張紅梅
X線放射攝影技術(shù)是最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像技術(shù),是目前最為普及、方便和廉價的影像診斷技術(shù),在現(xiàn)代醫(yī)療中發(fā)揮著極為重要的作用[1]。最初的X線成像系統(tǒng)主要由高頻高壓發(fā)生器、X射線管和熒光屏組成。高頻高壓發(fā)生器激勵X射線管發(fā)出X射線束,該射線束經(jīng)準(zhǔn)直后對準(zhǔn)患者需檢查的部位,并透射過人體后在熒光屏上產(chǎn)生明暗變化的可見光使膠片感光,從而得到患者檢查部位的X光片。
20世紀(jì)70年代后期出現(xiàn)計算機(jī)X線攝影(computed radiography,CR)技術(shù),CR技術(shù)推動了X線成像系統(tǒng)數(shù)字化的進(jìn)程。在CR系統(tǒng)中,利用一種成像板(IP板)取代了熒光屏和膠片[2-3]。人體的X射線信息潛像被記錄在一種可反復(fù)使用的成像板上,再利用激光對IP板進(jìn)行掃描,存儲在IP板中的能量被釋放出來,并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息。CR系統(tǒng)可安裝于傳統(tǒng)X射線機(jī)中,實現(xiàn)傳統(tǒng)屏片式X射線機(jī)的數(shù)字化。但CR系統(tǒng)還不是真正的直接數(shù)字化成像,其圖像質(zhì)量和臨床應(yīng)用仍無法完全替代傳統(tǒng)的膠片成像。
20世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)的數(shù)字放射攝影(digital radiography,DR)技術(shù)從根本上改變了X線成像系統(tǒng)的工作方式,其成像器件是X射線探測器,可直接將X射線轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號[4]。相對于CR成像系統(tǒng),DR減少了光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)而使其圖像分辨率大幅提高。DR可獲得比傳統(tǒng)X線機(jī)和CR更好的圖像,具有更好的局部和細(xì)節(jié)特征分辨率。X線機(jī)的表現(xiàn)形式突破了原有的平片攝影的單一模式,出現(xiàn)了手術(shù)用的移動C型臂X線機(jī),乳腺專用的乳腺機(jī),適于攜帶的便攜式、車載式X線機(jī)及牙科機(jī)等。目前,X線機(jī)技術(shù)向著與臨床緊密結(jié)合日趨明顯。
X線機(jī)作為歷史悠久的成像設(shè)備在臨床上發(fā)揮著不可取代的作用,其市場需求量很大。X線機(jī)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上主要呈現(xiàn)下述3個特點。
X線機(jī)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)明顯的階段性,其發(fā)展經(jīng)歷了膠片成像、CR和DR的發(fā)展階段。雖然采用最新技術(shù)的數(shù)字化X線機(jī)的CR和DR在臨床應(yīng)用上具有膠片模式的X線機(jī)無法比擬的優(yōu)點,但由于X線機(jī)是一種普及型、臨床必備的成像設(shè)備,具有成本優(yōu)勢的膠片型X線機(jī)并未退出市場,目前,基于這3種成像方式的X線機(jī)在市場上并存,分別在低、中、高端市場上占有一席之地,并且這一狀況仍將延續(xù)相當(dāng)長的一段時間。
隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)和影像技術(shù)的發(fā)展,X線機(jī)的應(yīng)用已遠(yuǎn)不止僅拍攝平片的功能,其與臨床應(yīng)用的緊密結(jié)合極大地擴(kuò)展了X線機(jī)的應(yīng)用范圍。先后出現(xiàn)了床旁拍片機(jī)、便攜式X線機(jī)及車載X線機(jī)[5-7]。大型血管機(jī)的應(yīng)運而生,成為介入手術(shù)必備的設(shè)備。為了適應(yīng)不同部位和組織的拍片需要,出現(xiàn)了乳腺機(jī)、胃腸機(jī)以及專門適用于脊柱拍片的X線機(jī),為醫(yī)學(xué)診斷和治療提供了便利[8-11]。近年來出現(xiàn)了X線機(jī)與其他影像設(shè)備相結(jié)合的新型影像設(shè)備,進(jìn)一步拓寬了X線機(jī)的應(yīng)用范圍。
西門子、飛利浦和GE公司作為醫(yī)療設(shè)備企業(yè)的三大巨頭,長期壟斷國內(nèi)的高端X線機(jī)市場,東芝、日立和銳柯等國外公司也都占據(jù)了很大的市場份額,國內(nèi)企業(yè)主要有萬東、邁瑞、東軟、藍(lán)韻、上海醫(yī)療器械廠等。國內(nèi)企業(yè)雖為數(shù)眾多,但規(guī)模和技術(shù)實力均無法與國外跨國公司相比,一些關(guān)鍵部件(如平板探測器和球管)仍大量依賴國外進(jìn)口。目前,我國的生產(chǎn)企業(yè)也開始涉足DR技術(shù)的研發(fā),上海奕瑞公司和江蘇康眾公司均為專門生產(chǎn)DR系統(tǒng)中的平板探測器廠家。我國企業(yè)已開始掌握高端X線機(jī)的核心技術(shù),逐步縮小與國外跨國公司的距離,擴(kuò)大了市場占有率。
基于我國中、高端X線機(jī)技術(shù)長期被國外跨國公司壟斷的不利局面,通過對國內(nèi)和國外X線機(jī)的專利申請情況進(jìn)行分析,從中了解X線機(jī)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò),摸清技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,明確關(guān)鍵技術(shù)和前瞻性技術(shù)及其在我國的專利布局情況,從而為我國相關(guān)行業(yè)打破國外跨國公司的技術(shù)和市場壟斷、實現(xiàn)跨越式發(fā)展提供有效的參考。
本研究的專利數(shù)據(jù)來源于中國專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(CNPAT)、德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(WPI)以及歐洲專利局專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(EPODOC)。對于中國專利的檢索時限設(shè)定為截止至2012年7月26日,對國外專利的檢索時限設(shè)定為截止至2012年9月6日。
(1)對X線機(jī)所涉及的技術(shù)領(lǐng)域確定其國際分類號(IPC)。X線機(jī)所涉及的分類號主要在A61B6中,另外在H05G1,H01J35,H01L031/11,G01T1分類號下也包含涉及X線機(jī)電氣方面的專利文獻(xiàn)。由于在A61B6分類號下還包括CT設(shè)備,為了避免噪聲,在分類號的基礎(chǔ)上確定本領(lǐng)域的關(guān)鍵詞,通過分類號結(jié)合關(guān)鍵詞的方式進(jìn)行檢索。
(2)利用專利分析軟件將檢索到的結(jié)果進(jìn)行專利分析,獲得涉及X線機(jī)技術(shù)的全球以及中國專利分析結(jié)果。
(3)根據(jù)專利軟件所分析的結(jié)果梳理出關(guān)于X線機(jī)專利技術(shù)在國內(nèi)外的總體狀況,重點專利技術(shù)狀況,國內(nèi)X線機(jī)產(chǎn)業(yè)所面臨的專利風(fēng)險和機(jī)遇,以及我們應(yīng)當(dāng)采取的應(yīng)對措施。
截至2012年9月6日,在德溫特WPI數(shù)據(jù)庫共檢索到涉及X線機(jī)技術(shù)的專利申請共18124項,其中年代以專利申請的優(yōu)先權(quán)日為準(zhǔn),同族申請計為一項進(jìn)行統(tǒng)計。經(jīng)統(tǒng)計后的全球歷年專利申請量如圖1所示。
