郭曉鵬張苗苗剡 倩李文建陸 棟（中國科學院近代物理研究所 蘭州 70000）（中國科學院大學 北京 00049）（甘肅省微生物資源開發(fā)利用重點實驗室 蘭州 70070）

重離子束輻照細胞研究的文獻計量學分析

郭曉鵬1，2張苗苗1，3剡 倩1，2李文建1，3陸 棟1，3
1（中國科學院近代物理研究所 蘭州 730000）
2（中國科學院大學 北京 100049）
3（甘肅省微生物資源開發(fā)利用重點實驗室 蘭州 730070）

應用文獻計量學方法和相應的應用軟件，借助Web of Science平臺對重離子束輻照細胞這一研究主題的相關文獻、作者、期刊、機構以及關鍵詞進行定量和系統(tǒng)考察。結果顯示，重離子束輻照細胞研究在1990年之后日益活躍并深入；不同品質的重離子束輻照誘導不同類型細胞會產(chǎn)生不同的生物學效應、旁觀者效應及其機制、重離子束輻照細胞生物學效應評估模型、重離子束治療癌癥過程中輻照品質選擇與控制模型以及相應的計算機程序是該研究主題的重要內容；引入特定指數(shù)推測所得該研究主題重要學術期刊與 Nature，Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，Cancer Research等期刊之間有較高的共被引頻次，表明更多科學前沿的突破性成果和思路應用于該主題研究中；此外，該研究主要集中于少數(shù)國家、少數(shù)機構、少數(shù)作者，并且合作相對較少。

重離子束輻照，細胞，文獻計量學

CLC Q691， TL99

重離子束輻照細胞研究總體上可以歸納為 3類：輻照過程中重離子束研究、被輻照細胞生物學效應研究以及二者相互關系研究。同時，一系列研究成果逐漸改變著重離子束輻照在生命科學中的角色，即由被動輻射防護轉變?yōu)檩椛淅茫纾褐仉x子束治療癌癥和重離子束輻照育種等。對重離子束輻照細胞研究歷程、現(xiàn)狀及趨勢進行分析，為該領域研究者提供一定信息，有助于他們及時把握該領域的前沿熱點，從而促進重離子束輻照在生命科學領域的應用。許多科研工作者對重離子束輻照細胞研究在不同時期做了相應的綜述報道，Blakely等［1］在1998年對重離子輻射細胞誘導DNA損傷修復、基因突變、染色體畸變以及致瘤性等方面的進展進行了綜述，同時強調了重離子輻照細胞研究的幾種重要細胞模型及研究技術，并討論了重離子束輻照在癌癥領域的應用；Sakashita等［2］在2010年結合自由基理論綜述了重離子束輻照誘導細胞衰老及基因組不穩(wěn)定性相關分子基礎和分子途徑；最近 Fujita等［3］強調了局部癌部位經(jīng)重離子束放療后存活癌細胞因細胞類型和輻照方式差異表現(xiàn)不同的侵襲能力，并對此進行了總結，同時討論了這一過程可能的分子途徑和基因變異。然而，隨著重離子束輻照細胞研究在廣度、深度以及時間上不斷推進，大量新研究成果不斷被報道，因此，科研工作者依據(jù)科研實踐、學習及心得進行相應研究成果的綜述在某種程度上具有一定局限性。本文采用文獻計量學方法及相應的應用軟件，借助Web of Science平臺，以1962～2015年期間重離子束輻照細胞研究的相關文獻為核心，對該主題進行縱向和系統(tǒng)的考察，挖掘其內在規(guī)律和特點。文獻計量學作為一門應用數(shù)學和統(tǒng)計學方法定量分析知識載體的交叉學科，近年來廣泛應用于各種學科與技術態(tài)勢分析中，然而，在重離子束輻照細胞研究乃至輻射領域中類似工作鮮有報道。本文一方面關注重離子束輻照細胞研究歷程、格局、內容以及前沿熱點；另一方面，為相應研究成果分析提供一種定量手段。

1　數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1數(shù)據(jù)庫選擇

本研究的數(shù)據(jù)庫選取Web of Science 平臺提供使用的Web of ScienceTM核心合集，該數(shù)據(jù)庫全面包含了各個領域的重要文獻，同時提供豐富的參考文獻信息與多種數(shù)據(jù)輸出方式。

