下肢生物力學研究現狀及研究力量分布

梁志強，李建設，顧耀東

(1.寧波大學 體育學院，浙江 寧波 315211；2.寧波大學 大健康研究院，浙江 寧波 315211)

0 前 言

運動生物力學是體育學領域的一門基礎應用學科，興起于20世紀70年代[1]，由力學、生物學和人體運動學等多學科綜合交叉形成的一門邊緣性學科[2]；近40多年的發展，運動生物力學以其多學科交叉所特有的生命力，使運動生物力學從單純對人體運動描述性研究發展到對人體內在機理的探討[3]，目前運動生物力學研究主要集中在方法與理論、運動動作技術生物力學分析、訓練方法、運動裝備、訓練設備和測試儀器等應用與研制、運動損傷和大眾體育這6大研究領域[4]。

下肢生物力學是運動生物力學多元分化發展的產物，其在運動動作技術分析[5]、運動損傷[6]、步態研究[7]、疾病診斷與治療[8]等方面所發揮的重要作用，受到體育界、醫學界、鞋具制造界等領域人員的關注，越來越多具有不同研究背景的科研人員開始從事相關方面的研究。

可視化分析可揭示研究領域知識間的聯系及演進規律，也可將研究領域內最前沿的研究熱點、學科制高點，以圖譜的方式呈現出來[9]。因此，本研究基于下肢生物力學對諸領域所發揮的重要作用以及知識圖譜可視化功能，運用Citespace Ⅲ對國內下肢生物力學研究的發文情況、研究熱點與前沿、研究力量及其相關信息進行呈現，旨客觀地呈現下肢生物力學的研究動態，為下肢生物力學以及運動生物力學的研究提供有益幫助。

1 研究對象與方法

1.1 數據源

研究以“下肢生物力學”為檢索元，對1981-2017年CNKI(中國知網)收錄的下肢生物力力學的文獻進行“關鍵詞”、“篇名”、“主題”三次檢索(圖1)，檢索日期截至2017/5/13；考慮到數據的全面性和相關性，研究選用“主題詞”方式進行檢索，并輔助配合人工閱讀標題、摘要、關鍵詞的方法，排除不相關文獻，最終確定450篇文獻為分析對象。

圖1 1981-2017年下肢生物力學文獻檢索流程圖

1.2 研究方法

1.2.1 詞頻分析法。詞頻分析法是一種文獻計量方法，它利用能夠表達文獻核心內容的關鍵詞或主題詞在文獻中出現頻次來確定領域研究熱點及發展方向；若關鍵詞或主題詞在領域研究中反復出現，則表明關鍵詞或主題詞所代表的研究主題為該領域的研究熱點[10]。

1.2.2 Citespace Ⅲ。Citespace Ⅲ 可視化分析軟件由美國雷克賽爾大學、大連理工大學特聘教授陳超美博士開發，軟件基于引文分析理論、JAVA語言環境，是一種多元、分時、動態分析復雜網絡的可視化應用軟件[11]，具有探測研究領域研究熱點、前沿及趨勢功能[12]。因此，研究運用Citespace Ⅲ (4.0 R5)對下肢生物力學的文獻進行可視化分析，呈現下肢生物力學領域研究的相關信息。

2 研究結果

2.1 下肢生物力學發文現狀

研究領域文獻發表數量與時間的關系反映研究的歷史、發展速度以及未來的發展趨勢[14]。1981-2017年CNKI收錄 “下肢生物力學”的文獻450篇，除1982年未收錄相關文獻外，其余每年以12±9.5篇的數量增長(圖2)。不斷增長數值反映下肢生物力學相關研究的不斷涌現及研究的深入，研究領域知識總量的積累與增加。

圖2 1981-2017年下肢生物力學發文量趨勢及峰值年分布

某領域期刊論文的時間分布一定程度上反映該領域學術研究的理論水平和發展速度[15]。下肢生物力學30余年的發展，曾出現3次發文量高峰，分別2003年(21篇)、2010年(29篇)、2013年(36篇)。然而，由于下肢生物力學在我國起步較晚，對其發展階段還未有明確劃分。因此本研究以峰值年時間點為標準，對下肢生物力學研究歷程進行劃分，即：1981-2003年獨立探索階段；2004-2010年快速發展階段；2011-2013年成熟發展階段；2014年至今穩定發展階段。

