全球磁共振成像基础研究现状及启示.pdf
《全球磁共振成像基础研究现状及启示.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《全球磁共振成像基础研究现状及启示.pdf(12页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 518 页 第 45 卷2023 年 8 月Vol.45Aug.2023世界科技研究与发展 WORLD SCI-TECH R&DNo.4pp.518-529第 4 期518-529 页全球磁共振成像基础研究现状及启示*蒿巧利*,1,2 王亮伟3 赵晏强1,2 李印结1 仇华炳1(1.中国科学院武汉文献情报中心,武汉430071;2.科技大数据湖北省重点实验室,武汉430071;3.中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,武汉430071)摘 要:强化基础研究提升源头创新能力是党中央做出的重大战略决策。研究全球磁共振成像基础研究的现状,将有助于我国突破高端装备卡脖子的技术难题。鉴于工程技术论
2、文是磁共振成像基础研究的主要成果形式,本文利用 CiteSpace 软件对由 Web of Science 数据库中工程和仪器仪表两个学科分类下的 17110 篇论文进行知识挖掘和可视化展示,并结合专家智慧分析磁共振成像基础研究的研究热度变化、重点研究主题、热门技术领域和前沿技术方向。最终,从全球磁共振基础研究的现状和趋势出发,提出我国发展磁共振高端装备的三点建议:重视机遇研判和顶层规划,加强政府主导下的协同创新体系;聚焦基础研究和共性技术,强化重点产品研发和重大疾病保障;瞄准精准医疗和智能医疗,加快抢占科技和产业制高点。关键词:磁共振成像;基础研究;CiteSpace;前沿热点;建议DOI:
3、10.16507 j.issn.1006-6055.2023.05.004Current Situation and Enlightens of Basic Research of Global Magnetic Resonance Imaging*HAO Qiaoli*,1,2 WANG Liangwei3 ZHAO Yanqiang1,2 LI Yinjie1 QIU Huabing1(1.WuhanLibrary,ChineseAcademyofSciences,Wuhan430071,China;2.HubeiKeyLaboratoryofBigDatainScienceandTech
4、nology,Wuhan430071,China;3.StateKeyLaboratoryofMagneticResonanceandAtomicandMolecularPhysics,InnovationAcademyforPrecisionMeasurementScienceandTechnology,ChineseAcademyofSciences,Wuhan430071,China)Abstract:Strengtheningbasicresearchtoenhancetheabilityofsourceinnovationisamajorstrategicdecisionmadeby
5、the Party Central Committee.Studying the status quo of global basic research on magnetic resonance imaging will helpourcountrytobreakthroughthetechnicalproblemofhigh-endequipmentstuckintheneck.Engineeringtechnicalpapersarethemainformofachievementinbasicresearch.Papersinengineeringandinstrumentationd
6、isciplinesaremeasuredandvisualizedusingCiteSpace,toinvestigatechangesinresearchinterest,keyresearchtopics,hottechnicalareas,andcutting-edge technology directions for basic research on magnetic resonance imaging.Finally,three suggestions are put*中国科学院磁共振技术联盟调研项目“关于磁共振仪器国产化现状及调研的挑战”(S20Y110204),中国科学院文
