下肢生物力学研究现状及研究力量分布

梁志强，李建设，顾耀东

(1.宁波大学 体育学院，浙江 宁波 315211；2.宁波大学 大健康研究院，浙江 宁波 315211)

0 前 言

运动生物力学是体育学领域的一门基础应用学科，兴起于20世纪70年代[1]，由力学、生物学和人体运动学等多学科综合交叉形成的一门边缘性学科[2]；近40多年的发展，运动生物力学以其多学科交叉所特有的生命力，使运动生物力学从单纯对人体运动描述性研究发展到对人体内在机理的探讨[3]，目前运动生物力学研究主要集中在方法与理论、运动动作技术生物力学分析、训练方法、运动装备、训练设备和测试仪器等应用与研制、运动损伤和大众体育这6大研究领域[4]。

下肢生物力学是运动生物力学多元分化发展的产物，其在运动动作技术分析[5]、运动损伤[6]、步态研究[7]、疾病诊断与治疗[8]等方面所发挥的重要作用，受到体育界、医学界、鞋具制造界等领域人员的关注，越来越多具有不同研究背景的科研人员开始从事相关方面的研究。

可视化分析可揭示研究领域知识间的联系及演进规律，也可将研究领域内最前沿的研究热点、学科制高点，以图谱的方式呈现出来[9]。因此，本研究基于下肢生物力学对诸领域所发挥的重要作用以及知识图谱可视化功能，运用Citespace Ⅲ对国内下肢生物力学研究的发文情况、研究热点与前沿、研究力量及其相关信息进行呈现，旨客观地呈现下肢生物力学的研究动态，为下肢生物力学以及运动生物力学的研究提供有益帮助。

1 研究对象与方法

1.1 数据源

研究以“下肢生物力学”为检索元，对1981-2017年CNKI(中国知网)收录的下肢生物力力学的文献进行“关键词”、“篇名”、“主题”三次检索(图1)，检索日期截至2017/5/13；考虑到数据的全面性和相关性，研究选用“主题词”方式进行检索，并辅助配合人工阅读标题、摘要、关键词的方法，排除不相关文献，最终确定450篇文献为分析对象。

图1 1981-2017年下肢生物力学文献检索流程图

1.2 研究方法

1.2.1 词频分析法。词频分析法是一种文献计量方法，它利用能够表达文献核心内容的关键词或主题词在文献中出现频次来确定领域研究热点及发展方向；若关键词或主题词在领域研究中反复出现，则表明关键词或主题词所代表的研究主题为该领域的研究热点[10]。

1.2.2 Citespace Ⅲ。Citespace Ⅲ 可视化分析软件由美国雷克赛尔大学、大连理工大学特聘教授陈超美博士开发，软件基于引文分析理论、JAVA语言环境，是一种多元、分时、动态分析复杂网络的可视化应用软件[11]，具有探测研究领域研究热点、前沿及趋势功能[12]。因此，研究运用Citespace Ⅲ (4.0 R5)对下肢生物力学的文献进行可视化分析，呈现下肢生物力学领域研究的相关信息。

2 研究结果

2.1 下肢生物力学发文现状

研究领域文献发表数量与时间的关系反映研究的历史、发展速度以及未来的发展趋势[14]。1981-2017年CNKI收录 “下肢生物力学”的文献450篇，除1982年未收录相关文献外，其余每年以12±9.5篇的数量增长(图2)。不断增长数值反映下肢生物力学相关研究的不断涌现及研究的深入，研究领域知识总量的积累与增加。

图2 1981-2017年下肢生物力学发文量趋势及峰值年分布

某领域期刊论文的时间分布一定程度上反映该领域学术研究的理论水平和发展速度[15]。下肢生物力学30余年的发展，曾出现3次发文量高峰，分别2003年(21篇)、2010年(29篇)、2013年(36篇)。然而，由于下肢生物力学在我国起步较晚，对其发展阶段还未有明确划分。因此本研究以峰值年时间点为标准，对下肢生物力学研究历程进行划分，即：1981-2003年独立探索阶段；2004-2010年快速发展阶段；2011-2013年成熟发展阶段；2014年至今稳定发展阶段。

