人工韧带重建膝关节交叉韧带研究现状和热点的可视化分析

膝关节交叉韧带损伤是骨科及运动医学领域的常见损伤，交叉韧带重建术是行之有效的治疗方法。自体移植物、同种异体移植物和人工韧带是目前临床上交叉韧带重建术可选的移植物类型。人工韧带的理论优势在于其有效避免了取腱部位并发症和疾病传播风险；且患者在术后康复较快，可以尽早实现重返运动，同时力学强度大且可调，可以工业化大规模生产满足激增的临床需求。然而早期的人工韧带产品在应用于交叉韧带重建的过程中出现了较高的失败率，在最初的兴起后很快陷入低潮。进入21世纪后，随着手术技术的成熟，韧带设计理念、材料、固定方式等方面的不断更新迭代，人工韧带重新回归人们的视线。为了更好地评估及提升人工韧带重建膝关节交叉韧带的疗效，国内外学者自这一手术诞生至今的几十年中已开展了大量的基础及临床研究。

文献计量学研究通过数学和统计学方法对已发表的学术论文进行定量分析，使用一系列指标评估所研究领域内已发表学术论文的研究现状和研究热点。CiteSpace软件作为科学文献可视化分析的软件，在创伤性骨关节炎、前交叉韧带重建等骨科及运动医学领域获得了良好应用，但目前尚未有学者对人工韧带重建膝关节交叉韧带手术进行文献计量学分析。

本文通过CiteSpace软件绘制图谱，对Web of Science（WOS）及中国知网（CNKI）数据库中有关人工韧带重建膝关节交叉韧带的文献进行分析，结合年度发文量、关键词共现分析、关键词聚类及突现词检测，探讨国内外关于这个领域的研究现状和演进过程，为相关研究的进一步开展提供参考。

1资料与方法

1.1数据来源

以“（artificial ligament OR synthetic ligament OR ligament prosthesis）AND（knee OR cruciate ligament OR ACL OR PCL）”为检索式，对WOS核心合集数据库“主题”字段进行英文文献检索；以“（人工韧带）AND（膝关节OR交叉韧带OR十字韧带）”为检索式，对中国知网（CNKI）数据库“主题”字段进行中文文献检索。检索建库至2022年6月1日有关人工韧带重建交叉韧带领域所有在线已发表文献后，通过阅读文献题目和摘要进行文献筛选及重复检验。在排除学位论文、会议交流论文等文献资料及低相关性资料后，共纳入WOS核心合集数据库相关文献311篇，CNKI数据库相关文献371篇。

1.2数据处理与参数设置

将WOS核心合集数据库检索到的311篇文章以“txt”格式导出到本地；将在CNKI数据库检索到的371篇文献以“refworks”格式导出到本地，并进行格式转换，最终将信息导入到CiteSpace（5.8.R3）软件中进行可视化分析。

2结果

2.1文献发文量趋势

将检索到的文献信息进行分析，从建库至2022年月1日文章数量随时间分布情况如图1所示。早在20世纪60年代，O’Donoghue、Kennedy等国外学者就开始探索使用聚合物制备膝关节交叉韧带移植物；但因他们的报道中均未出现“人工韧带”、“合成韧带”、“韧带假体”等主题词，未被纳入本次检索。WOS核心合集数据库检索出的首篇相关英文文献为1976年Grood等对Richards聚乙烯人工韧带的机械性能研究。在20世纪80年代末英文文献发文量较前显著上升，但很快下降并进入长达10年的平台期。2010年，英文文献发文量出现跳跃式增长，并在近10年内呈现出波动式增长趋势。中国知网数据库中检索到的国内第一篇相关文献为吴春明于1985年对富士川恭辅综述的转译。此后十余年间中文文献发文量均处于较低水平。21世纪初，随着韧带先进加强系统（ligament advanced reinforcement system，LARS）人工韧带进入中国，国内学者开始了对人工韧带重建交叉韧带的基础及临床研究，中文文献发文量逐渐增加。2007年，中文文献发文量出现跳跃式上升，实现了对英文文献发文量的首次超越，并于2010年达到44篇的峰值。近十年的中文文献发文量整体有下滑趋势，于2019年再度被英文文献超越。