7、献情报中心青年人才前沿项目“磁共振成像创新链上的重大关键技术识别及其竞争力研究”(E0KZ301),中国科学院文献情报能力建设专项“研究所科研知识服务及领域专题情报网络建设”(Y9KZ411003)*E-mail:haoql ;Tel:027-87197630第 519 页基础研究2023 年 8 月世界科技研究与发展磁共振成像具有无辐射损伤、软组织分辨能力高、成像参数多、对比度高、图像信息丰富等优点,在临床医学上几乎可以用来评估所有主要器官的疾病1,2,与 X 光、超声、CT 齐名,是现代医疗体系中不可或缺的诊断手段。高场、超高场磁共振成像仪还广泛应用于神经科学、脑科学和肿瘤学等生命科学的基
8、础研究,是开展科技创新的重要物质前提。但是由于高场强磁体、先进探头 低温线圈技术、极化增强技术、成像仪临床应用等核心技术长期被国外垄断,国产化研制困难重重,磁共振成像成为典型的“卡脖子”领域,是我国医疗领域“看病难、看病贵”的重要推手,严重威胁着国民健康发展大局。我国磁共振成像设备的人均数量不及美国等发达国家的五分之一3,国内磁共振成像检查费用接近超声检查的 6 倍。国内主流产品 1.5T 机中有半数以上来自通用电子、飞利浦、西门子等国外企业,3.0T 及以上高场机几乎全由国际巨头垄断4。另外,核心技术研发能力不足将反过来阻碍进一步的科技创新。2018 年北京大学与国际核磁仪器巨头布鲁克“闹掰
9、”,进而引起全国高场磁共振谱仪科研用户从多年隐忍到群起维权,发生科学仪器领域的“中兴事件”,反映出我国苦磁共振仪器垄断久矣。“卡脖子”难题的背后是基础研究能力的不足。党的十九大报告明确指出要“加强基础研究”,科技部也提出要把基础研究摆在整个国家科技工作的更加重要的位置。因此,准确把握磁共振成像基础研究特别是在磁共振成像领域起到技术支撑作用、位于研究链条前端的应用基础研究的现状,对于我国破解磁共振高端(医疗和科研)装备卡脖子难题具有重要的现实意义。磁共振成像仪的创新发展一直是学科专家的关注焦点。中国科学院精密测量院叶朝辉院士指出,未来要在临床需求的驱动下,在数理、科学、化学、生物工程、技术、信息
10、科学等多科学技术的支撑下,发展全域、高分辨、多模态协同融合、跨尺度信息融合、智能化数字化的生物医学影像,其中发展超极化 129Xe 气体磁共振肺部快速成像技术是我国发展生物医学影像的主要着力点之一。北京大学磁共振成像研究中心主任高家红教授等5指出,近年来磁共振仪器朝着超高超快超灵敏方向快速发展,超高场系统、临床超极化系统、磁共振成像大数据与人工智能、磁共振导航与诊断治疗一体化等是重点研究方向。华中科技大学生物影像学专家骆清铭等6指出,我国正积极推动磁共振成像朝着数字诊疗装备发展,并推动磁共振成像与精准医学、纳米科技融合发展。此外,融合计算机技术与统计学方法的文献计量法,作为一种可以客观揭示某一
11、领域研究热点和发展趋势的研究方法,曾被用于研究磁共振成像的分支领域,比如监测干细胞移植7、肝细胞癌成像8、精神分裂症成像9、人工智能技术增强大脑成像10、针灸成像11等。本研究尝试将文献计量法的客观分析和专家的学科全局视角相结合。从论文这一基础forwardtoempowertheinnovationanddevelopmentofmagneticresonanceinourcountry,includingthatpayattentiontoopportunityresearchandtop-levelplanning,strengtheningthecollaborativeinnovat
12、ionsystemundertheleadershipofthegovernment;focusingonbasicresearchandcommontechnologies,andstrengthenkeyproductresearchanddevelopmentandinsuranceformajordiseases;aimatprecisionmedicineandintelligentmedicine,andspeeduptoseizethecommandingheightsoftechnologyandindustry,basedonthecurrentstatusandtrends
