基于專利分析的醫(yī)用磁共振成像技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)

畢帆，李斌

上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院 醫(yī)學(xué)裝備處，上海 200233

基于專利分析的醫(yī)用磁共振成像技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)

畢帆，李斌

上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院 醫(yī)學(xué)裝備處，上海 200233

本文介紹了醫(yī)用磁共振成像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，運(yùn)用發(fā)明問題解決理論（TRIZ）中基于S曲線技術(shù)成熟度的方法來評(píng)估醫(yī)用磁共振成像技術(shù)的成熟度。通過專利檢索和統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)數(shù)據(jù)，建立了時(shí)間-專利數(shù)量曲線和時(shí)間-裝機(jī)量曲線，將曲線與TRIZ理論中的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比分析，得出了醫(yī)用磁共振成像技術(shù)成熟的預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)于醫(yī)用磁共振成像技術(shù)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

TRIZ；磁共振成像技術(shù)；技術(shù)成熟度；S-曲線

0 引言

準(zhǔn)確地進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)成熟度的預(yù)測(cè)和評(píng)估不管是對(duì)于提高企業(yè)研發(fā)效率還是對(duì)于裝備采購都具有重要意義。某項(xiàng)產(chǎn)品的技術(shù)成熟度指的是單項(xiàng)技術(shù)或技術(shù)系統(tǒng)在研發(fā)過程所達(dá)到的一般性可用程度[1]。早在20世紀(jì)70年代國外就有學(xué)者開始對(duì)技術(shù)成熟度進(jìn)行研究，包括理論、過程和應(yīng)用的研究，但主要研究重點(diǎn)仍然在技術(shù)成熟度的預(yù)測(cè)和評(píng)估上。Stanley R. Sadin在1974年最早提出了基于技術(shù)就緒水平（Technology Readiness Levels）的評(píng)估方法。而后多種技術(shù)成熟度的預(yù)測(cè)和評(píng)估方法相繼出現(xiàn)，但大多數(shù)方式是基于專家評(píng)審的方式，缺乏客觀的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果易受到專家知識(shí)等主觀因素的影響，說服力較差。而前蘇聯(lián)學(xué)者Altshuller提出的基于TRIZ理論最為有效。TRIZ理論的預(yù)測(cè)是根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品的各種信息資源，分析產(chǎn)品的技術(shù)狀況，提出產(chǎn)品或技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)和方向，不涉及到專家的主觀看法[2]。

國內(nèi)已有相關(guān)文獻(xiàn)[3-4]研究技術(shù)成熟度在武器研發(fā)、產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)等中的應(yīng)用，但是在技術(shù)后期應(yīng)用中評(píng)價(jià)技術(shù)成熟度尚屬空白階段。本研究首次將技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)和評(píng)估理論應(yīng)用于醫(yī)療技術(shù)方面，選取醫(yī)用磁共振成像技術(shù)作為分析對(duì)象，應(yīng)用TRIZ理論進(jìn)行技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)，對(duì)該技術(shù)的成熟度進(jìn)行準(zhǔn)確定位，對(duì)于未來臨床新興技術(shù)的購置和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。以定性定量的方式衡量醫(yī)學(xué)裝備技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，減小采購風(fēng)險(xiǎn)，控制采購成本，最大限度地為臨床提供高可靠性、技術(shù)成熟的醫(yī)學(xué)裝備，同時(shí)推動(dòng)醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的進(jìn)步和醫(yī)學(xué)裝備建設(shè)的發(fā)展。

1 醫(yī)用磁共振成像技術(shù)現(xiàn)狀

醫(yī)用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging）技術(shù)具有軟組織分辨率高，任意方向斷層成像，無電離輻射等優(yōu)勢(shì)，從而廣泛應(yīng)用于臨床，但同時(shí)檢查費(fèi)用高、設(shè)備尚未普及，檢查時(shí)間較長在一定程度上阻礙了醫(yī)用磁共振成像技術(shù)的發(fā)展。醫(yī)用磁共振成像技術(shù)應(yīng)用水平的高低在臨床發(fā)展中具有重要作用。

