分析，發現多數文獻涉及的是呼吸機相關性疾病的研究，對于呼吸機技術本身的研究文獻較少，其中涉及呼吸機技術的綜述也主要是闡述呼吸機的種類、發展或臨床應用等[1-2]。基于此，本研究利用基于CiteSpace 軟件可視化分析的方法，從文獻計量學角度，定量分析呼吸機技術近10年的研究熱點和趨勢，為相關研究者提供參考及建議。

1 數據與方法

1.1 數據來源與檢索策略

中文文獻研究數據以中國期刊全文數據庫CNKI為檢索來源；檢索策略為以呼吸機為主題，詞頻并含技術或工程；檢索時間范圍為2011—2020年；排除會議、報告，同時手動排除了以疾病為研究對象的文獻，得到文獻共計217篇。英文文獻研究數據以Web of Science（WOS）數據庫為檢索來源；檢索策略為以ventilator 為主題，進行初次檢索，文獻類型選擇article，然后從研究方向進行精煉，選取研究方向分別為工程、科學技術、計算機科學、材料科學、生物醫學、力學、數學、儀器儀表、光學等工程技術領域；檢索時間范圍同上；得到文獻共計960篇。

1.2 研究方法

利用CiteSpace5.1.R3 SE軟件對呼吸機技術的研究熱點和趨勢進行可視化分析，其中，CiteSpace軟件是由美國德雷塞爾大學陳超美教授等在科學計量學、數據和信息可視化的背景下，開發的一款分析科學文獻中蘊藏潛在知識的軟件，其可動態、分時、多元地將一個領域的發展現狀、研究熱點及趨勢等集中顯示在一個網絡圖譜上，立體地展現該領域所包含的全景信息，研究者可借此有效地把握研究的熱點前沿等。

2 結果

關鍵詞可反映文章的大意，而關鍵詞的高頻共現可反映該領域的研究熱點。

2.1 中文文獻

圖1是由CiteSpace軟件生成的中文文獻關鍵詞網絡共現圖譜。由圖可知，“ 呼吸機”“ 傳感器”“ 質量控制”“ 故障處理”“ 醫療器械”“家用呼吸機”“無創呼吸機”均是頻次及中心度較高的關鍵詞。結合文獻分析，中文文獻對呼吸機技術的研究主要集中在設備維修技術[3-4]或質量控制技術[5-6]，其中又以研究呼吸機傳感器維修技術或傳感器控制檢測技術居多[7-8]。對于家用呼吸機技術的研究，主要是關于用戶體驗、個性化定制等情感化設計技術的研究[9-10]。本次檢索的文獻中，也有少部分文獻是對呼吸機改進型技術或創新性技術的研究，如一種呼吸機用氧氣自動切換裝置的研究，證實其可減輕醫護人員的工作量，更好地實施搶救[11]；一種基于μC/OS的呼吸機軟件關鍵技術研究與系統設計，證實其可提高呼吸狀態判斷的準確性，并在基于流量的圖形觸發撤換方法的基礎上設計了觸發誤判識別器，有效區分了因咳嗽、吞咽、抽泣等特殊行為引起的氣流流量變化，避免了錯誤的通氣壓力切換[12]。此外，圖譜中也出現了“物聯網”“數據挖掘”等低頻次關鍵詞，這些關鍵詞與目前新興的技術存在密切聯系。上述物聯網技術及數據挖掘技術也被運用到了醫療設備的維修或質量控制中，如通過物聯網技術設計的呼吸機質量控制數據信息系統，其可對檢測的呼吸機通氣參數進行實時采集分析，且利用該系統可實現對呼吸機質量控制數據的實時采集、分析及檢索，采集的質量控制數據準確無誤，節約了50%的時間和人力成本，提升了檢測效率[13]；利用數據挖掘技術，通過挖掘故障模式與故障因素的潛在關系，設備故障模式得到較好的識別[14]。