2.2关键词共现分析

2.2.1关键词共现图

关键词是对文章内容的精炼表达和高度概括，对其进行共现分析能较好地反映这一领域目前的研究热点以及演变历程。2个或2个以上关键词共同出现在同一篇文章中则相应的几个关键词构成一次关键词共现，共现图能够反映关键词的出现频率、中心性，以及关键词突现情况。高频关键词代表了该领域的研究热点，分析这些关键词的中心性有助于揭示研究热点之间的突变与转化。

图1  CNKI与WOS数据库建库至2022年发文量分布

在CiteSpace软件中选择Pathfinder算法结合Pruning the merged networks，并且合并部分同义关键词，例如“关节镜”与“关节镜下”，对CNKI数据库文献关键词进行分析，得到关键词图谱（图2），其拥有270个节点、510条连线。关键词频次由高到低依次为人工韧带

（165次）、重建（158次）、关节镜（119次）、膝关节（48次）、静电纺丝（37次）、交叉韧带（28次）；中心性排序依次为人工韧带（0.42）、骨隧道（0.40）、组织工程（0.38）、移植物（0.37）、交叉韧带（0.34）。对WOS文献数据库文献关键词进行分析，得到关键词图谱（图3），其拥有487个节点，连线多达1458条。关键词频次由高到低依次为anterior cruciate ligament（132次）、artificial（85次）、reconstruction（78次）、followup（26次）、graft（25次）；中心性排序依次为reconstruction（0.27）、in vitro（0.23）、ACL reconstruction（0.18）、injury（0.18）、knee（0.16）。

2.2.2关键词时区分布图

关键词的时间分布特征反映该研究领域的发展状况和趋势，直观显示特定时间的知识基础和研究前沿。CiteSpace的时区分布图将关键词按照其出现的年份来绘制，节点大小与出现频次成正比，有助于研究者掌握不同时间关键词的特征以及研究热点的现状和发展。CNKI数据库与WOS核心合集数据库文献中关键词布局随时间变化的趋势如图4、图5所示。图中CNKI与WOS核心合集数据库文献大量高频关键词均出现在2000年之前，但此后逐年有新的关键词出现。说明在该领域既有的学科知识基础上，新的知识、概念不断涌现，知识更替速度较快。

左上角角标含义：第一行为制作该图谱所用的CiteSpace软件版本；第二行为该图谱绘制的时间；第三行为数据所在位置；第四行为文献数据的时间区间，括号内为设置的时间切片；第五行为选取区间参数；第六行中N表示网络节点数量，E表示连线数量，Density则表示网络的密度。下图同。

图2CNKI数据库关键词共现图

图3WOS数据库关键词共现图

图4CNKI数据库关键词时区分布

图5WOS数据库关键词时区分布

2.2.3关键词突现

关键词突现分析通过一定算法分析后，得到某时间段内频率激增的关键词，以此代表这一时期内该领域的研究热点问题。图中的突现强度（strength）代表关键词频率变化的强弱，红线则代表突现的持续时间。关键词突现分析反映了该领域研究热点随时间的演变过程。本文根据突现强度列举出前10位关键词，如图6、图7所示。

CNKI数据库中，按突现强度排名前十位的关键词有：静电纺丝（1985）（括号内数字表示该关键词突现开始时间）、人工腱（1986）、碳纤维（1986）、重建（1993）、前交叉韧带（2005）、生物材料（2009）、腘绳肌腱（2014）、综述（2016）、自体肌腱（2016）、关节镜（2018）；WOS数据库中，按突现强度排名前十位的关键词有：knee（1993）、prosthesis（1997）、patellar tendon（2005）、new generation（2009）、tissue engineering（2010）、scaffold（2014）、surgery（2016）、osseointegration（2019）、system（2019）、regeneration（2020）。与关键词时区图分析基本一致。