磁共振成像技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電路技術(shù)、超導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種成像技術(shù)。核磁共振是一種物理現(xiàn)象，它被廣泛運(yùn)用于物理、化學(xué)和生物等領(lǐng)域，直到1973年才運(yùn)用于臨床檢查。核磁共振技術(shù)的原理是將人體置于特定的磁場(chǎng)中，用射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)的氫原子核，引起氫原子的共振，吸收射頻能量。當(dāng)射頻脈沖停止后，人體內(nèi)氫原子核按照特定頻率釋放信號(hào)并將能量釋放，信號(hào)被接收后經(jīng)計(jì)算機(jī)處理獲得圖像。磁共振成像技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了較為漫長的過程，1946年美國科學(xué)家Felix Bloch等人第一次發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象，1972年美國科學(xué)家Raymond Damadian申請(qǐng)磁共振掃描用于人體思路的專利[5]。而后，1977年美國Fonar公司生產(chǎn)出全球第一臺(tái)應(yīng)用于人體的全身磁共振。而后，磁共振成像技術(shù)快速發(fā)展。當(dāng)前磁共振成像儀主要向著高場(chǎng)強(qiáng)和低場(chǎng)強(qiáng)兩極化發(fā)展。一方面，永磁型低場(chǎng)MRI技術(shù)不斷提升，圖像質(zhì)量和功能穩(wěn)步提高；我國企業(yè)如深圳安科、北京萬東、沈陽東軟和寧波鑫高益等占有一定的市場(chǎng)份額；另一方面，超導(dǎo)MRI向著更高的場(chǎng)強(qiáng)不斷發(fā)展。世界范圍內(nèi)被美國通用、荷蘭飛利浦、德國西門子和幾家日資企業(yè)所壟斷。

我國自1985年首臺(tái)MRI安裝在南方醫(yī)院后，市場(chǎng)需求量逐漸增大，但國內(nèi)廠商主要以生產(chǎn)永磁型低場(chǎng)強(qiáng)磁共振為主。國內(nèi)超導(dǎo)型磁共振主要來源于被上述幾家跨國企業(yè)所壟斷。我國醫(yī)療市場(chǎng)潛力巨大，對(duì)磁共振成像儀需求量大，每百萬人擁有磁共振約為5臺(tái)，僅為發(fā)達(dá)國家的十分之一。

2 醫(yī)用MRI技術(shù)成熟度的預(yù)測(cè)

2.1 預(yù)測(cè)原理

Altshuler等人通過對(duì)全球250萬件專利進(jìn)行整理研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出一整套系統(tǒng)化的實(shí)用的發(fā)明問題解決理論（TRIZ）。該理論認(rèn)為任何一項(xiàng)的技術(shù)均滿足圖1所示的S曲線，其中橫坐標(biāo)代表時(shí)間，縱坐標(biāo)代表性能，S曲線可以代表技術(shù)進(jìn)化的四個(gè)周期：嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期。確定某項(xiàng)技術(shù)在S曲線上的具體位置稱為技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)[6]。通過大量的專利分析發(fā)現(xiàn)S曲線上點(diǎn)的位置與專利的數(shù)量、利潤、專利等級(jí)和性能等指標(biāo)存在對(duì)應(yīng)相關(guān)關(guān)系，得出四條標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別為時(shí)間-專利數(shù)量曲線、時(shí)間-獲利能力曲線，時(shí)間-專利等級(jí)曲線和時(shí)間-專利性能曲線，如圖2所示。這四條曲線也被分為四個(gè)時(shí)期，嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期。在嬰兒期階段，專利數(shù)量在上升，專利等級(jí)較高，但技術(shù)性能較低且無獲利能力；當(dāng)技術(shù)發(fā)展到成長期時(shí)，專利數(shù)量經(jīng)過一個(gè)低潮期緩慢增長，專利等級(jí)進(jìn)一步下降，但技術(shù)性能有較大幅度提高，獲利能力初步顯現(xiàn)；技術(shù)進(jìn)入成熟期后，專利數(shù)量和獲利能力繼續(xù)增長達(dá)到頂峰，性能也達(dá)到最優(yōu)。當(dāng)技術(shù)進(jìn)入衰退期時(shí)，一項(xiàng)新技術(shù)出現(xiàn)，舊技術(shù)的專利數(shù)量、等級(jí)、獲利能力和性能都進(jìn)入快速下降期。