圖1 X線機(jī)全球歷年專利申請量圖
(1)1960-1972年為第一階段,在此階段X線機(jī)的專利申請量雖然也在逐年上升,但總量小,每年的申請量不足百件。
(2)1973-1997年為第二階段,在此階段X線機(jī)的專利年申請量超過百件,申請量從100余件逐年上升至400余件,此間在X線機(jī)領(lǐng)域一種新的CR技術(shù)開始出現(xiàn)并得以快速發(fā)展,DR也開始出現(xiàn),這體現(xiàn)在專利申請數(shù)量的穩(wěn)步增長。
(3)1998-2009年為第三階段,在此階段X線機(jī)的專利申請量有了迅速的增長,特別是在2000年至2006年間,專利申請量增長迅猛,此間在X線機(jī)領(lǐng)域數(shù)字化探測技術(shù)迅速發(fā)展的同時,與數(shù)字化X攝影密切相關(guān)的成像技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)也得以快速發(fā)展,這都帶動了在X線機(jī)領(lǐng)域?qū)@暾埩康难杆僭鲩L,其過程一直持續(xù)至今(2007年由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響出現(xiàn)短暫下滑),在數(shù)十年間,全球的專利年申請量達(dá)到了1000余件。2010年和2011年的數(shù)據(jù)由于專利文獻(xiàn)公開滯后的原因,只作為參考。近年來,X線機(jī)技術(shù)研發(fā)仍很活躍,申請總量維持高位。
為了研究X線機(jī)專利技術(shù)的區(qū)域分布情況,本研究對采集到的X線機(jī)專利數(shù)據(jù)樣本按申請所在國家、地區(qū)或組織進(jìn)行了統(tǒng)計(如圖2所示)。
圖2 X線機(jī)專利技術(shù)區(qū)域分布
在德溫特WPI數(shù)據(jù)庫中檢索到的X線機(jī)技術(shù)的全球?qū)@暾埞采婕?5個國家、地區(qū)以及區(qū)域性組織。本研究選取按優(yōu)先權(quán)計首次專利申請量排名靠前的國家、地區(qū)以及區(qū)域性組織的專利申請數(shù)據(jù),從首次申請量排名情況、主要優(yōu)先權(quán)國家的專利申請量歷年分布和技術(shù)領(lǐng)域分布等對涉及X線機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的全球?qū)@麌覅^(qū)域分布特點進(jìn)行分析。
(1)日本、美國和德國分別占據(jù)了專利申請量的前3位,該3國的專利申請總和已經(jīng)占了全球?qū)@暾埩康?0%以上,說明其3個經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國在X線技術(shù)領(lǐng)域擁有強(qiáng)大的技術(shù)實力,也表明各個國家之間在X線機(jī)技術(shù)方面發(fā)展極不均衡,核心技術(shù)掌握在少數(shù)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國手中。PCT國際申請量居于第4位,表明各個國家開始趨向于在全球進(jìn)行專利布局。中國以總量757件占據(jù)第6位,表明在我國申請的X線技術(shù)專利數(shù)量也處于世界前列。
(2)具體到各個國家或地區(qū)申請量如圖2所示,其中在日本的申請量達(dá)到5732項,占據(jù)量高達(dá)32%,美國以3597項居于第2位,其申請量占到了全球申請量的20%,德國以2668項占據(jù)全球申請量的15%,國際申請占到11%,歐洲占8%,其他國家和地區(qū)則占據(jù)剩余的14%份額。占比圖顯示,美、日和歐3個國家和地區(qū)占據(jù)了X線機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的絕大部分申請量,尤其是日本,雖然起步較晚卻以32%的份額排名世界第一,不僅表明日本在X線機(jī)技術(shù)領(lǐng)域擁有強(qiáng)大的技術(shù)實力,也表明了日本企業(yè)相對于其他國家的企業(yè)更重視專利策略。綜合而言,在X線技術(shù)領(lǐng)域中居于前列的國家或地區(qū),基本既是技術(shù)的主要研發(fā)國,又是各國相互競爭的重要市場,其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實力不容小覷。