13、oftheglobalbasicresearchonmagneticresonanceapplications.Keywords:MagneticResonanceImaging;BasicResearch;CiteSpace;FrontierHotspots;Suggestions第 520 页基础研究2023 年 8 月世界科技研究与发展研究常见的成果形式出发,逐步深入挖掘,试图从研究热度、重点主题、热门技术和前沿方向等四个维度反映磁共振成像基础研究的现状,以服务我国磁共振成像创新发展大局。1 数据与方法1.1 数据获取科技论文作为科技信息传递、存储的重要载体,是基础研究的主要成果形式。不
14、过,就磁共振成像而言,相关科技论文与基础研究成果之间的映射关系却有待商榷。磁共振成像技术作为医用、科研用设备技术,通常用临床应用的医药卫生类论文反映技术临床贡献度,用生命科学研究的神经科学、精神病学、肿瘤学类论文反映技术科研贡献度,这些论文从磁共振成像本身来看均属于非基础研究。而工程技术类论文主要介绍在磁共振成像领域起到技术支撑作用、位于研究链条前端的应用基础研究,这才是反映技术原研创造力12的主要成果形式。WebofScience 核心合集是获取全球学术信息的重要数据库,它收录了全球 12400 多种权威的高影响力学术期刊,为重要的学术分析与评价工具。在 WebofScience 核心合集中
15、,选定工程和仪器仪表两个学科,利用检索式 TS=(Magnet*-Resonan*-Imag*ORMR-imag*ORMRIORNMR-Imag*OR(Magnet*-Resonan*ORMRORNMR)NEARImag*)NOT(micro-vision-sens*ORvisual-comparisonORmannose-receptorORmagnetorheological),于 2021 年 2 月 3 日 检 索 到17110 篇以“磁共振成像”为主题的“Article”类型文献,手动删除 161 篇杂质文献后获得有效文献记录 16949 篇,通过抽样检查反复确认整体数据的可靠性后,
16、作为本研究数据集。需要特别说明的是,虽然磁共振成像领域的基础研究并不完全集中于工程和仪器仪表两个学科,但是经过人工判读和专家咨询,确认工程和仪器仪表两个学科具有一定的代表性,并且相关研究大部属于磁共振成像领域的基础研究。加之,“Article”论文工作完整性强、注重同行评审、论文质量稳定、收录数量较大,可一定程度上刻画磁共振成像基础研究的过去和现在,并可辅助专家预测未来的发展方向,具有一定的研究价值。1.2 研究方法本研究利用陈超美教授开发的 CiteSpace(5.5.R2)软件进行知识挖掘和可视化,主要包括:1)基于年度发文数量绘制年度发文趋势;2)开展关键词共现分析,通过词频分析法和社会
17、网络法确定热点主题和核心主题;3)采用对数似然率(loglikelihoodratio,LLR)算法抽取热门技术领域,并综合专家智力和重点词汇对热门技术领域进行解读;4)开展关键词前沿时序分析,借助关键词的演变探究磁共振成像基础研究的发展历程及前沿方向。2 结果和讨论2.1 研究热度变化年度发文量的变化可在一定程度上反映某一领域的发展历程和趋势。首先,将磁共振成像基础研究论文的发表年份进行统计,制作年度发表论文数量柱状图(图 1)。同时,考虑到磁共振成像系统作为尖端制造的代表,其基础研究涉及物理、化学、数学、生物、医学、材料、控制、电信、计算机等多学科交叉和协同发展,故此也将论文的所属学科进行
18、统计(图 2),以窥磁共振成像基础研究的大概学科发展环境:从图 2 来看,磁共振成像的基础研究固然离不开工程学、医学、生物学和影第 521 页基础研究2023 年 8 月世界科技研究与发展像学的发展,但是计算机科学、电子电气学、物理学、化学、材料学和数学等基础学科的协同发展同样至关重要。图 1 显示磁共振成像基础研究的发展可大致分为三个阶段。起步期(1990 年前):首篇文献发表于 1976 年,1990 年前整体发文量较少。巩固发展期(19912003 年):1991 年起年度发文量明显增加,到 1998 年年度发文量增至 296 篇,之后年度发文量逐年减少,2003 年减少至 99 篇。这
19、主要是因为进入 20 世纪 90 年代后机电产业的迅速发展推动了磁共振研究的快速发展。从图 3 可以看出,电子电气学、计算机科学自 20 世纪 90 年代起便为相关领域的发展注入源源不断的活力。然而 20 世纪末,随着永磁型磁共振被限制在 1T以下难以突破,相关研究又逐步放缓。快速发展期(2004至今):2004 年起年度发文量快速增加,2012 年起增长速度进一步加快,2020 年增加至 1553 篇。21 世纪初超导型磁共振从实验阶段走向临床阶段,直至发展为“永磁淡出主流市场、超导全面替代”的新格局,是推动相关研究快速发展的重要原因。总体而言,进入 21 世纪后磁共振物理学快速发展;近十年