突现强度排名前十位的关键词

图6CNKI数据库关键词突现图

图7WOS数据库关键词突现图

2.3关键词聚类分析

在关键词聚类图的基础上，分别提取CNKI与WOS核心合集数据库中大规模聚类的基本信息，得到本研究领域的主要关键词聚类列表，如表1、表2所示。表1、表2将数据库中规模前10位的聚类以降序排序，详细描述主要关键词聚类的成员数、轮廓值、文献平均年份及所包括主要关键词信息。轮廓值是衡量整个聚类成员同质性的指标，反映图谱的聚类效果和结构清晰程度，轮廓值>0.7则说明该聚类同质性较好、可信度较高。CNKI数据库与WOS核心合集数据库中每一个主要关键词聚类的轮廓值均大于0.7，表明聚类内部成员间关系紧密、同质性高，聚类有意义。表中每一聚类中的第一个关键词为该聚类的聚类标签，是该聚类中成员的代表性关键词。CNKI数据库中前10个具有代表性的聚类标签分别是#0组织工程、#1静电纺丝、#2人工韧带、#3交叉韧带、#4治疗、#5关节镜、#6异体、#7组织构建、#8克氏针、#9骨隧道；WOS数据库中前10个具有代表性聚类标签分别是#0 surface modification、#1 lars ligament、#2 in vivo、#3 posterior cruciate ligament、#4 model、#5 anterior cruciate ligament、#6 acl reconstruction、#7 ligament prosthesis、#8 polyethylene terephthalate ligament、#9graft。生物相容性、韧带重建、plcl/纤维蛋白原纳米纤维膜、tissue engineering、autograft等并非聚类标签的关键词出现于2个或更多的主要关键词聚类中，同样具有较高的代表性。

成员数：聚类中所包含的文献数量；轮廓值：衡量整个聚类成员同质性的指标，数值越大，代表该聚类成员的相似性越高；平均年份：该聚类中文献的平均年份；关键词：使用Log-LikelihoodRatio（LLR，对数极大似然率）算法提取出的聚类中包含的关键词。

3讨论

3.1年度文献发文量分析——中外人工韧带重建交叉韧带的发展历程与研究现状

一个领域在某时期内的发文量一定程度上可以反映该领域的发展速度与发展趋势。本文对CNKI与WOS核心合集数据库中的中、英文文献年度发文量进行统计，结合关键词时区图将人工韧带重建膝关节交叉韧带的研究大致分为三个阶段。

3.1.1第一阶段：上世纪70年代末至21世纪初，国外人工韧带研究的早期探索阶段

上世纪80年代时，有不少于20种人工韧带产品应用于膝关节交叉韧带重建。在经历了最初10年左右的“黄金发展期”后，人工韧带因失败率较高等原因陷入低潮，逐渐被市场淘汰。这一时期的WOS核心合集数据库年度文献发文量较好地反映了人工韧带在上世纪80年代崛起，又于90年代衰落的发展历程。而同期CNKI数据库发文量则较少，且多以报道这一新手术在国外应用情况的综述类文章为主，直到临近2000年时才有零星的文献报道人工韧带在国内的应用情况。

3.1.2第二阶段：2005年至2012年，LARS人工韧带的临床应用阶段

在这一时期，LARS人工韧带的临床应用获得初步成功，使得人工韧带产品走出了过去十余年的阴霾。国内外文献发文量突飞猛进。2007年，中文文献年度发文量首次超越了英文文献量，LARS人工韧带在我国获得了广泛应用，且在短、中期临床随访研究中取得了满意疗效。陈天午与陈世益教授认为LARS人工韧带的问世恰逢骨科运动医学在国内兴起，国内骨科运动医学领域专家并未经历上世纪末期国外人工韧带的失败潮，对这一技术无严重偏见，这为人工韧带重建交叉韧带在我国的发展提供了良好的条件。