圖1 中文文獻呼吸機技術研究的關鍵詞網絡共現圖譜

2.2 英文文獻

圖2是由CiteSpace軟件生成的英文文獻關鍵詞網絡共現圖譜。由圖可知，“ventilation（呼吸機）”“performance（性能）”“model（模式）”“system（系統）”“management（管理）”“risk factor（風險因素）”均是頻次及中心度較高的關鍵詞。結合文獻分析，英文文獻對呼吸機技術的研究主要集中在呼吸機性能或系統的提升、模式的改善以及用技術手段實現風險控制和管理方面，如通過利用神經網絡的深度學習，解決患者呼吸機不同步的問題[15]；通過建立一種超低潮氣量通氣模型，可減輕機械通氣相關肺損傷[16]；通過利用機器學習進行生理數據收集分析，以確定呼吸機是否提供了潛在的有害治療，以及是否存在如急性呼吸窘迫綜合征等致命的呼吸系統疾病，旨在用于風險防控[17]；通過對家用呼吸機的故障模式、影響和嚴重性進行分析，加強了對家用呼吸機的管理，降低了潛在的使用風險[18]；在呼吸機作用下，通過建立一個最小的數學模型，以流量、壓力和體積表示呼吸系統及心血管系統的力學及其相互作用，旨在探究呼吸機對呼吸系統和心血管系統的影響，以進一步對呼吸機的安全性進行改進[19]。

圖2 英文文獻呼吸機技術研究的關鍵詞網絡共現圖譜

3 討論

本研究通過利用CiteSpace 軟件的信息可視化分析功能對2011—2020年呼吸機技術的研究熱點和趨勢進行了分析，結果發現，中文文獻對呼吸機技術的研究以設備維修或質量控制為主，其中不乏將新理念、新技術應用到日常維修或質量控制中的研究。隨著新型冠狀病毒肺炎的暴發，對疫情期間購置的大量呼吸機的維修或質量控制面臨著極大的挑戰，但隨著5G 技術的普及及物聯網技術的發展，可能會給這些問題提供更多的解決方案。就本次檢索的文獻結果而言，相較于對呼吸機維修或質量控制技術的研究，國內對呼吸機技術的創新性研究較少。自國外疫情加重后，由于國內電磁閥、芯片、壓力傳感器等核心呼吸機零部件的來源主要依賴歐美廠家，導致物流受阻，在實際工作中我們深切感受到了部分高端呼吸機出現了供應、售后等方面的問題。因此，對呼吸機核心技術的研究是提升國產呼吸機核心競爭力的前提，是國家醫療衛生安全的保障。相較于中文文獻，英文文獻對呼吸機技術在維修或質量控制方面的研究較少。國際研究主要集中在利用比較前沿的技術對呼吸機性能進行提升、對呼吸機使用風險進行把控等。我們認為上述國際研究對更安全、更先進呼吸機的出現有更好的推動作用。從本研究結果還可以發現，國內、國際均比較關注對家用呼吸機技術的研究。家用呼吸機對呼吸暫停、打鼾、睡眠憋氣、慢性阻塞性肺疾病、肺源性心臟病、支氣管炎、肺氣腫、氣管炎、舌體后綴、呼吸紊亂等病癥可起到較好的輔助治療作用。作為呼吸系統疾病輔助治療的手段，家用呼吸機可在節省家庭開支的同時減輕醫院壓力。隨著我國人口老齡化趨勢的加劇，患有呼吸系統疾病的人數逐年增多，移動方便、使用便捷、智慧智能的家用呼吸機無疑會在未來的家用醫療設備中占據重要的地位。

有研究指出，截至2018年底，我國呼吸機專利申請總量已達2 000多件，僅次于美國，雖然我國對呼吸機的需求量巨大，但申請的專利大部分為實用新型專利和外觀設計專利，新穎性和創造性有待提高[20]，本研究結論也提示國際更注重對核心技術的研究。2017年，科技部印發的《“十三五”醫療器械科技創新專項規劃》提出，應加速醫療器械產業向創新驅動發展的轉型。同時，受新型冠狀病毒肺炎疫情的影響，各大醫院對高端醫療設備的采購流程面臨極大的挑戰，國產替代進口的呼聲越來越高。在此背景下，建議企業、科研單位等利用好目前以國內大循環為主體、國內和國際雙循環相互促進的新發展格局的契機，加大對呼吸機核心技術的研究，提高創新性，加強品牌呼吸機的核心競爭力；同時，繼續推動大數據、物聯網、5G 等新技術與呼吸機技術的結合，加強高新技術企業與醫療機構的技術交流合作，鼓勵醫院工程師走出維修或質量控制的“小圈”，邁向核心技術的“大圈”；對于家用醫療設備，據統計其市場規模從2015年到2018年以每年25%的增長率增長，隨著全球新型冠狀病毒肺炎后疫情時代的到來和我國人口老齡化趨勢的加劇，因疫情患病和患老年性呼吸系統疾病人群的日常治療及護理需求會越來越多，期間，家用呼吸機將大有可為，建議配套相關政策，鼓勵企業、科研單位等加大對家用呼吸機領域的投入。