黃金 呂嬌嬌 傅維杰 劉宇 黃靈燕*

(1.石家莊人民醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 河北石家莊 050091;2.上海體育學(xué)院“運動健身科技”省部共建教育部重點實驗室 上海 200438)

運動生物力學(xué)是生物力學(xué)的重要分支，是體育科學(xué)的重要組成部分，是結(jié)合力學(xué)和生物學(xué)的原理研究體育運動中人體（或器械）復(fù)雜的運動形式及變化規(guī)律的一門學(xué)科。該研究通過Web of Science 中收錄的2010—2020年相關(guān)文獻，借助有效獲取知識、發(fā)現(xiàn)知識和探尋知識前沿的文獻計量軟件——基于JAVA 平臺的CiteSpaceⅤ可視化信息軟件（版本號5.6.R4），結(jié)合科學(xué)計量學(xué)理論，繪制科學(xué)知識圖譜，分析國外運動生物力學(xué)研究學(xué)科特征及前沿?zé)狳c，從而能更好地推動我國運動生物力學(xué)研究者追蹤國際研究進展，發(fā)展我國運動生物力學(xué)事業(yè)。

1 研究結(jié)果與分析

1.1 運動生物力學(xué)研究的學(xué)科耦合分析

耦合分析的概念始于1963 年美國麻省理工學(xué)院Kessler教授提出的“文獻耦合”概念，指的是如果2篇文章共同引用了同一篇或多篇參考文獻，那么這2 篇文獻間便存在引文上的耦合關(guān)系。邱均平認為，耦合關(guān)系不僅僅局限在同時引證的兩篇論文之間，它揭示的是一類普遍存在的關(guān)系，即2個（或2個以上）不同主體與同一客體間的關(guān)系。因此，“文獻耦合”概念可以進一步應(yīng)用于關(guān)鍵詞耦合、作者耦合、期刊耦合和學(xué)科耦合等。通過CiteSpaceⅤ軟件對2010—2020年國外運動生物力學(xué)研究領(lǐng)域的文獻的學(xué)科進行雙圖疊加，得到學(xué)科耦合圖，通過Z-score 簡化按鈕合并相關(guān)連線，得到學(xué)科耦合簡化圖（見圖1）。

如圖1 所示，雙圖疊加的學(xué)科耦合圖譜由兩部分組成。Part1表示全部來源數(shù)據(jù)的參考文獻構(gòu)成的學(xué)科分布圖，Part2表示全部來源數(shù)據(jù)中的施引文獻構(gòu)成的學(xué)科分布圖。兩部分以運動生物力學(xué)研究為中介形成了學(xué)科之間的耦合聯(lián)系。從圖1 可以看出，Part1 中有關(guān)運動生物力學(xué)的研究主要參考了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、神經(jīng)學(xué)、體育科學(xué)等領(lǐng)域的研究，這些學(xué)科作為運動生物力學(xué)研究的知識來源，為后續(xù)的研究奠定了一定的理論基礎(chǔ)。結(jié)合兩部分的連線以及Part2圖像來看，運動生物力學(xué)研究同樣對衛(wèi)生健康學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、教育學(xué)、社會學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。連線的顏色反映了學(xué)科之間的聯(lián)系路徑，粗細表示學(xué)科之間的密切程度。尤其是運動生物力學(xué)領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)研究與生物學(xué)、衛(wèi)生健康學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、體育科學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科的研究連線較粗，說明以上學(xué)科在該領(lǐng)域的研究中產(chǎn)生了交叉與互動。

圖1 運動生物力學(xué)研究學(xué)科的雙圖疊加圖

綜上所述，運動生物力學(xué)研究逐漸成為一項多學(xué)科交叉的綜合研究議題。不同學(xué)科和專業(yè)的知識，為運動生物力學(xué)研究提供了基礎(chǔ)的理論與方法，同時多學(xué)科的交叉互補又能夠在一定程度上彌補單一學(xué)科研究的片面性。因此，在學(xué)科交叉的背景下，對運動生物力學(xué)進行綜合研究成為一種趨勢。

1.2 運動生物力學(xué)研究熱點分析

關(guān)鍵詞是作者從文章中提取出來能凝練文章中心主題的詞語，不僅是作者研究成果的核心，也是對文章內(nèi)容最簡潔、最準確的表達。通過對關(guān)鍵詞的共現(xiàn)聚類，既可以找到某一研究領(lǐng)域內(nèi)不同時間段的重點研究主題，還可以準確歸納出該領(lǐng)域的熱點。運行CiteSpaceⅤ得到運動生物力學(xué)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類的時間線圖（見圖2），圖譜左上角的參數(shù)中Modularity 為聚類模塊值（Q 值），是網(wǎng)絡(luò)模塊化的評價指標，Q 的取值范圍為0～1，Q＞0.3 表示得到的聚類結(jié)構(gòu)是顯著的。Mean Silhouette 為聚類平均輪廓值（S 值），是網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性的評價指標。S＞0.5，認為聚類結(jié)果是合理的；S＞0.7，認為聚類結(jié)果是具有高信度的。圖2中，Q=0.8033，S=0.7081，說明此聚類結(jié)構(gòu)顯著，結(jié)果具有高信度。結(jié)合圖2中的相關(guān)節(jié)點與表1中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，將國外運動生物力學(xué)的研究熱點歸納如下。

