2024临床科研最大热点 - 机器学习;任何疾病都可以做,您可以从这些角度开展自己的研究

学术   2024-12-26 11:51   美国  
让科研和SCI论文成为临床工作的副产品。

关键词机器学习;临床科研;Healsan大数据

导言:
为辅助课题选题及国自然基金撰写,熟悉最新研究热点和进展;尤其是协助找到最新的课题,我们每年都会就最近一年的临床科研的热门靶点进行解析。
本次解读“机器学习”相关的研究大数据分析。
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机器学习(Machine Learning, ML)是一种人工智能(AI)技术,通过从数据中自动学习和改进模型,使计算机能够在没有明确指令的情况下执行复杂任务。其核心是利用算法从数据中提取模式并进行预测或决策,广泛应用于图像识别、自然语言处理、医疗诊断等领域。

自1950年代的感知机(Perceptron)模型提出,1990年代支持向量机(SVM)和随机森林等算法的应用,以及2012年深度学习技术的突破性进展(如AlexNet在图像识别中取得显著成效)。此外,生成式模型(如GANs)和自然语言处理模型(如Transformer)的发展进一步推动了机器学习在多个领域的广泛应用。

2024年,机器学习研究的热点集中在大模型与多模态学习医疗与生物学应用可解释性与公平性以及强化学习等领域。生成式AI模型(如ChatGPT)的优化和多模态模型的开发成为前沿方向,同时,机器学习在药物发现、基因编辑和个性化医疗中的应用显著推动了精准医学的发展。提高模型的透明性和可解释性,以及解决算法偏见问题,成为学术界和工业界的共同关注点。此外,强化学习在自动驾驶和机器人技术中的应用取得突破性进展。
量子机器学习的实验应用、自动化机器学习(AutoML)的广泛使用,以及在气候变化建模和金融风险管理中的创新应用,进一步推动了机器学习向多领域融合和深度发展的新阶段。

1、美国国立卫生研究院基金资助
美国国立卫生研究院(NIH)对机器学习(检索关键词:"machine learning")的资助力度持续增加,总资助金额已达到149亿美元,支持了25,156个项目。早期(1988-2000年),资助规模较小,每年资助项目数多为个位数,资金投入有限。自2010年起,资助项目和金额开始稳步增长,特别是在2020年后迎来了快速上升。2024年,NIH资助了4,324个项目,总金额超过30亿美元,创下历史新高。这些资助涵盖了基础研究和临床应用领域,如利用机器学习技术分析基因组数据、开发精准医疗方案、优化疾病诊断和治疗方法等。
近年来,随着机器学习技术与生物医学的深度融合,NIH的资助重点逐渐向多学科交叉和高效算法开发倾斜。这一趋势反映了机器学习在推动医疗科学创新、提高研究效率和解决复杂生物学问题方面的巨大潜力,同时也显示出美国对这一领域持续深入研究的坚定支持。


(美国国立卫生研究院基金资助的时间分布和项目数量)

2、论文质量和增速
  • 论文数量:截至2024年,共发表了133,116篇相关论文,其中2024年单年发表量达到32,043篇,创历史新高。这表明机器学习在学术研究和实际应用中的重要性日益增加,吸引了大量研究者的关注。

  • 增长趋势:自20世纪60年代以来,机器学习相关论文发表量逐步上升,尤其是2010年后进入爆发式增长阶段。这种趋势与深度学习、大规模计算能力的发展以及多学科交叉研究的推动密切相关。

  • 论文质量:高影响因子(IF)期刊的论文占比显著,其中IF≥20的顶级论文有3,004篇(约2.3%),IF在10-20之间的论文有9,801篇(约7.4%),而IF在8-10之间的论文也达到了7,861篇(约5.9%)

    这些高质量研究成果集中在医学、工程、数据科学等多个领域,展现了机器学习的广泛应用和学术价值。


(研究发表的期刊分布及时间分布)