1.2數(shù)據(jù)檢索與處理

數(shù)據(jù)檢索策略見圖 1，時間范圍為 1900～2015年，利用運算符“and”和“or”、截詞符“*”以及鄰近度算符“near”構建檢索式，通過Web of Science學科類別的精煉與排除增加檢索的精確度，檢索時間為2016年3月27日。

數(shù)據(jù)分析主要利用可視化引文分析軟件HistCite和CiteSpaceⅡ，同時利用了數(shù)據(jù)處理軟件Excel和作圖軟件Origin 8.0。其中HistCite是SCI 的創(chuàng)始人加菲爾德和他的同事們開發(fā)的更側重于表格輸出的引文分析軟件；CiteSpace是由美國德雷塞爾大學教授陳超美博士開發(fā)的一款更側重于可視化圖輸出的引文分析軟件。

本研究首先分別保存制表符格式和純文本格式的檢索數(shù)據(jù)，記錄內容為全記錄與引用的參考文獻，以便被引與共被引分析。然后，利用Excel打開制表符格式檢索數(shù)據(jù)，獲得通訊作者和第一作者發(fā)文量信息；利用HistCite分析純文本格式檢索數(shù)據(jù)輸出作者（所有作者）、期刊、機構、國家的發(fā)文量與被引信息以及重要文獻被引信息；通過將純文本格式檢索數(shù)據(jù)導入 CiteSpaceⅡ進行參考文獻共被引分析、被引期刊共被引分析、國家間合作分析、關鍵詞聚類分析，并輸出相應可視化圖。

2　結果與分析

2.1發(fā)文量年度分布

利用圖1所示檢索策略共獲得1 649條記錄，其中，重離子束輻照細胞這一研究主題的報道最早在1962年，Deering等［4］用重離子束輻照Hela細胞并測定細胞存活曲線。之后，重離子束輻照細胞研究主要經(jīng)歷了兩個階段（見圖2）：1962～1990年為該研究領域準備期，發(fā)文量相對平穩(wěn)，期間，日本科研用調頻直線重離子加速器于 1980年在日本理化所落成并啟動了分離扇回旋加速器計劃，中國第一個大型重離子加速器系統(tǒng)——蘭州重離子研究裝置（The Heavy Ion Research Facility in Lanzhou，HIRFL）于1988年12月12日建成出束，此外，德國和美國在重離子加速器建設和維護方面都投入大量經(jīng)費［5-8］。進入20世紀90年代，重離子束輻照細胞的研究進入活躍期，發(fā)文量逐年線性增加，1990年發(fā)表兩篇文章是Shainskaya等［9］報道的神經(jīng)組織中離子轉運系統(tǒng)的輻射損傷機制和Ritter等［10］報道的輻照品質對重離子束誘導V79細胞染色體畸變的影響，可以看出，重離子束輻照細胞的研究在細胞生物學效應和輻照離子束兩方面都逐漸深入。1994年日本國家放射性科學研究所（National Institute of Radiological Sciences， NIRS）開始使用位于千葉的重離子醫(yī)療加速器（Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba， HIMAC）為癌癥治療進行臨床前試驗，截止2006年，共有2 867名患者進行了臨床一期或二期試驗，初步表明，針對所考察各種類型的癌細胞碳離子束輻照都具有良好的效果［11］。近年來，重離子束輻照的臨床應用日益擴大，必將對重離子束輻照細胞的研究不斷提出新的要求。

2.2重要作者及其最新研究成果

如圖3為本地文獻集中作者發(fā)文情況，可以看出，發(fā)文總量位于前30的作者中Durante、Suzuki、Scholz、Zhang、Cucinotta和Li作為通訊作者和第一作者的發(fā)文數(shù)量相對較多，其中Suzuki和Scholz兩位作者文章的本地平均被引頻次（Average of local citation score， ALCS）仍然相對較高，可以認為Suzuki和Scholz是重離子束輻照細胞研究領域貢獻較大的兩位研究者，針對重離子束輻照細胞這一研究主題，Suzuki作為通訊作者最新發(fā)文是在 2013年先后報道了重離子束輻照品質（包括吸收劑量和傳能線密度（Linear energy transfer， LET））對人成纖維細胞間隙連接、旁觀者效應的影響與高LET和低LET輻照后細胞間隙連接參與的損傷修復［12-13］；Scholz作為通訊作者最新發(fā)文是在 2013年報道了基于局部效應模型的DNA雙鏈斷裂動力學回歸模型，該模型適用于更寬的輻照品質范圍［14］。以通訊作者發(fā)文量來看，占通訊作者總體3.3%的作者發(fā)文量占本地文獻集的14.86%，表明重離子束輻照細胞研究領域較多研究成果集中產(chǎn)生于較少數(shù)的作者團體中。