為了分析X線機(jī)技術(shù)的主要競爭者,對所采集的國外專利申請數(shù)據(jù)按主要申請人進(jìn)行統(tǒng)計,統(tǒng)計中綜合考慮了合作申請人的情況。如圖3所示,申請量前10位申請人分別為西門子公司(SIEI,2195項)、東芝公司(TOKE,1546項)、島津公司(SHMA,1277項)、GE公司(GENE,1096項)、佳能公司(CANO,1007項)、日立公司(HITR,853項)、飛利浦公司(PHIG,845項)、富士膠片公司(FUJF,782項)、柯尼卡美能達(dá)公司(KONS,547項)和瓦里安公司(VARI,116項)。前10位申請人的專利申請共10264項,占申請總量的56.6%,表明在X線機(jī)技術(shù)領(lǐng)域行業(yè)集中度很高,并且這些技術(shù)基本都掌握在著名的跨國公司手中。其中,日本企業(yè)所占比例最高,表明日本企業(yè)在X線技術(shù)領(lǐng)域申請活躍,并非常重視在各國的專利布局。在排名前10的申請人中沒有中國申請人,這表明我國目前還沒有在X線機(jī)領(lǐng)域具有全球競爭力的企業(yè)。
圖3 全球居于前10位的X線機(jī)專利申請人申請量
截止2012年7月26日,中國專利數(shù)據(jù)庫(CPRS)收錄的有關(guān)X線機(jī)領(lǐng)域的專利申請共1727件,相關(guān)專利申請年度變化情況如圖4所示。
圖4 X線機(jī)中國專利歷年申請量
圖4顯示,自1985年中國專利制度建立開始,在X線機(jī)技術(shù)領(lǐng)域就已有企業(yè)申請專利,表明X線機(jī)作為一種成熟的醫(yī)學(xué)影像產(chǎn)品,在早期中國已有了一定的發(fā)展。但早期在X線機(jī)領(lǐng)域的申請量較小,從1985年直到2002年申請量均在年申請量40件以下,從2003年開始,申請量猛增至每年101件,此后一直保持在年申請量100件以上,直到2010年突破200件??梢娢覈鳻線機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量具有明顯的階段性,其分界點在2003年,由于從那時起國外來華申請開始出現(xiàn)大幅增長,國外企業(yè)開始大舉進(jìn)入中國市場。與全球在X線機(jī)領(lǐng)域的專利申請量趨于穩(wěn)定所不同的是,近年在中國申請的X線機(jī)技術(shù)一直處于快速增長的態(tài)勢,這種趨勢目前還在持續(xù)中。
如圖5所示,在X線機(jī)領(lǐng)域中國專利申請分布,其中中國指的是國內(nèi)申請人。
圖5 X線機(jī)中國專利申請分布
圖4顯示,國內(nèi)申請人的專利申請和國外來華申請量各占50%。國外來華排名前3位的國家分別是日本、美國和德國,充分表明3大經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國在X線機(jī)技術(shù)領(lǐng)域所擁有的強(qiáng)大實力。荷蘭由于擁有飛利浦一家跨國公司,其申請量居于第4位。其他國家和地區(qū)也有小數(shù)量的申請,但與上述4個國家相比實力相差甚遠(yuǎn)。
為了研究X線機(jī)領(lǐng)域主要專利申請人情況,對采集的數(shù)據(jù)按照各主要申請人的申請量占比、各主要申請人歷年申請量分別進(jìn)行統(tǒng)計。在X線機(jī)領(lǐng)域中,在中國申請量前10位的申請人如圖6所示。