为了解目前在机器学习领域的研究进展,我们对最近5年发表的论文做了全面解读,以找到这方面的研究热点及哪些期刊喜欢机器学习研究,目前最活跃的研究机构、最有影响力研究人员、最重要的研究论文等。

检索数据库:Pubmed
分析工具:Healsan™大数据
检索时间:December 23, 2024
检索及分析机构:Healsan Consulting LLC(美国恒祥咨询)

一、机器学习研究论文大数据分析

最近5年,Medline数据库共收录102,394机器学习领域研究论文,对其进行大数据分析:

国家分布

在近5年内,机器学习相关研究的论文发表主要集中于美国33,362论文占总量的32.6%位居首位,占据全球研究的主导地位,反映了其在人工智能领域的技术优势和科研资源的集中投入。国紧随其后,发表共计23,473篇论文(占总量的13.8%,展现了快速崛起的科研实力和在机器学习基础研究及应用领域的显著进展。印度、德国、加拿大紧随其后,分列第三第五,表明机器学习的研究已在全球范围内形成广泛布局。


(SCI论文国家分布)


医院排名

  • 按照发表论文的总影响因子排序机器学习领域全球TOP5活跃的医院依次为:麻省总医院、梅奥诊所、布莱根妇女医院、华西医院、纪念斯隆凯特琳癌症中心。
  • 2024年进入到全球机器学习领域累计影响因子TOP20的中国其他领先医院:湘雅医院北京协和医院复旦大学附属肿瘤医院等均榜上有名,表明中国的多个顶尖医院在该研究中发挥了重要作用。

(全球发表论文TOP20的医院排名)

哪些期刊喜欢机器学习研究?

发表机器学习相关研究领域论文最多的SCI期刊依次为:
  • Sci Rep (IF=3.8),
  • Sensors (Basel) (IF=3.3),
  • PLOS One (IF=2.9),
  • Heliyon (IF=3.4),
  • Diagnostics(Basel) (IF=3.1)等。
特别注意:IF = 0,意味着未被SCI收录。

(发表论文的杂志分布)

期刊的审稿时间

对于论文在这些期刊发表的篇数、该期刊影响因子、期刊分区、从投稿到接收的时间、标准差和用来统计的论文样本量做了大数据分析。
我们特别圈出来几个审稿时间快的期刊。


(杂志审稿情况)

研究热点基因和相关疾病

1. 热点基因:
在基因层面,APP 是机器学习研究的核心基因之一,与阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病密切相关,表明机器学习在神经科学领域的重要作用。
MS 和 EGFR 也受到高度关注,其中MS与免疫疾病相关,EGFR则广泛应用于癌症特别是肺癌的研究。
此外,TP53、KRAS STAT3 等肿瘤相关基因频繁出现,显示了机器学习在肿瘤生物学和精准医疗中的显著贡献。
其他如 ACE2 NLRP3 等基因,则突出了机器学习在传染病和炎症机制研究中的潜力。

2. 研究热点疾病/表型

机器学习在代谢性疾病和癌症研究中表现出强大潜力,其中乳腺癌糖尿病是最主要的研究热点,反映了机器学习技术在癌症诊断代谢调控中的核心地位。
神经和心理疾病领域抑郁、睡眠障碍、痴呆、自闭症等问题被广泛研究,展现了机器学习在精神健康和神经科学应用中的深远影响。
此外,机器学习技术还被应用于卒中、心力衰竭、结直肠癌等多种疾病的研究,以及感染性疾病(如SARS-CoV-2)相关的诊断和治疗策略开发,表明其在多领域疾病研究中的广泛适用性。

(研究热点基因和疾病)


最活跃的学者及关系网

按照SCI论文累计影响因子排序机器学习领域TOP5活跃的研究学者如下:

(该领域最活跃的研究者。备注:只统计第一作者和最后一位作者署名发表的论文数。如果作者的名字有不同拼写时,会被PubMed当成不同作者。如张三丰的拼写可能会有:Zhang,Sanfeng、Zhang,San-feng、或者Zhang,San Feng等不同拼写方式;部分期刊可能只会写Zhang,S,PubMed检索平台就会按照不同作者处理。)

医生科学家学术圈如下所示,可以看到多个独立的研究项目组:
(学术大咖及其关系网)

二、经典论文

除了发表论文的数量和研究者论文影响力之外(数量+质量),单篇论文被引用次数是评价其学术影响力的重要指标。
所以我们通过大数据分析找到高引用论文,即领域内的经典论文。
因为时间和资源限制,只有最新的 10000 篇文献会被分析。

TOP5被引用次数的SCI论文依次为:

三、从模仿,到超越--开启属于自己的研究

在研基金
比如 斯坦福大学 NARAYAN, SANJIV M 的研究课题聚焦于机器学习在心律失常中的应用。
一项研究利用机器学习技术分析室性心律失常,通过识别风险因素和异常模式,为个性化治疗策略提供支持。
另一项研究集中于房颤的机器学习应用,旨在通过数据驱动的方法识别房颤的生物标志物和预测因子,助力精准疾病管理和干预。
这些研究展示了机器学习在心血管疾病诊断、风险分层和个性化治疗中的潜力,推动了心血管医学的智能化发展。


论文发表
Dr. NARAYAN, SANJIV M 发表的部分SCI论文:
  1. Feng R, Deb B, Ganesan P, Tjong FVY, Rogers AJ, Ruipérez-Campillo S, Somani S, Clopton P, Baykaner T, Rodrigo M, Zou J, Haddad F, Zahari M, Narayan SM. Segmenting computed tomograms for cardiac ablation using machine learning leveraged by domain knowledge encoding. Front Cardiovasc Med. 2023 Oct 2;10:1189293. doi: 10.3389/fcvm.2023.1189293. PMID: 37849936; PMCID: PMC10577270.
  2. Kolk MZH, Deb B, Ruipérez-Campillo S, Bhatia NK, Clopton P, Wilde AAM, Narayan SM, Knops RE, Tjong FVY. Machine learning of electrophysiological signals for the prediction of ventricular arrhythmias: systematic review and examination of heterogeneity between studies. EBioMedicine. 2023 Mar;89:104462. doi: 10.1016/j.ebiom.2023.104462. Epub 2023 Feb 9. PMID: 36773349; PMCID: PMC9945642.
  3. Kolk MZH, Ruipérez-Campillo S, Deb B, Bekkers EJ, Allaart CP, Rogers AJ, Van Der Lingen ACJ, Alvarez Florez L, Isgum I, De Vos BD, Clopton P, Wilde AAM, Knops RE, Narayan SM, Tjong FVY. Optimizing patient selection for primary prevention implantable cardioverter-defibrillator implantation: utilizing multimodal machine learning to assess risk of implantable cardioverter-defibrillator non-benefit. Europace. 2023 Aug 2;25(9):euad271. doi: 10.1093/europace/euad271. PMID: 37712675; PMCID: PMC10516624.
  4. Narayan SM, Rogers AJ. Can Machine Learning Disrupt the Prediction of Sudden Death? J Am Coll Cardiol. 2023 Mar 14;81(10):962-963. doi: 10.1016/j.jacc.2022.12.027. PMID: 36889874; PMCID: PMC10984642.
  5. Razeghi O, Kapoor R, Alhusseini MI, Fazal M, Tang S, Roney CH, Rogers AJ, Lee A, Wang PJ, Clopton P, Rubin DL, Narayan SM, Niederer S, Baykaner T. Atrial fibrillation ablation outcome prediction with a machine learning fusion framework incorporating cardiac computed tomography. J Cardiovasc Electrophysiol. 2023 May;34(5):1164-1174. doi: 10.1111/jce.15890. Epub 2023 Apr 27. PMID: 36934383; PMCID: PMC10857794.
  6. Razeghi O, Kapoor R, Alhusseini MI, Fazal M, Tang S, Roney CH, Rogers AJ, Lee A, Wang PJ, Clopton P, Rubin DL, Narayan SM, Niederer S, Baykaner T. Atrial fibrillation ablation outcome prediction with a machine learning fusion framework incorporating cardiac computed tomography. J Cardiovasc Electrophysiol. 2023 May;34(5):1164-1174. doi: 10.1111/jce.15890. Epub 2023 Apr 27. PMID: 36934383; PMCID: PMC10857794.
  7. Rodrigo M, Alhusseini MI, Rogers AJ, Krittanawong C, Thakur S, Feng R, Ganesan P, Narayan SM. Atrial fibrillation signatures on intracardiac electrograms identified by deep learning. Comput Biol Med. 2022 Jun;145:105451. doi: 10.1016/j.compbiomed.2022.105451. Epub 2022 Apr 1. PMID: 35429831; PMCID: PMC9951584.
  8. Narayan SM, Svennberg E. Learning AI for busy clinicians: Staying ahead. Heart Rhythm. 2024 Oct;21(10):e277-e278. doi: 10.1016/j.hrthm.2024.08.009. Epub 2024 Aug 28. PMID: 39207353; PMCID: PMC11623442.