3.1.3第三阶段：2013年至今的10年，LARS人工韧带的基础及临床研究的快速发展阶段

从CNKI与WOS核心合集的年度文献发文量来看，2013年至今的10年中LARS人工韧带的相关研究整体处于较高水平，说明各个团队对人工韧带的相关研究仍处于快速发展阶段。在这一时期，英文文献呈现出波动式增长，而中文文献发文量较之前有所下滑，于2019年起被英文文献所超越。值得一提的是，近10年WOS核心合集数据库中的大量相关文献均由我国学者与机构发表，我国学者为推动该领域的持续发展做出了巨大贡献。

3.2英文文献关键词分析——国外人工韧带重建交叉韧带研究的演进过程

3.2.1发展初期：上世纪70年代末至21世纪初，主要关键词为“knee”、“prosthesis”，标志着人工韧带成为膝交叉韧带重建的移植物新选择

关键词分析注重于探索文章主题、核心的演进过程，通过共现分析与聚类分析展现其各个发展阶段中的研究热点。早在20世纪初，德国、英国医生便开始尝试用人工材料修复膝关节交叉韧带损伤，但此时尚未出现批量生产的人工韧带产品广泛应用于临床。“人工韧带”这一概念的建立以及人工韧带产品的大量涌现始于20世纪70年代，对应于前文人工韧带重建交叉韧带研究发展过程中的第一阶段，即研究初期。这一时期英文文献发文量较低，高频关键词“knee”、“prosthesis”标志着人工韧带在膝关节交叉韧带重建领域中的初步应用，但尚未形成规模较大的关键词聚类。

在1990年前后，英文文献发文量有了第一次显著增长，多家国外机构报道了Dacron™、Gore-Tex™、Leeds-Keio™等早期人工韧带产品用于膝关节交叉韧带重建的随访研究，但研究结果间呈现出严重的异质性，部分研究报道了较理想的随访结果，也不乏抨击其疗效与安全性的报道。同时期，美国的组织库发展很快，异体组织移植成为时尚，异体骨-髌腱-骨（bone-patella tendon-bone，BPTB）重建交叉韧带成为运动医学领域的研究热点，被捧为交叉韧带重建移植物选择的“金标准”，而人工韧带则陷入长达十余年的沉寂。据加拿大骨科协会2000年的报道，仅有12%～15%的外科医生会选择人工韧带作为前交叉韧带重建的首选移植物。

人工韧带重建膝关节交叉韧带在研究初期出现众多负面报道的首要原因是早期人工韧带产品在设计理念、材料选择、生产工艺方面存在一定缺陷，移植物生物力学性能与生物相容性均不甚理想。除产品本身不足之外，骨道定位不准确等术者操作因素也导致了不同研究对其安全性与有效性截然不同的报道。

3.2.2发展中期：2005年至2012年，主要关键词为“lars ligament”、“laxity”，突显出国外学者对LARS人工韧带重建交叉韧带术后疗效与并发症的强烈关注

2005年前后，英文文献发文量较前有了显著提升，出现了大量高中心性、高频性和突现性节点，且逐渐形成了“lars ligament”、“in vivo”等多个大规模关键词聚类。法国学者Laboreau发明的LARS人工韧带是新一代人工韧带的代表，关节腔内外部分采用了分段仿生结构设计，在确保移植物生物力学性能的同时兼具“支架型”人工韧带促进成纤维细胞爬行及自体组织长入的特性。LARS人工韧带在全球范围内的广泛应用标志着人工韧带逐渐走出低潮期，进入发展演进过程中的新阶段。