2.3重要文獻及共被引分析

表 1列出了本地文獻集中本地被引頻次（Local citation score， LCS）最高的10條記錄，根據(jù)其研究內容可以歸為3類：A類主要進行不同品質重離子束輻照誘導不同類型細胞產(chǎn)生不同生物學效應的研究；B類主要進行重離子束輻照細胞生物學效應評估模型與重離子束治療癌癥過程中輻射品質選擇與控制模型的建立；C類為重離子束治療癌癥的臨床研究。

圖4為本地文獻集參考文獻的共被引分析圖。分析設置時間范圍1962～2015年，5年為一個時間切片，每一切片內選擇被引頻次前10的文獻，圖中節(jié)點大小表示被引頻次的高低，連線表示文獻之間的共被引，連線強度不同，代表不同共被引頻次，顏色表示被引及共被引事件發(fā)生的時間，紫色外圈代表文章中心度高低。由于 CiteSpace針對引用的參考文獻進行分析，并以時間切片對文獻集進行劃分，所以圖4中高被引參考文獻與表1的高被引記錄有一定差異，但表1中第1、2、3、4、5條高被引記錄都出現(xiàn)在共被引分析圖中，可以看出，其中Weyrather等［15］在1999年關于不同LET的碳離子束輻照誘導不同修復能力細胞株相對生物學效應（Relative biological effect， RBE）的報道和Furusawa等［16］在 2000年關于不同種類離子束輻照誘導好氧與缺氧細胞株失活的報道同時具有較高的中心度。值得注意的是表1中B類高被引記錄僅有一篇出現(xiàn)在共被引分析圖中且中心度較低，反映了重離子束輻照細胞數(shù)理理論模型和應用模型的研究較A類研究相對薄弱。

表1　本地被引頻次排名前10的記錄Table 1 The first 10 cited articles according to LCS

2.4重要期刊及共被引分析

圖5反映了重離子束輻照細胞研究主題下發(fā)文量達 10篇以上的期刊及其發(fā)文數(shù)量（Records）、ALCS、相對重要指數(shù)（Relative importance index， RII）和5年影響因子（Impact factor， IF）。其中，RII是我們基于對期刊發(fā)文數(shù)量（Records）與發(fā)文質量（ALCS）的權衡（假設二者同等重要）而提出，具體計算過程為分別對期刊的Records和ALCS進行Min-max標準化處理，處理值乘以0.5并相加，所得結果值可映射到［0，1］之間，本文為適應坐標軸數(shù)值范圍，將結果值擴大10倍，使其映射到［0，10］之間。由RII可推測重離子束輻照細胞研究領域的重要期刊依次為：Radiation Research，International Journal of Radiation Biology，International Journal of Radiation Oncology，Journal of Radiation Research，Radiation and Environmental Biophysics等。此外，在特定細分研究主題下對期刊的重要性進行分析時 IF有其局限性，但仍值得注意并借鑒。

圖6為被引期刊近5年的共被引分析圖，分析過程中設置1年為一個時間切片，每一切片內選擇被引頻次前15的期刊，圖中節(jié)點大小表示被引頻次高低，連線表示期刊之間的共被引，連線強度不同，代表不同共被引頻次，顏色表示被引及共被引事件發(fā)生的時間，紫色外圈代表期刊中心度高低?？梢钥闯?，除圖5中的重要期刊外，Nature，Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，Cancer Research等期刊在本地文獻集中同樣具有較高的被引頻次與中心度，這反映了重離子束輻照細胞研究借鑒科學前沿的研究成果和思路，并指向重離子治癌的趨勢。