相较于表面信息，隐藏在发文量背后的信息更有价值；峰值年的文献统计分析显示(图3)：除2010年体育学期刊刊载较少文献外，其他年份医学和体育学期刊刊载大部分相关文献；另外，峰值年文献的内容显示：下肢生物力学在医学领域的研究主要集中于疾病诊断与治疗、外科矫形等方面；在体育学领域主要集中于动作技能优化与创新、运动项目分析等方面。文献的刊载期刊和研究内容共同表明：医学和体育学期刊不仅是下肢生物力学研究的主要刊载期刊，而且也是下肢生物力学的主要研究领域，两者在该领域研究的深入可能是发文量峰值出现的原因。

图3 下肢生物力学峰值年相关文献发表分布

2.2 下肢生物力学研究热点与前沿

关键词是一篇文章核心内容的高度浓缩与提炼[16]，高频和突现性质的关键词反映研究领域研究热点与前沿的发展动向[17]，对其进行分析可预测研究领域热点与前沿发展趋势[18]。运行Citespace Ⅲ，设置适当阈值及图谱的修剪方法与策略，共生成“230个关键词”共现图谱(图4)。

图4 1981 -2017下肢生物力学的研究热点与前沿

从整体看，下肢生物力学经过几十年的发展研究视角间的互动、交流逐渐复杂化、多元化，个别研究视角在局部形成研究规模，如：生物力学、生物力学原理、运动生物力学等，但其整体上还未形成统一的研究范式；然而其发展历程中还存在许多孤立的研究视角，它们形成于下肢生物力学不同的发展时期，且研究多为“单兵作战”的风格；孤立的研究视角蕴涵两种含义：其一，冷色调代表已没落的研究视角，如：放射检查、垂直力、慢性腰腿疼痛等；其二，暖色调则预示正在形成的研究视角，如：三维模型重建、三维步态、下肢力线测量等，研究视角的交替涌现不断地为下肢生物力学研究注入新生力量。

关键词在文献中出现频次可确定领域的研究热点[10]。对下肢生物力学前10个研究热点统计显示(表4)，生物力学频次最高144次，运动生物力学31次，生物力学原理17次；高频的关键词不仅预示生物力学、运动生物力学以及生物力学原理应用等方面的研究是目前研究的主流，也蕴涵着生物力学和运动生物力学这两个成熟领域的理论知识是下肢生物力学研究的基础。热点的中心性是探测关键词其在领域重要性的指标[19]，可衡量关键词在领域中所起的连接作用和预测领域研究前沿[20]。下肢生物力学前十个研究热点中生物力学(0.85)、生物力学原理(0.32)、下肢力量(0.29)、下肢骨折(0.29)、运动生物力学(0.22)等热点具有较高的中心性，它们在整个下肢生物力学研究领域起到很好的衔接作用，并有较大的可能成为领域的研究前沿。

基础理论研究和研究方法的深入是任何一个学科开拓发展的重要前提[22]，目前运动生物力学研究主要围绕基础理论、实践应用、方法手段和若干研究视角展开[21]，下肢生物力学与运动生物力学特殊的关系，其研究理应吻合母学科研究主流。可喜的是，高频和中心性热点，如:生物力学、生物力学原理方面的研究也多属于基础理论和实践的研究。因此，研究得出：下肢生物力学在现阶段正处于理论拓展阶段，通过借鉴相关成熟学科的理论构建自身理论体系并在实践中不断完善。

表4 1982-2017年下肢生物力学前十个研究热点

突现值可以快速识别和探测研究领域的研究前沿、前沿演进趋势以及前沿与相关知识间的关系[23]，且该值可由软件膨胀词探测技术和算法获得[24]。下肢生物力学研究前沿统计显示(表5)，生物力学原理(4.42)和腰间盘突出症(3.82)高的突现值成为研究前沿。生物力学原理研究最早出现在1988年，是领域内历时最长的研究热点，而这方面的研究较为侧重理论研究；另外，生物力学原理中心性也达到0.32，高中心性和突现值再次验证生物力学理论在领域所发挥的重要作用。腰间盘突出症研究出现于2003年，是领域第二大前沿热点；虽然该前沿热点拥有较高的突现值，但该热点中心性却处于很低的水平，其在下肢生物力学研究领域并未起到衔接其他热点的作用，成为一个独立的前沿热点；腰间盘突出症属于医学领域，然而它在领域却处于研究的前沿，这不仅反映下肢生物力学在医学领域所受的重视度，也预示着与医学的融合可能是未来的发展趋势之一。