在2005～2012年期间，众多机构报道了LARS人工韧带重建膝关节交叉韧带的短、中期疗效，且不乏与自体BPTB、腘绳肌腱疗效对比的高质量随机对照研究。大部分研究结果显示LARS人工韧带重建膝关节交叉韧带在术后早、中期疗效不劣于自体重建，患者术后膝关节稳定性良好，能够更早重返运动。“laxity”、“synovitis”等关键词一方面反映出这一时期的相关研究肯定了人工韧带移植物对于减轻交叉韧带重建术后膝关节残留松弛的临床意义，另一方面也提示了国外学者对移植物失效及滑膜炎等并发症的强烈关注，为人工韧带重建交叉韧带的进一步研究提供了参考。

3.2.3发展新时期：2013年至今的10年，主要关键词为“surface modification”、“polyethylene terephthalate ligament”，预示学科融合发展成为人工韧带重建交叉韧带相关研究的必然趋势

近10年是人工韧带重建交叉韧带相关研究稳步发展的新时期，中英文文献发文量较2012年之前有了显著增加，且整体保持了波动式增长的趋势。这一阶段涌现出大量高频性、高中心性和突现性节点，反映出学界对人工韧带重建交叉韧带的认识较前有了显著提升。#0聚类作为强度最高的聚类，其中包含的“surface modification”、“graft-bone healing”、“tissue engineering”等高频关键词揭示了通过表面改性等技术解决移植物-骨整合难题是近10年的研究热点。#8聚类是最新出现的大规模聚类，由“polyethylene terephthalate ligament”、“protein adsorption”等关键词构成。PET作为LARS等新一代人工韧带产品的材料，其组织粘弹性与延展性较差，还具有疏水性和化学惰性等缺陷，对其材料性能和组织相容性的提升成为了最新的研究热点。由此可见，近10年中组织工程学、生物医学材料学等新兴学科与运动医学融合发展，对提升人工韧带产品性能、改善手术疗效起到了重要推动作用。临床研究方面，近10年的相关研究逐渐将随访时间增加到术后10年以上，更加关注术后远期疗效。但时至今日，人工韧带重建膝关节交叉韧带的远期疗效尚有待进一步观察，未来需要更多大样本的数据来验证其安全性与有效性。

3.3中文文献关键词分析——国内人工韧带重建交叉韧带研究的演进过程

3.3.1发展初期：上世纪80年代至21世纪初，主要关键词为：“人工腱”、“碳纤维”，提示国内学者对人工韧带形成初步认知

国内人工韧带重建膝关节交叉韧带的相关研究起步明显晚于国外，但整体演进过程与国外相似，进入每一新发展阶段的时间节点也与国外基本相同。CNKI数据库中人工韧带重建膝关节交叉韧带的文献最早于1985年发表，此时人工韧带产品尚未进入中国市场。

1990年以前的相关研究以文献综述、国外文献转译为主，“静电纺丝”、“人工腱”、“碳纤维”等高频关键词在这一时期开始突现，反映了我国学者对于人工韧带重建膝关节交叉韧带这一国外新兴技术的最初认知。21世纪之前，中文文献发文量均处在较低水平，且鲜有关于人工韧带的基础研究或临床应用报道，人工韧带在当时尚未引起国内骨科运动医学从业者的充分关注。也正因此，国内大多数学者并未经历这一时期人工韧带产品在国外应用的“失败潮”，对这一技术持包容态度，为下一阶段人工韧带产品在国内的广泛应用提供了良好条件。

3.3.2发展中期：2005年至2012年，主要关键词为“股薄肌腱”、“保残重建”、“生物相容性”，国内相关研究机构后来居上，临床与基础研究齐头并进

进入21世纪以后，LARS人工韧带开始大规模进入国内市场。中文文献发文量在2007年前后出现跳跃式增长，多家机构肯定了LARS人工韧带运用于膝关节交叉韧带重建在术后短、中期的疗效。关键词聚类图谱显示，相关研究代表性聚类前10位中的7个均产生于2006-2012年间，印证了这一阶段国内相关研究的快速发展。#3聚类中包含的“股薄肌腱”、“骨-髌腱-骨”等关键词表明人工韧带与自体肌腱重建交叉韧带的疗效优劣比较是国内学者在这一阶段最关心的问题，还强调了“保残重建”的重要性。“生物相容性”这一高频关键词频繁出现于多个大规模聚类中，表明国内学者较早地认识到提升人工韧带产品生物相容性对于术后疗效的意义，人工韧带与当时国内兴起的生物材料实现了早期的融合发展。