2.5國家、機構發(fā)文及合作關系

圖7為發(fā)文國家合作分析圖，分析過程中設置時間范圍為1990～2015年，時間切片為2年，選擇每個切片內發(fā)文量前10的機構，圖中節(jié)點大小表示發(fā)文數(shù)量，連線表示兩個國家在某一文獻記錄中共同出現(xiàn)，連線強度表示共現(xiàn)次數(shù)多少，顏色代表發(fā)文和共現(xiàn)事件發(fā)生的時間?？梢钥闯?，日本、美國、德國、中國、意大利、法國是該研究領域發(fā)文量最多的6個國家；同時，6個主要國家間只有3條合作關系，即中國與日本、中國與美國、美國與意大利，彼此合作次數(shù)較少。表 2列出了發(fā)文量前 10的機構，可以看出，位于日本、中國、美國、德國、意大利的機構發(fā)文量最多。其中，位于日本、美國、德國的機構其文章平均被引頻次相對高于中國、意大利，表明其文章質量相對較高。

2.6基于關鍵詞聚類分析的研究熱點挖掘

CiteSpace根據(jù)關鍵詞及其共現(xiàn)網(wǎng)絡對關鍵詞進行聚類，利用關鍵詞聚類可以分析某一研究主題在特定時間段內研究熱點，圖8，9為本地文獻集中近5年內出現(xiàn)的關鍵詞聚類分析圖，分析參數(shù)設置時間范圍2010～2015年，時間切片為1年， 由于時間切片內選取關鍵詞時設置的頻次閾值不同，關鍵詞聚類結果會受到影響，因此，在高頻次閾值和低頻次閾值分別輸出聚類圖。綜合兩種聚類結果可以推斷出重離子束輻照細胞研究主題下的3個研究熱點：（1）重離子束輻照誘導細胞生物學效應的數(shù)學物理模型建立，相應的聚類詞為“Local effect model”和“Spatial dynamic”，由于重離子束輻照應用于放射診療和誘變育種等實踐，其精確定量至關重要，同時，這一模型建立需要輻照離子物理特性和被輻照樣品生物學特性的結合，因此，一直是重離子束輻照細胞研究的一大挑戰(zhàn)，在本地高被引文獻中，Katz等［17］在1971年綜合考慮了重離子束輻照誘導細胞失活過程中離子致細胞失活和伽馬射線致細胞失活兩種方式，用實驗數(shù)據(jù)擬合參數(shù)建立了重離子束輻照過程中細胞的失活模型；Scholz等［18］在 1997年建立的重離子束輻照細胞生物學效應評估模型，提供了不同離子種類和不同能量對應系數(shù)表，簡化和加快了重離子束輻照細胞生物學效應評估；Kr?mer等［19］在2000年開發(fā)了將臨床數(shù)據(jù)轉化為離子束參數(shù)的計算機程序，該程序提供253種離子束能量、7種束徑以及15種強度任意組合的列表可供選擇，這一成果也預示著當前重離子束輻照細胞數(shù)理模型的建立逐漸要求結合計算機建立高通量以及界面人性化的實用程序。（2）重離子束治療癌癥的離子選擇，相應的聚類詞為“Ion selection”，目前進行癌癥治療的離子束基本為C離子束，然而，由于比12C離子輕的離子在其輻射坪區(qū)對正常組織的損傷減小，在放療中的應用潛力近年來被廣泛關注［20］；（3）重離子束輻照誘導旁觀者效應及其機制，代表這一研究主題的聚類詞有“Abscopal signal”、“Radiation-induced bystander effect”，重離子束輻照誘導的旁觀者效應涉及復雜的細胞內和細胞間信號調節(jié)網(wǎng)絡，同時具有細胞類型依賴性、輻照品質依賴性和時空效應依賴性，這一問題的研究對于減輕病灶周圍健康組織在重離子放療中的損傷具有重要意義［21-23］。此外，兩種細胞名稱“Endothelial cell”和“Fibroblast”的出現(xiàn)，表明近年來成纖維細胞和內皮細胞是重離子束輻照細胞研究中使用較多的細胞模型。