相較于表面信息，隱藏在發文量背后的信息更有價值；峰值年的文獻統計分析顯示(圖3)：除2010年體育學期刊刊載較少文獻外，其他年份醫學和體育學期刊刊載大部分相關文獻；另外，峰值年文獻的內容顯示：下肢生物力學在醫學領域的研究主要集中于疾病診斷與治療、外科矯形等方面；在體育學領域主要集中于動作技能優化與創新、運動項目分析等方面。文獻的刊載期刊和研究內容共同表明：醫學和體育學期刊不僅是下肢生物力學研究的主要刊載期刊，而且也是下肢生物力學的主要研究領域，兩者在該領域研究的深入可能是發文量峰值出現的原因。

圖3 下肢生物力學峰值年相關文獻發表分布

2.2 下肢生物力學研究熱點與前沿

關鍵詞是一篇文章核心內容的高度濃縮與提煉[16]，高頻和突現性質的關鍵詞反映研究領域研究熱點與前沿的發展動向[17]，對其進行分析可預測研究領域熱點與前沿發展趨勢[18]。運行Citespace Ⅲ，設置適當閾值及圖譜的修剪方法與策略，共生成“230個關鍵詞”共現圖譜(圖4)。

圖4 1981 -2017下肢生物力學的研究熱點與前沿

從整體看，下肢生物力學經過幾十年的發展研究視角間的互動、交流逐漸復雜化、多元化，個別研究視角在局部形成研究規模，如：生物力學、生物力學原理、運動生物力學等，但其整體上還未形成統一的研究范式；然而其發展歷程中還存在許多孤立的研究視角，它們形成于下肢生物力學不同的發展時期，且研究多為“單兵作戰”的風格；孤立的研究視角蘊涵兩種含義：其一，冷色調代表已沒落的研究視角，如：放射檢查、垂直力、慢性腰腿疼痛等；其二，暖色調則預示正在形成的研究視角，如：三維模型重建、三維步態、下肢力線測量等，研究視角的交替涌現不斷地為下肢生物力學研究注入新生力量。

關鍵詞在文獻中出現頻次可確定領域的研究熱點[10]。對下肢生物力學前10個研究熱點統計顯示(表4)，生物力學頻次最高144次，運動生物力學31次，生物力學原理17次；高頻的關鍵詞不僅預示生物力學、運動生物力學以及生物力學原理應用等方面的研究是目前研究的主流，也蘊涵著生物力學和運動生物力學這兩個成熟領域的理論知識是下肢生物力學研究的基礎。熱點的中心性是探測關鍵詞其在領域重要性的指標[19]，可衡量關鍵詞在領域中所起的連接作用和預測領域研究前沿[20]。下肢生物力學前十個研究熱點中生物力學(0.85)、生物力學原理(0.32)、下肢力量(0.29)、下肢骨折(0.29)、運動生物力學(0.22)等熱點具有較高的中心性，它們在整個下肢生物力學研究領域起到很好的銜接作用，并有較大的可能成為領域的研究前沿。

基礎理論研究和研究方法的深入是任何一個學科開拓發展的重要前提[22]，目前運動生物力學研究主要圍繞基礎理論、實踐應用、方法手段和若干研究視角展開[21]，下肢生物力學與運動生物力學特殊的關系，其研究理應吻合母學科研究主流。可喜的是，高頻和中心性熱點，如:生物力學、生物力學原理方面的研究也多屬于基礎理論和實踐的研究。因此，研究得出：下肢生物力學在現階段正處于理論拓展階段，通過借鑒相關成熟學科的理論構建自身理論體系并在實踐中不斷完善。

表4 1982-2017年下肢生物力學前十個研究熱點

突現值可以快速識別和探測研究領域的研究前沿、前沿演進趨勢以及前沿與相關知識間的關系[23]，且該值可由軟件膨脹詞探測技術和算法獲得[24]。下肢生物力學研究前沿統計顯示(表5)，生物力學原理(4.42)和腰間盤突出癥(3.82)高的突現值成為研究前沿。生物力學原理研究最早出現在1988年，是領域內歷時最長的研究熱點，而這方面的研究較為側重理論研究；另外，生物力學原理中心性也達到0.32，高中心性和突現值再次驗證生物力學理論在領域所發揮的重要作用。腰間盤突出癥研究出現于2003年，是領域第二大前沿熱點；雖然該前沿熱點擁有較高的突現值，但該熱點中心性卻處于很低的水平，其在下肢生物力學研究領域并未起到銜接其他熱點的作用，成為一個獨立的前沿熱點；腰間盤突出癥屬于醫學領域，然而它在領域卻處于研究的前沿，這不僅反映下肢生物力學在醫學領域所受的重視度，也預示著與醫學的融合可能是未來的發展趨勢之一。