20、来磁性纳米颗粒和人工智能等技术的发展成为推动相关领域快速发展的主要因素;包括人工智能在内的计算机科学、包括纳米材料与纳米技术在内的材料学、以及电子电气学的快速发展是近十年磁共振成像基础研究发展的重要引擎;特别地,电子电气学和计算机科学近五年的发文数量迅速增长。图 2 主要学科分布Fig.2 DistributionofMajorSubjectCategories图 1 年发文量Fig.1 PublishedItemsinEachYear整体而言,磁共振成像基础研究的年度发文量虽然有过短暂下降,但整体呈现上升趋势,近五年论文增长速度进一步加快,反映出其长期受到高度关注且近年研究热度进一步加大的事
21、实。第 522 页基础研究2023 年 8 月世界科技研究与发展图 3 主要基础学科的年发文量Fig.3 Numbers of Annual Publications in Major BasicSubjectCategories表 1 关键词的出现频次和中介中心度Tab.1 Frequencies and Intermediate Centralities ofKeywords排序出现频次中介中心度数值关键词数值关键词12293图像分割(imagesegmentation)0.38人脑(humanbrain)2917 脑(brain)0.32 脑电图(eeg)3874 算法(algorith
22、m)0.3体内(invivo)4836图像配准(imageregistration)0.29图像配准(imageregistration)5720 系统(system)0.28 血流量(bloodflow)6657 分类(classification)0.24 运动(motion)7633在体(invivo)0.24造影剂(contrastagent)8566功能性磁共振成像(fmri)0.24 定量(quantitation)9401癌症(cancer)0.23图像分割(imagesegmentation)10393 组织(tissue)0.23 系统(system)11389 模拟(sim
23、ulation)0.23 形变(deformation)12387 治疗(therapy)0.23 标记(marker)13385纳米粒子(nanoparticle)0.22刺激(stimulation)14367 追踪(tracking)0.22 头(head)15363 量化(quantification)0.22 速度(velocity)16358 CT(ct)0.21神经网络(neuralnetwork)17357运动(motion)0.21图像处理(imageprocessing)18350 优化(optimization)0.2CT(ct)19332 验证(validation)0
24、.2伪影(artifact)20325 血流量(bloodflow)0.19 定位(localization)2.2 重点研究主题关键词是文献内容的高度凝练和准确概括,其共现分析和可视化有助于发现领域研究热点主题和核心主题。利用 CiteSpace 生成 Top50 关键词的共现网络图谱,文献时间跨度 19762021年,时间切片 2 年,节点标签出现阈值为 100,节点()越大表示关键词出现频次越高,连线越粗表示关键词共现强度越大(图 4)。关键词的出现频次和中介中心性数据联合如表 1 所示。从出现频次来看,图像分割、脑、算法、图像配准、系统、图像分类、在体、功能磁共振成像等关键词出现频次较
25、高,意味着这些主题受关注度较高,为热点主题。从共现关系来看,人脑、脑电图、在体、图像配准、血液流动、运动、对比剂、定量等关键词中介中心性较大,意味着这些主题对网络中其它主题的影响较为显著,为核心主题。这些重要的研究主题全部来自磁共振成像基础研究的关键科学问题:(1)快速成像技术:包括致力于缩短图像重建时间和复杂度的图像重建算法,能够突破低维数据先验信息依赖的新的数学原理和算法,以及心脏、骨骼、肌肉等运动器官和流动血液的动态快速成像技术;(2)认知神经科学与脑部重大疾病相关问题:包括利用功能磁共振成像寻找功能性神经病变的病灶或研究脑区之间的功能连接,以及将其与脑电记录相结合发展脑机接口;(3)定
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 全球 磁共振 成像 基础 研究 现状 启示
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。