利用TRIZ理論進(jìn)行技術(shù)成熟度的預(yù)測(cè)就是根據(jù)當(dāng)前技術(shù)的在上述四條曲線的位置，從而確定產(chǎn)品技術(shù)在S-曲線上的位置，判斷該產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為企業(yè)的研發(fā)決策提供依據(jù)。同時(shí)，為采購決策提供依據(jù)。

圖1 技術(shù)發(fā)展S曲線

圖2 技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)曲線

2.2 建立曲線

本文數(shù)據(jù)來源于美國專利商標(biāo)局的專利數(shù)據(jù)庫（USPTO Patent Full-Text And Image Database），美國專利授權(quán)數(shù)據(jù)庫包含1976年以來各種美國授權(quán)專利文獻(xiàn)，包括全文圖像頁、基本著錄項(xiàng)目、文摘和專利全文。美國是當(dāng)今世界醫(yī)療強(qiáng)國，故專利申請(qǐng)也較為全面，在一定程度上可以代表世界專利申請(qǐng)情況，且美國專利數(shù)據(jù)庫是公開免費(fèi)的，對(duì)于數(shù)據(jù)來源較為容易。通過設(shè)定關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，關(guān)鍵詞設(shè)置為“MRI”或者“magnetic resonance imaging”，限制優(yōu)先權(quán)年1976年到2014年。因?yàn)閺膶＠纳暾?qǐng)到公開有一段時(shí)間的延遲，故2012年后的數(shù)據(jù)不做統(tǒng)計(jì)。共獲得與醫(yī)用磁共振成像技術(shù)相關(guān)的專利為5391條記錄。然后通過數(shù)據(jù)篩選和清洗，去除重復(fù)記錄和無關(guān)記錄，最終得到有效記錄為4014條。

根據(jù)專利檢索出數(shù)據(jù)和通過網(wǎng)上收集的數(shù)據(jù)，我們建立了時(shí)間-專利數(shù)量曲線和時(shí)間-裝機(jī)量曲線，時(shí)間-裝機(jī)量曲線代表的是2005～2013年全球磁共振的裝機(jī)數(shù)量，在一定程度上可以代表醫(yī)用磁共振成像技術(shù)的獲利能力。由于檢索出的專利記錄數(shù)量巨大和醫(yī)用磁共振成像技術(shù)的復(fù)雜性，短時(shí)間內(nèi)無法準(zhǔn)確確定專利等級(jí)，其次醫(yī)用磁共振成像技術(shù)的構(gòu)成原理較為復(fù)雜，無法定量地衡量專利的性能，故在本研究中沒有建立時(shí)間-專利等級(jí)曲線和時(shí)間-專利性能曲線。因此，我們將專利數(shù)和裝機(jī)量按照時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制出圖3所示的美國醫(yī)用磁共振成像技術(shù)專利數(shù)曲線和圖4所示的全球醫(yī)用磁共振專利數(shù)量曲線。

圖3 醫(yī)用磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量曲線

圖4 磁共振裝機(jī)量曲線

2.3 分析曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)

從圖3的時(shí)間-專利申請(qǐng)數(shù)量曲線可以看出，醫(yī)用磁共振成像技術(shù)的專利數(shù)在1985年前沒有變化，數(shù)量均為0件，說明這是醫(yī)用磁共振成像技術(shù)尚處于研發(fā)階段，專利申請(qǐng)尚未出現(xiàn)。