表5下肢生物力学研究前沿

2.3 下肢生物力科研力量——作者

科研文献作者是科学研究活动的主体[25]，作者的发文量代表其知识产出能力[26]。由于阈值的设置，共有571位符合条件的作者入选，而这部分人员仅占下肢生物力学从业人员中部分比例，仍有相当一部分人员未被选入，这反映出下肢生物力学到目前已形成一定规模的研究队伍。另外，作者间密集的合作关系也隐藏一些信息：第一，研究团队的大量出现。目前，下肢生物力学已形成刘宇和傅维杰等人、李建设等人、李世明等人、樊瑜波等人研究团体等，这些从业人员已积极开展学术交流并形成学术共同体。第二，国内外交流增多，研究从业人员已不限于国内人员。随着下肢生物力学快速发展、对外交流的增多[28]，国外科研人员也开始在领域出现，如：Abbound Rami、Albert I King、David Hryvniak等人。国内外科研人员间广泛的学术交流不仅有利于下肢生物力学的发展，更有利于下肢生物力学研究与世界保持同步。

研究领域从业者是推动领域发展的关键力量[27]。作者发文量统计显示(表6)：北京航空航天大学的樊瑜波教授和中国海洋大学的李世明教授以8篇发文量并列第一，上海体育学院刘宇教授以7篇发文量排名第三。这些高产作者分布于综合类大学和专业性院校，但主要以综合类大学为主，表明综合类大学的科研人员是下肢生物力学研究的主力军。

表6下肢生物力学前十高产作者发文量统计

领域内卓越的研究人员能够引领领域的发展方向[25]。领域高产作者研究、任职等相关信息显示(表7)：下肢生物力学高产作者研究方向涉及医学、物理、机械制造、体育学以及其他学科领域；作者多元化的知识结构对下肢生物力学研究的发展起到很好的支撑作用，它们之间相互交叉、融合发展，共同引领下肢生物力学的研究进展。

学历，是一个人学习经历，它反映学历持有者受教育的程度和其在某一知识领域所具有的资质和水平[29]；某领域从业人员学历的高低，是评估其从业人员专业知识素养的重要指标，也是评估其整体水平高低的重要指标[30]。下肢生物力学领域前十高产作者学历多为博士，学历的角度反映出下肢生物力学研究领域拥有一支高水平科研队伍，领域高产作者具备很高的业内知识素养；他们高深的专业知识储备，多元化的知识结构，为下肢生物力学研究的开展和知识的传播、创造和应用发挥着作用。“教授”是衡量大学教师学术水平的重要标志[31]，而职称是学术管理制度的核心，是政府配置教育资源和学术管理的一项重要政策[32];同理，某研究领域高职称从业人员所占比例，在某种程度上反映出所占资源的多少。下肢生物力学领域前十高产作者中教授6人、副教授3人、讲师1人，副高级以上的人员达到90%，且高产作者在社会组织中均兼要职。从高产作者的职称及其在社会组织中的任职可以看出：领域高产作者：①在领域内有较强的资源控制和学术交流能力；②在社会中有较大影响力，他们可作为现阶段下肢生物力学研究领域的领军人物。

表7下肢生物力学高产作者信息

2.4 下肢生物力学科研力量——机构

对研究领域研究机构的可视化，可以评估机构研究实力以及在领域的影响度[33],从而帮助领域研究者从机构层面发现标杆、寻找差距[34]。到目前为止，我国共有451个科研单位参与下肢生物力学领域的研究(表7)，涉及医院、综合类大学、理工和专业性院校、师范类院校、科学研究所等，但主要以医院、理工和专业性院校为主，表明医院、理工和专业性院校是下肢生物力学研究的核心机构。