3　結論

本文對 Web of ScienceTM核心合集中收錄的1962～2015年間關于重離子束輻照細胞研究的文獻進行了計量學分析，基于相應應用軟件數(shù)理算法運算的客觀結果及有針對性的文獻考察，重離子束輻照細胞研究的歷程、格局、重要研究成果及前沿熱點主要體現(xiàn)為：（1）重離子束輻照細胞研究以 1990年為轉折點，可以劃分為兩個階段。1990年之前為該領域研究準備期，1990年之后，該領域研究開始活躍，研究成果成線性增加，在細胞輻射效應方面逐漸深入到亞細胞和分子水平，并且開始關注于輻照品質與細胞效應的關系，以促進重離子治療癌癥臨床應用；（2）重離子束輻照細胞研究領域貢獻較大的兩位研究者Suzuki和Scholz，近期研究分別致力于重離子束局部輻照誘導旁觀者效應及其機制的揭示和重離子束輻照誘導細胞損傷的動力學模型建立；（3）重離子束輻照細胞研究領域比較受關注的研究主要為：不同品質重離子束輻照誘導不同類型細胞產(chǎn)生不同生物學效應的揭示；重離子束輻照細胞生物學效應評估模型與重離子束治療癌癥過程中輻照品質選擇與控制模型的建立；（4）本文提出的 RII在對期刊進行評價時可以兼顧其發(fā)文數(shù)量和發(fā)文質量，據(jù)此得出 Radiation Research，International Journal of Radiation Biology，International Journal of Radiation Oncology，Journal of Radiation Research，Radiation and Environmental Biophysics是重離子束輻照細胞領域的重要期刊，同時近5 年該研究更多關注Nature，Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，Cancer Research期刊的研究成果和思路，瞄準科學前沿；（5）日本為重離子束輻照細胞研究比較活躍的國家，中國、美國、德國、意大利以及法國次之，該主題研究主要集中在少數(shù)國家的少數(shù)研究團體中，并且國際合作相對較少；（6）數(shù)理模型和相應計算機應用程序的建立、旁觀者效應及其機制、癌癥放療中離子的選擇是重離子束輻照細胞研究的熱點問題；（7）作者、文獻、期刊及關鍵詞與分析結果相符，從側面反映了本文所利用分析手段的合理性。此外，重離子束局部輻照誘導旁觀者效應及其機制揭示、離子束輻照品質選擇與控制模型建立以及細胞、組織輻射生物學效應定量評估等方面的研究成果都將促進重離子束在生命科學中應用的靶向性和精確度。

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A bibliometric analysis on the research focused on cell irradiated by heavy ion beam

GUO Xiaopeng1， 2ZHANG Miaomiao1，3YAN Qian1，2Li Wenjian1，3LU Dong1，3
1（Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China）
2（University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China）
3（Key Laboratory of Microbial Resources Exploitation and Application, Lanzhou 730070, China）

Based on the platform of Web of Science， we made a quantitative and systemic study on the articles，the authors， the journals， the institutes and the key words which were focused on cell irradiated by heavy ion beam. Meanwhile， the methods of bibliometrics and the relative application softwares were employed. The results suggested that the research on cell irradiated by heavy ion beam was gradually active and deep-going after 1900s； the different biological effects between different types of cells induced by heavy ion beam irradiation with different qualities， the bystander effects and its mechanism， the evaluation model of biological effects induced by heavy ion beam irradiation，and the selection and control model of irradiation qualities and the relative computer programs were the importantresearch content of this topic； the high co-citied frequency among the important journals which were confirmed by the particular index， Nature， Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， Cancer Research and so on suggests the more application of breakthroughs of science frontier in the research on cell irradiated by heavy ion beam； the research on cell irradiated by heavy ion beam is dominated by a minority of countries， institutes and authors and the collaboration among them is less.

GUO Xiaopeng （male） was born in December 1992 and graduated with a bachelor degree from Lanzhou University of Technology in 2015. Now he is a master candidate at Institute of Modern Physics， Chinese Academy of Sciences， majoring in radia

28 March 2016； accepted 9 May 2016

Heavy ion beam irradiation， Cell， Bibliometrics

Ph.D. LU Dong， associate professor， E-mail: ld@impcas.ac.cn

Q691，TL99

10.11889/j.1000-3436.2016.rrj.34.040702

中國科學院西部之光人才培養(yǎng)計劃項目（Y306010XB0）資助

郭曉鵬，男，1992年12月出生，2015年于蘭州理工大學獲學士學位，現(xiàn)為中國科學院近代物理研究所輻射生物學碩士研究生，E-mail: guoxplanzhou@126.com

陸棟，博士，副研究員，E-mail: ld@impcas.ac.cn

初稿 2016-03-28；修回 2016-05-09

Supported by the CAS "Light of West China" Program （No. Y306010XB0）

tion biology. E-mail: guoxplanzhou@126.com