在排名前10位的申請人中日本公司為5個(東芝、島津、日立、佳能和富士膠片),德國公司為1個(西門子公司),荷蘭公司為1個(飛利浦公司),美國公司為1個(GE),國內(nèi)申請人為2個(中國科學(xué)院和藍(lán)韻公司)。來華申請的日本企業(yè)眾多,表明日本企業(yè)非常重視中國的X線機(jī)市場。西門子公司、飛利浦公司和GE公司是老牌的X線機(jī)生產(chǎn)企業(yè),其市場占有率高,在中國的專利申請居于前列。中國企業(yè)只有深圳藍(lán)韻1家公司進(jìn)入前10位,表明我國的生產(chǎn)企業(yè)在X線機(jī)技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)實力薄弱,仍無法與國外大公司相抗衡。
圖6 中國申請量居前10位的申請人
X線機(jī)的組成結(jié)構(gòu)基本可分為射線發(fā)射、射線接收、機(jī)械結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)和圖像處理以及控制裝置等部分。數(shù)字化探測器技術(shù)作為X線機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)在專利申請中占很大比重[9-11]。本研究將詳細(xì)解析數(shù)字化探測器技術(shù)在國內(nèi)外的專利申請情況[12]。
數(shù)字化探測器技術(shù)主要包括直接數(shù)字轉(zhuǎn)換型平板探測器技術(shù)、間接轉(zhuǎn)換型平板探測器技術(shù)、基于CCD的數(shù)字化探測技術(shù)、基于CMOS的數(shù)字化探測技術(shù)以及線掃描技術(shù)[13-15]。其中產(chǎn)業(yè)主流的平板探測技術(shù)包括直接數(shù)字轉(zhuǎn)換型平板探測器技術(shù)和間接轉(zhuǎn)換型平板探測器技術(shù),這兩項技術(shù)是各大公司爭相申請專利的熱點。
間接轉(zhuǎn)換型探測器采用閃爍體加半導(dǎo)體材料組成,X射線照射到閃爍體晶體(碘化銫)后被轉(zhuǎn)化成可見光,經(jīng)非晶硅半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換成電信號,再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換生成為數(shù)字化圖像。直接轉(zhuǎn)換型探測器一般采用非晶硒材料,X射線照射到非晶硒半導(dǎo)體后直接轉(zhuǎn)換成電信號,與間接轉(zhuǎn)換型探測器相比,省去將X射線轉(zhuǎn)化為可見光環(huán)節(jié)。
在數(shù)字化探測器的專利申請數(shù)量中,國內(nèi)申請人的專利申請量占全部有效專利的46.1%,國外來華申請人的專利申請量占全部有效專利的53.9%。其中,有效專利是指在審查進(jìn)程中和專利權(quán)維持的專利,包括發(fā)明專利和實用新型專利。就有效的發(fā)明專利而言,國內(nèi)申請人所擁有的有效發(fā)明專利占34.2%,國外來華申請人所擁有的有效發(fā)明專利占65.8%。有效專利的數(shù)量顯示,國外來華專利申請占有明顯的優(yōu)勢,占據(jù)了50%以上的申請量。就專利的穩(wěn)定性和高度而言,國內(nèi)申請人所占據(jù)的有效發(fā)明專利僅占據(jù)三分之一,其余三分之二的有效發(fā)明專利均被國外申請人所持有。在專利布局中,國外申請人的主體是跨國公司,其在直接轉(zhuǎn)換型數(shù)字化探測器和間接轉(zhuǎn)化型數(shù)字化探測器方面均進(jìn)行了專利布局,專利申請內(nèi)容涉及探測器的材料、制造和抗干擾等數(shù)個領(lǐng)域。國內(nèi)申請人與國外申請人相比,其主體較分散,專利申請僅涉及間接轉(zhuǎn)換型數(shù)字化探測器以及某些非主流的探測器,布局不夠全面。因此,在數(shù)字化探測器領(lǐng)域里國外公司在我國布置了大量專利,使我國企業(yè)在該領(lǐng)域存在專利風(fēng)險。