表7下肢生物力学研究机构分类

科研文献的发表是对科研机构科学研究活动成果的肯定。下肢生物力学诸多科研机构中，上海体育学院运动科学学院和苏州大学体育学院等机构以其较高的发文量构成下肢生物力学前十高产机构(表8)。对前十高产机构形成的原因分析发现：①高产作者分布于高产机构。下肢生物力学高产机构中有较强的学术科研人员，而且他们大多有学术研究团队，拥有很强的学术氛围；强大的学术实力和研究能力，为下肢生物力学的研究提供软实力上的支持。②高产机构完善的硬件设施。下肢生物力学前十高产机构多有从事下肢生物力学研究的实验室及相关实验室，优良的科研平台，为下肢生物力学的研究提供硬实力的支持。③区域强大的经济实力。下肢生物力学高产机构多分布东部或东部沿海地区，一个地区的科研活动水平与该地区生产总值或其他经济能力有密切关联[35]，地区强劲的经济实力为下肢生物力学研究开展提供经费上的保障。

表8下肢生物力学前十高产机构

科研力量之间的合作与交流可以实现资源的优势互补，促进不同领域知识的交流与共享；这不仅可以提升研究力量研究成果的产出，也可以提升研究成果的影响力[36]。Density(整体网络的密度)是对研究对象间联系程度的反映，它会对行动者的态度、行为等产生的影响[37]。下肢生物力学科研机构网络整体密度仅0.0013，处于很低水平；科研机构过低的网络密度一方面反映出下肢生物力学研究领域的科研机构整体分布的松散，另一方面反映领域科研机构之间缺乏交流与合作，不利于领域知识的交流、传播与扩散。但从另一个视角反映出研究领域仍有较大的合作潜力与前景。因此，研究在此呼吁广大领域科研力量，在参与下肢生物力学研究的同时，积极开展与不同领域科研机构及科研人员广泛的学术交流与探讨，整合不同领域的科学研究成果，促进下肢生物力学的可持续发展，同时也应积极发挥下肢生物力学对医学、体育以及其他相关领域应有的功效。

3 研究结论

研究对1981-2017年(2017.5.13)CNKI收录的有关下肢生物力学研究的文献进行统计计量，运用Citespace Ⅲ 对下肢生物力学研究的发文量趋势、研究热点与前沿以及研究力量进行分析，最终得出：

3.1 下肢生物力学研究领域知识总量随文献发表数量在不断增加；三个高峰年将其发展历程划分为探索、快速、成熟和至今稳定4个发展阶段；对医学和体育学研究领域的深入可能是造成发文量峰值出现的主要原因。

3.2 30余年的发展，下肢生物力学研究视角逐渐多元化；生物力学、运动生物力学和生物力学原理等研究成为领域的研究热点，其中部分研究对下肢生物力学研究起到转折性作用。生物力学原理、腰间盘突出症等成为领域研究前沿，然而，两者对下肢生物力学的发展起到截然不同的作用。

3.3 目前，下肢生物力学已经形成国内外科研人员共同参与的情形；领域科研团队开始大量显现。科研人员主要集中在综合类大学，其中樊瑜波、李世明、刘宇等人员成为领域的领军人物，他们不仅拥有很高的学历、职称，而且在社会中有大的影响力，其研究在一定程度上可作为研究领域的科研动向的标杆。

3.4 下肢生物力学领域科研机构已不仅限于单一类型科研机构，医院、理工和专业性院校成为领域的主要机构。上海体育学院、苏州大学等由于优良的软硬条件成为领域主要高产机构。然而，领域科研机构虽多，但机构间合作度却处于较低的水平。

4 研究局限性

Citespace Ⅲ 虽可客观地呈现研究领域发展历史、现状以及未来的发展趋势，但该方法的局限也应该收到关注。第一，数据的全面性。可视化分析数据是关键，本研究以CNKI为数据库，以“下肢生物力学”为主题词进行数据的收集，这里可能存在由于数据库自身的局限，以及相关领域科研工作者对专业名词使用混乱，导致所收集的数据并非下肢生物力学研究领域的所有文献。第二，图谱解读的可靠性。图谱的解读很大程度依靠作者的专业理论知识、作者对领域发展动向把握等，本研究中作者自身所具备的知识储备，可能会对图谱解读不够全面、深刻。针对上述局限，研究后续将会采用更大的数据样本、更全面的图解方法，同时配合其他方法，提高数据的全面性、准确性，更加准确地呈现领域研究动向。