在1985年，專利申請(qǐng)數(shù)量僅為2件；但是在1986年數(shù)量達(dá)到10件，1987年躍升到43件，增長的曲線斜率較大，這與磁共振成像技術(shù)的發(fā)展有很大關(guān)系，當(dāng)磁共振成像技術(shù)剛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域時(shí)，技術(shù)新穎，受關(guān)注度高，這一時(shí)期永磁型磁體研制成功，直接促進(jìn)了醫(yī)用磁共振成像技術(shù)的發(fā)展。而后在1987年到1993年間，專利申請(qǐng)數(shù)量較為平穩(wěn)，年均在40件左右。在1993年到1999年間，專利數(shù)量變化不均，振幅較大。此后，從1999年到2009年間，磁共振成像技術(shù)的專利數(shù)量經(jīng)歷了兩次快速增長期。第一次是從1999年后，專利數(shù)量直線上升，從1999年的55件上升到2003年的182件。這一時(shí)期，專利數(shù)量的大幅上漲主要是由于磁體技術(shù)的快速發(fā)展，特別是在2000年短腔大孔徑低溫超導(dǎo)磁體的成功研制[7]和2001年美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration, FDA）批準(zhǔn)3T磁共振進(jìn)入臨床后，技術(shù)發(fā)展和政策允許直接促進(jìn)了專利申請(qǐng)數(shù)量的大幅度提高。在2003年到2006年磁共振成像技術(shù)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)瓶頸期，專利數(shù)量相比前一個(gè)時(shí)期的快速發(fā)展具有不穩(wěn)定性。從2006年開始到2010年，磁共振成像技術(shù)進(jìn)入第二個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，曲線斜率較大，該時(shí)期主要是因?yàn)楦鞣N成像技術(shù)的不斷出現(xiàn)，如射頻多通道發(fā)射技術(shù)，使得激發(fā)視野更為均勻，提高圖像的信噪比和減低偽影。將圖3所示的磁共振成像技術(shù)的專利曲線與圖2技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)曲線中的專利數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，可以看出，從1981年到1993年專利數(shù)量較少但逐步上升，醫(yī)用磁共振成像技術(shù)屬于嬰兒期，符合在嬰兒期內(nèi)專利數(shù)量較少等數(shù)量逐步上升的趨勢(shì)；從1993年到現(xiàn)在專利數(shù)量大幅度提升但會(huì)出現(xiàn)波谷，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線，可以初步判定醫(yī)用磁共振成像技術(shù)處于成長期中后期。從出現(xiàn)波谷來看，醫(yī)用磁共振成像技術(shù)發(fā)展?jié)摿θ匀痪薮螅蛇M(jìn)一步向前發(fā)展。對(duì)于醫(yī)用核磁共振技術(shù)的獲利能力可以通過核磁共振儀的裝機(jī)量近似來替代。由于數(shù)據(jù)收集的不完整性，磁共振儀的全球裝機(jī)量只收集到1984年以及2004年到2013年的數(shù)據(jù)[8]。1984年，美國FDA批準(zhǔn)磁共振儀應(yīng)用于臨床診斷，當(dāng)年的裝機(jī)量就達(dá)到65臺(tái)，增加到2004年的一萬多臺(tái)。從2004年到2013年，磁共振儀的裝機(jī)量保持穩(wěn)步快速上升趨勢(shì)，且2013年的數(shù)據(jù)第一季度的數(shù)據(jù)，由此可以預(yù)測(cè)，2013年的裝機(jī)數(shù)量較上年將有大幅度提升。將圖4所示的全球磁共振裝機(jī)量曲線與圖2技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)曲線中的時(shí)間-獲利能力曲線進(jìn)行對(duì)比，1984年之前由于FDA尚未批準(zhǔn)磁共振成像技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷以來，故沒有裝機(jī)量，這一階段對(duì)應(yīng)獲利能力的嬰兒期。此后從2004年到2013年，裝機(jī)量快速增長，曲線斜率較大，因此可以初步判斷醫(yī)用磁共振成像技術(shù)處于成長期。