1.2.1 運動損傷的生物力學(xué)

預(yù)防運動損傷是運動生物力學(xué)研究的一項基本任務(wù)，從運動損傷發(fā)生的機制，到運動損傷檢測與研究方法，再到相關(guān)應(yīng)用研究越來越普及與深入。近年來，運用運動生物力學(xué)理論和方法對骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉和韌帶等進行探討，一直是運動損傷生物力學(xué)研究的熱點。結(jié)合圖2與表1，該研究對膝關(guān)節(jié)的運動生物力學(xué)研究進行分析。

表1 國外運動生物力學(xué)研究關(guān)鍵詞

圖2 國外運動生物力學(xué)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)-聚類的時間線圖

膝關(guān)節(jié)是人體最復(fù)雜的關(guān)節(jié)，在參與運動過程中通過關(guān)節(jié)的屈伸完成功能性運動。雖然膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)承受負荷的閾值尚未確定，但過度負荷后，非常容易引起疲勞進而導(dǎo)致勞損。膝關(guān)節(jié)韌帶數(shù)量多，解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）和后交叉韌帶（posterior cruciate ligament，PCL）是維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)，呈鉸鏈式連于股骨髁間窩及脛骨的髁間隆起之間，防止脛骨沿股骨向前后移位。在膝關(guān)節(jié)損傷中，ACL 損傷是體育運動中最常見和最嚴重的損傷之一，ACL損傷的危險因素從環(huán)境、解剖結(jié)構(gòu)、激素水平、遺傳因素和生物力學(xué)神經(jīng)肌肉控制等方面進行了研究。

1.2.2 運動生物力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取方法與手段

運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取方法與手段不斷更新，使得三維動作捕捉系統(tǒng)對數(shù)據(jù)點的識別、采集和處理越來越接近真實的人體。Optitrack三維動作捕捉系統(tǒng)是美國Natural Point 公司生產(chǎn)的高性能光學(xué)跟蹤系統(tǒng)，常用于體育技術(shù)動作的分析、運動傷病的預(yù)防以及醫(yī)療康復(fù)分析等領(lǐng)域。光學(xué)測量系統(tǒng)Optojump具有無干擾、精確度高、成本低的特點，能夠在比賽現(xiàn)場使用并提供實時反饋。Healy 等研究發(fā)現(xiàn)，因Optojump 系統(tǒng)的設(shè)計，其發(fā)射器和接收器位于距離地面0.003m 的高度，雖在測量觸地時間和騰空時間上稍有差異，但總時間并無差異，Optojump系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的總體時間有效性。

1.2.3 步行動作的運動生物力學(xué)

從運動生物力學(xué)角度看，人體的步態(tài)運動通常簡化為多個剛體組成的鏈狀多剛體系統(tǒng)的平面運動，根據(jù)這一理論，通過現(xiàn)代測量技術(shù)，可對人體行走時身體各部分，特別是下肢的運動和受力情況進行客觀記錄和定量分析。步態(tài)分析旨在通過力學(xué)原理、處理手段和人體解剖學(xué)、生理學(xué)知識，揭示步態(tài)異常的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及影響因素，有助于機制研究、臨床診斷以及康復(fù)評估等。膝骨性關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）臨床表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)疼痛和活動受限。步態(tài)分析對KOA的臨床診斷具有一定的指導(dǎo)意義。Zeng等通過新型三維步態(tài)分析系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，KOA 患者的膝關(guān)節(jié)活動范圍明顯縮小，隨著Kellgren-Lawrence（K/L）評分的增加，足跟著地和站立中期階段膝關(guān)節(jié)屈曲角度增加，擺動期膝關(guān)節(jié)屈曲峰值下降。因此，步態(tài)分析有助于對KOA患者進行程度分期，了解不同階段的步態(tài)特征，有利于疾病診斷和制訂治療方案。

2 結(jié)語

該研究借助CiteSpaceⅤ可視化分析軟件，通過科學(xué)知識圖譜的分析方法，對國外運動生物力學(xué)研究的學(xué)科特征及熱點內(nèi)容進行探討。從分析結(jié)果來看，2010—2020年國際運動生物力學(xué)研究主題具有以下特征：（1）形成了以體育科學(xué)為主導(dǎo)的多學(xué)科交叉的復(fù)合型學(xué)科群；（2）運動損傷生物力學(xué)的研究日益增多，逐漸成為運動生物力學(xué)研究的重要組成部分；（3）隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，運動生物力學(xué)的研究水平隨之提高。國際運動生物力學(xué)研究的未來趨勢依然偏重運動損傷的預(yù)防與康復(fù)，同時提高研究方法的科學(xué)性、擴大研究視角以及借助多學(xué)科的方法與思路研究解決人體運動問題是未來的一個重要方向。