表5下肢生物力學研究前沿

2.3 下肢生物力科研力量——作者

科研文獻作者是科學研究活動的主體[25]，作者的發文量代表其知識產出能力[26]。由于閾值的設置，共有571位符合條件的作者入選，而這部分人員僅占下肢生物力學從業人員中部分比例，仍有相當一部分人員未被選入，這反映出下肢生物力學到目前已形成一定規模的研究隊伍。另外，作者間密集的合作關系也隱藏一些信息：第一，研究團隊的大量出現。目前，下肢生物力學已形成劉宇和傅維杰等人、李建設等人、李世明等人、樊瑜波等人研究團體等，這些從業人員已積極開展學術交流并形成學術共同體。第二，國內外交流增多，研究從業人員已不限于國內人員。隨著下肢生物力學快速發展、對外交流的增多[28]，國外科研人員也開始在領域出現，如：Abbound Rami、Albert I King、David Hryvniak等人。國內外科研人員間廣泛的學術交流不僅有利于下肢生物力學的發展，更有利于下肢生物力學研究與世界保持同步。

研究領域從業者是推動領域發展的關鍵力量[27]。作者發文量統計顯示(表6)：北京航空航天大學的樊瑜波教授和中國海洋大學的李世明教授以8篇發文量并列第一，上海體育學院劉宇教授以7篇發文量排名第三。這些高產作者分布于綜合類大學和專業性院校，但主要以綜合類大學為主，表明綜合類大學的科研人員是下肢生物力學研究的主力軍。

表6下肢生物力學前十高產作者發文量統計

領域內卓越的研究人員能夠引領領域的發展方向[25]。領域高產作者研究、任職等相關信息顯示(表7)：下肢生物力學高產作者研究方向涉及醫學、物理、機械制造、體育學以及其他學科領域；作者多元化的知識結構對下肢生物力學研究的發展起到很好的支撐作用，它們之間相互交叉、融合發展，共同引領下肢生物力學的研究進展。

學歷，是一個人學習經歷，它反映學歷持有者受教育的程度和其在某一知識領域所具有的資質和水平[29]；某領域從業人員學歷的高低，是評估其從業人員專業知識素養的重要指標，也是評估其整體水平高低的重要指標[30]。下肢生物力學領域前十高產作者學歷多為博士，學歷的角度反映出下肢生物力學研究領域擁有一支高水平科研隊伍，領域高產作者具備很高的業內知識素養；他們高深的專業知識儲備，多元化的知識結構，為下肢生物力學研究的開展和知識的傳播、創造和應用發揮著作用。“教授”是衡量大學教師學術水平的重要標志[31]，而職稱是學術管理制度的核心，是政府配置教育資源和學術管理的一項重要政策[32];同理，某研究領域高職稱從業人員所占比例，在某種程度上反映出所占資源的多少。下肢生物力學領域前十高產作者中教授6人、副教授3人、講師1人，副高級以上的人員達到90%，且高產作者在社會組織中均兼要職。從高產作者的職稱及其在社會組織中的任職可以看出：領域高產作者：①在領域內有較強的資源控制和學術交流能力；②在社會中有較大影響力，他們可作為現階段下肢生物力學研究領域的領軍人物。

表7下肢生物力學高產作者信息

2.4 下肢生物力學科研力量——機構

對研究領域研究機構的可視化，可以評估機構研究實力以及在領域的影響度[33],從而幫助領域研究者從機構層面發現標桿、尋找差距[34]。到目前為止，我國共有451個科研單位參與下肢生物力學領域的研究(表7)，涉及醫院、綜合類大學、理工和專業性院校、師范類院校、科學研究所等，但主要以醫院、理工和專業性院校為主，表明醫院、理工和專業性院校是下肢生物力學研究的核心機構。