在數(shù)字化探測器領(lǐng)域的專利申請中占據(jù)前10位的申請人是:GE公司、株式會社島津制作所、皇家飛利浦電子股份有限公司、江蘇康眾數(shù)字醫(yī)療設(shè)備有限公司、上海奕瑞光電子科技有限公司、株式會社東芝、西門子公司、卡爾斯特里姆保健公司、佳能株式會社及富士膠片株式會社。其中,在國外來華公司中GE公司在數(shù)字化探測器的專利申請數(shù)量占據(jù)首位,其專利內(nèi)容多數(shù)涉及便攜式探測器,如適宜便攜移動的外殼、防震等專利內(nèi)容。申請涉及抗電磁干擾、放散射格柵和閃爍體材料。日本島津公司則繼續(xù)在非晶硒直接轉(zhuǎn)換型平板探測器方面進(jìn)行專利申請。西門子公司的有效在審專利均涉及間接數(shù)字化技術(shù)中的閃爍器??査固乩锬繁=」?美國銳珂醫(yī)療)從2006年開始在我國申請多項數(shù)字化探測器技術(shù)的專利,其在數(shù)字醫(yī)療領(lǐng)域擁有多項專利。日本富士膠片公司和浜松光子公司近年開始在數(shù)字化探測器領(lǐng)域申請多項專利,其中有多項專利授權(quán)前景良好。
我國的數(shù)字化探測技術(shù)起步較晚,授權(quán)的專利數(shù)量少于國外,且多為近年授權(quán)的專利。其中,上海奕瑞公司和江蘇康眾公司都有多項專利正在申請。專利申請內(nèi)容多涉及間接轉(zhuǎn)換型數(shù)字化探測器,其中對閃爍體的研究是國內(nèi)申請人申請的重點。在直接轉(zhuǎn)換型數(shù)字化探測器領(lǐng)域尚無國內(nèi)申請人進(jìn)行專利申請。其中,江蘇康眾公司是國內(nèi)企業(yè)擁有數(shù)字化探測器技術(shù)領(lǐng)域最多發(fā)明專利的企業(yè),其專利均涉及平板探測器的制造,具有一定的核心技術(shù)。
X線機(jī)技術(shù)的專利分析顯示,圍繞X線機(jī)的專利申請基本從各個國家建立專利制度之初開始出現(xiàn),尤其是在X線機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)重大技術(shù)變革的年代,其專利申請量明顯上升,并隨著整個經(jīng)濟(jì)層面的變化出現(xiàn)起落。
全球X線機(jī)領(lǐng)域的申請量經(jīng)歷了70年代以前的數(shù)量低值期、70年代至90年代的穩(wěn)步增長期、2000年后的迅速增長期以及目前的發(fā)展平緩期。專利數(shù)量增長的背后伴隨著技術(shù)的變革,70年代中期出現(xiàn)了CR,之后80年代初由富士膠片公司推出了成熟的CR產(chǎn)品。而90年代出現(xiàn)的DR推動了X線機(jī)的數(shù)字化進(jìn)程。
我國與全球?qū)@暾埖臍v年分布相比較,X線機(jī)領(lǐng)域的專利申請量自2003年之后才開始得以快速增長,表明中國的X線機(jī)技術(shù)在起步階段已落后于國外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家。目前,我國企業(yè)在專利數(shù)量、專利的有效性以及布局的完整性等方面與國外大公司相比均存在較大差距。相對于國外跨國公司在我國積極進(jìn)行專利布局,我國企業(yè)不夠重視知識產(chǎn)權(quán)。但近年來中國企業(yè)開始奮起直追,在X線機(jī)的多個技術(shù)領(lǐng)域申請專利,其專利申請增長速度超越了國外來華企業(yè),表現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。我國企業(yè)在研發(fā)的過程中應(yīng)當(dāng)充分關(guān)注技術(shù)走向,通過專利信息了解行業(yè)巨頭、競爭對手的技術(shù)發(fā)展動向,并通過自主知識產(chǎn)權(quán)展現(xiàn)自己的硬實力,讓品牌深入人心,從而提升企業(yè)在市場中的地位。
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