Hanson解读:
通过对机器学习研究领域的论文进行大数据分析,我们可以获得该领域的全面概况和关键趋势:
  • 研究热点:机器学习的研究重点集中于深度学习、大模型、多模态学习以及强化学习等领域,特别是在医疗健康、自然语言处理、图像识别等方向取得了显著进展。多学科交叉(如生物信息学与机器学习结合)正在成为主要发展方向。

  • 论文数量与质量:近年来,机器学习相关论文发表数量快速增长,2024年达到32,043篇创下历史新高。在质量上,IF≥20的顶级论文有3,004篇,10-20的论文有9,801篇,显示出高水平研究的显著增长,表明机器学习领域的学术影响力持续扩大。

  • 研究机构与区域分布:美国和中国主导了全球机器学习研究,美国以33,362篇论文位居首位,中国紧随其后。这些成果主要来自斯坦福大学、麻省理工学院、清华大学等顶尖机构,同时欧洲、日本、印度等国家的研究力量也有重要贡献,表明机器学习研究在全球范围内的广泛布局。

  • 应用领域:机器学习在医疗、金融、自动驾驶、气候变化建模等实际应用中的潜力不断释放。例如在医疗领域,机器学习被广泛用于疾病预测、个性化治疗方案制定和药物开发,推动了精准医学的发展。

机器学习研究在基础理论、技术开发和实际应用上取得了显著进展。大数据分析揭示了该领域的快速增长和广泛布局,反映了机器学习作为现代科技核心驱动力的重要地位。


A、本报告为PubMed检索平台仅以检索式报告的结果进行的可视化报告。
B、大数据分析无任何排名意义
C、本推文很可能存在谬误;也请各位同仁多多指正,以促进我们提供更高质量的推文。
D、本文仅为学术交流,不构成任何建议

编辑:Amber Wang,微信号:HealsanA;加好友请注明理由。
助理:ChatGPT;封面:Hanson设计、GPT 4制图
美国Healsan Consulting(恒祥咨询),专长于Healsan医学大数据分析、及基于大数据的Hanson临床科研支持主要为医院科研处、生物制药公司和医生科学家提供分析和报告,成为诸多机构的“临床科研外挂”。
网址:https://healsan.com/

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基于Healsan™文献计量大数据的系列推文,全年安排如下;目前是研究热门靶点系列。

▲每年1-2月

▲ 每年3-4月

▲ 每年5-6月

▲ 每年7-8月

▲ 每年9-10月

▲ 每年11-12月

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