表7下肢生物力學研究機構分類

科研文獻的發表是對科研機構科學研究活動成果的肯定。下肢生物力學諸多科研機構中，上海體育學院運動科學學院和蘇州大學體育學院等機構以其較高的發文量構成下肢生物力學前十高產機構(表8)。對前十高產機構形成的原因分析發現：①高產作者分布于高產機構。下肢生物力學高產機構中有較強的學術科研人員，而且他們大多有學術研究團隊，擁有很強的學術氛圍；強大的學術實力和研究能力，為下肢生物力學的研究提供軟實力上的支持。②高產機構完善的硬件設施。下肢生物力學前十高產機構多有從事下肢生物力學研究的實驗室及相關實驗室，優良的科研平臺，為下肢生物力學的研究提供硬實力的支持。③區域強大的經濟實力。下肢生物力學高產機構多分布東部或東部沿海地區，一個地區的科研活動水平與該地區生產總值或其他經濟能力有密切關聯[35]，地區強勁的經濟實力為下肢生物力學研究開展提供經費上的保障。

表8下肢生物力學前十高產機構

科研力量之間的合作與交流可以實現資源的優勢互補，促進不同領域知識的交流與共享；這不僅可以提升研究力量研究成果的產出，也可以提升研究成果的影響力[36]。Density(整體網絡的密度)是對研究對象間聯系程度的反映，它會對行動者的態度、行為等產生的影響[37]。下肢生物力學科研機構網絡整體密度僅0.0013，處于很低水平；科研機構過低的網絡密度一方面反映出下肢生物力學研究領域的科研機構整體分布的松散，另一方面反映領域科研機構之間缺乏交流與合作，不利于領域知識的交流、傳播與擴散。但從另一個視角反映出研究領域仍有較大的合作潛力與前景。因此，研究在此呼吁廣大領域科研力量，在參與下肢生物力學研究的同時，積極開展與不同領域科研機構及科研人員廣泛的學術交流與探討，整合不同領域的科學研究成果，促進下肢生物力學的可持續發展，同時也應積極發揮下肢生物力學對醫學、體育以及其他相關領域應有的功效。

3 研究結論

研究對1981-2017年(2017.5.13)CNKI收錄的有關下肢生物力學研究的文獻進行統計計量，運用Citespace Ⅲ 對下肢生物力學研究的發文量趨勢、研究熱點與前沿以及研究力量進行分析，最終得出：

3.1 下肢生物力學研究領域知識總量隨文獻發表數量在不斷增加；三個高峰年將其發展歷程劃分為探索、快速、成熟和至今穩定4個發展階段；對醫學和體育學研究領域的深入可能是造成發文量峰值出現的主要原因。

3.2 30余年的發展，下肢生物力學研究視角逐漸多元化；生物力學、運動生物力學和生物力學原理等研究成為領域的研究熱點，其中部分研究對下肢生物力學研究起到轉折性作用。生物力學原理、腰間盤突出癥等成為領域研究前沿，然而，兩者對下肢生物力學的發展起到截然不同的作用。

3.3 目前，下肢生物力學已經形成國內外科研人員共同參與的情形；領域科研團隊開始大量顯現。科研人員主要集中在綜合類大學，其中樊瑜波、李世明、劉宇等人員成為領域的領軍人物，他們不僅擁有很高的學歷、職稱，而且在社會中有大的影響力，其研究在一定程度上可作為研究領域的科研動向的標桿。

3.4 下肢生物力學領域科研機構已不僅限于單一類型科研機構，醫院、理工和專業性院校成為領域的主要機構。上海體育學院、蘇州大學等由于優良的軟硬條件成為領域主要高產機構。然而，領域科研機構雖多，但機構間合作度卻處于較低的水平。

4 研究局限性

Citespace Ⅲ 雖可客觀地呈現研究領域發展歷史、現狀以及未來的發展趨勢，但該方法的局限也應該收到關注。第一，數據的全面性。可視化分析數據是關鍵，本研究以CNKI為數據庫，以“下肢生物力學”為主題詞進行數據的收集，這里可能存在由于數據庫自身的局限，以及相關領域科研工作者對專業名詞使用混亂，導致所收集的數據并非下肢生物力學研究領域的所有文獻。第二，圖譜解讀的可靠性。圖譜的解讀很大程度依靠作者的專業理論知識、作者對領域發展動向把握等，本研究中作者自身所具備的知識儲備，可能會對圖譜解讀不夠全面、深刻。針對上述局限，研究后續將會采用更大的數據樣本、更全面的圖解方法，同時配合其他方法，提高數據的全面性、準確性，更加準確地呈現領域研究動向。