由上述專利數(shù)量曲線和裝機(jī)量曲線可以判斷，當(dāng)前醫(yī)用磁共振成像技術(shù)仍然處于成長期階段。醫(yī)用磁共振成像技術(shù)自應(yīng)用于臨床以來，發(fā)展較快。MRI在磁體技術(shù)、梯度技術(shù)、射頻線圈技術(shù)和成像技術(shù)等方面都發(fā)展很快。磁共振成像儀的主磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷提高，從最初的0.16 T逐步提升到1.5 T，在相當(dāng)長的一段時(shí)間穩(wěn)定在1.5 T。在21世紀(jì)初3.0T磁共振上市，經(jīng)過十余年的發(fā)展，技術(shù)逐漸成熟。而如今已出現(xiàn)科研用的超高場(chǎng)強(qiáng)9.4 T和11.7 T的磁共振成像儀。射頻線圈從最初的單通道線圈發(fā)展到如今配合并行采集技術(shù)的相控陣線圈，各種快速成像序列相繼出現(xiàn)。正因?yàn)獒t(yī)用磁共振成像技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)示這該技術(shù)仍然處于成長期，具有光明的前景，更多的需求被提出，如超高場(chǎng)的磁共振應(yīng)用于人體，術(shù)中磁共振的推廣和治療型磁共振的研發(fā)等。因此根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，現(xiàn)有的醫(yī)用磁共振成像技術(shù)仍處于成長期，相關(guān)子技術(shù)如圖5的進(jìn)化選擇過程，不斷優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)，改善S曲線。

圖5 產(chǎn)品技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)及決策[9]

3 結(jié)論

技術(shù)成熟的預(yù)測(cè)是對(duì)于研發(fā)和應(yīng)用都具有重要的參考意義。對(duì)于技術(shù)研發(fā)者，可以準(zhǔn)確的了解技術(shù)所處的位置，及時(shí)調(diào)整技術(shù)戰(zhàn)略，促進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展。對(duì)于技術(shù)應(yīng)用者來說，可以根據(jù)市場(chǎng)變化情況和技術(shù)發(fā)展，制定相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用策略，調(diào)整技術(shù)應(yīng)用和采購策略。本文首次將技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)應(yīng)用于醫(yī)療技術(shù)評(píng)估方面，基于TRIZ的技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)理論為基礎(chǔ)，以醫(yī)用磁共振成像技術(shù)為例，得出現(xiàn)階段醫(yī)用磁共振成像技術(shù)處于成長期的結(jié)論。這對(duì)于未來新興醫(yī)療技術(shù)的評(píng)估和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)醫(yī)用磁共振成像技術(shù)行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)、企業(yè)戰(zhàn)略的制定、醫(yī)療技術(shù)的采購起到重要作用。

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Prediction of MRI Technology Maturity Based on Patent Analysis

Bi Fan, Li Bin
Department of Medical Equipment, the 6thPeople’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200233, China

This paper introduced the current development of medical MRI (Magnetic Resonance Imaging) and used S-curve technology maturity in TRIZ theories to evaluate the medical MRI technology maturity. Through patent search and data analysis, two curves of Time-Number of MRI Patents and Time-Installed Capacity of MRI were established. Then a comparative analysis of these two curves and standard curves inf TRIZ was made. Consequently, the result of MRI technology maturity was achieved and provided great guiding signifi cance to the development of MRI technology.

TRIZ; magnetic resonance imaging; technology maturity; S-curve

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.004

1674-1633(2015)05-0014-04

2014-12-08

李斌，（教授級(jí)）高級(jí)工程師，碩士研究生導(dǎo)師。

通訊作者郵箱：libin2001@hotmail.com