3.3.3发展新时期：2013年至今的10年，主要关键词为：“骨道异常”、“组织工程”，国内人工韧带重建交叉韧带相关研究稳步推进，显示出广阔的发展空间。

近10年间，LARS人工韧带仍是国内学者行交叉韧带重建术时的常用移植物选择。得益于较大的患者基数与骨科运动医学从业者的耕耘，我国人工韧带重建交叉韧带的手术数量和质量处于国际领先水平。“骨道异常”、“固定失效”等关键词在这一时期开始突现，标志着国内相关机构的临床研究层次较前有所提高。与国外相关研究的持续性增长相比，中文文献发文量较2010前后年的峰值有所下降，且整体呈现出下滑趋势。另一方面，近10年中文文献中未产生新的代表性聚类，研究内容与层次较之前尚未实现跨越式发展。但仅凭借中文文献的发文数量与研究热点分析并不能全面概括我国近些年来在这一领域的研究水平，因为国内学者在近10年内发表了多篇高质量英文文献，为推动这一技术的持续发展做出了杰出贡献。可以预见的是，人工韧带重建交叉韧带在国内仍有着巨大的发展空间和广阔的发展前景。伴随着国内生物医学材料和组织工程等学科的兴起，中国在这一领域的学术影响力将进一步提升。

3.4国内外相关研究的相似性与差异性

国内外有关人工韧带重建交叉韧带的研究既有相似性，也有差异性。相似性体现在：①国内外研究整体上均呈现出“三阶段”发展模式，且每次进入新阶段的时间节点基本一致。②国内外相关研究在2005年前后均有显著发展，年度文献发文量激增并形成了数个大规模关键词聚类。这一时间节点对应于LARS人工韧带在全球范围内的广泛应用，人工韧带重建交叉韧带相关研究进入快速发展期。③人工韧带与自体肌腱重建交叉韧带的临床疗效对比一直是国内外团队临床研究的热点；但目前研究仍以回顾性研究为主，高质量随机对照试验研究较少，研究结果证据等级强度不高。④现阶段国内外对于人工韧带重建交叉韧带的规范化治疗、远期预后及术后并发症都有更多关注，是这一领域临床研究的新趋势。

国内外相关研究的差异性体现在：①研究初期，国内人工韧带产品未获得大规模应用，中文文献多以报道这一新技术的综述为主。②在相关研究的第二阶段，国内大型运动医学中心由于有着较大患者基数，手术量和发文量均实现了对大量国外机构的反超，达到国际先进水平。③近10年间中文文献的研究内容和研究层次未实现显著发展，技术发展相对迟缓。

4小结

本文通过可视化文献计量学分析展现了人工韧带重建交叉韧带近50年发展历程中不同阶段的研究热点与演进过程，总结了这一领域的研究现状和研究趋势。国内外相关研究的相似性与差异性并存，我国研究团队为推动这一研究领域的持续发展作出了巨大贡献。人工韧带重建交叉韧带还有很大的探索空间，深入的临床研究将进一步推动这一技术的规范化应用；而其与生物医学材料学和组织工程学等新兴学科的融合发展将是未来的研究重点和方向。

引自：宋廷轩,徐一宏,陈俊,陈世益,徐卫东. 人工韧带重建膝关节交叉韧带研究现状和热点的可视化分析[J]. 中国运动医学杂志,2023,42(02):131-140.

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