骨科手術(shù)機器人專利分析

李文斐　王瑋

[摘要] 該研究介紹了骨科手術(shù)機器人的全球/中國專利申請情況，從申請趨勢、生命周期、首次申請國家/地區(qū)、技術(shù)分支分布等方面對該領(lǐng)域的專利申請進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計和技術(shù)分析，從整體上反映技術(shù)發(fā)展的歷程和未來發(fā)展方向，揭示了當前骨科手術(shù)機器人領(lǐng)域國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展態(tài)勢和前景，促使我國積極探索適應未來骨科機器人要求的新技術(shù)，占領(lǐng)未來骨科機器人發(fā)展的制高點。

[關(guān)鍵詞] 骨科；手術(shù)機器人；專利分析

[中圖分類號] R68 [文獻標識碼] A [文章編號] 1672-5654（2018）07（a）-0166-03

近年來，隨著微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)、計算機技術(shù)、醫(yī)療圖像技術(shù)和機器人技術(shù)的共同進步，骨科手術(shù)機器人的研究發(fā)展迅速，產(chǎn)品層出不窮，并逐漸開始在臨床應用。

20世紀90年代，骨科手術(shù)機器人借用了工業(yè)機器人的本體形式，利用工業(yè)機器人高精度規(guī)劃和程序化自動運動能力，主要用于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的置換手術(shù)，其中代表性的產(chǎn)品包括Intergrated Surgical Systems公司的ROBODOC手術(shù)機器人[1]和德國Ortomaquet公司的CASPER手術(shù)機器人[2]，ROBODOC手術(shù)機器人就是用于關(guān)節(jié)置換術(shù)中，負責輔助假體的成形、定位和植入，而CASPER手術(shù)機器人用于十字韌帶的骨隧道加工，也可以用于人工全膝和全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中。2001年英國帝國理工學院開發(fā)了一款主從式手術(shù)機器人ACROBOT[3]，用于完成膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)和微創(chuàng)膝關(guān)節(jié)單髁置換術(shù)。隨后出現(xiàn)了采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的骨科手術(shù)機器人，和采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)的專用骨科手術(shù)設備，這種并聯(lián)結(jié)構(gòu)的機器人剛度大、精度高、體積小。

我國的骨科手術(shù)機器人起步較晚，整體水平還較低，但是這并不影響國內(nèi)龐大的市場需求，因此國內(nèi)企業(yè)亟需對國內(nèi)外的骨科手術(shù)機器人技術(shù)發(fā)展趨勢進行一定的了解。該研究通過專利分析，對骨科手術(shù)機器人的專利現(xiàn)狀進行總體介紹和重點分析，獲取一些有價值的情報。

1 骨科手術(shù)機器人專利申請統(tǒng)計分析

截至2016年12月，基于專利數(shù)據(jù)庫檢索到涉及骨科手術(shù)機器人的申請共計934項，其中國外申請607項，國內(nèi)申請327項，基于上述數(shù)據(jù)對骨科手術(shù)機器人領(lǐng)域的專利申請進行以下分析。

1.1 申請趨勢分析

如圖1所示，回顧整個發(fā)展歷程，骨科手術(shù)機器人的專利申請經(jīng)歷一個波動上升的發(fā)展過程，大致可以分為以下3個階段。

①技術(shù)萌芽期（1986—1996年）。1985 年美國首次使用工業(yè)機器人進行腦組織內(nèi)腫瘤的活體組織切片檢查，這一類神經(jīng)外科手術(shù)充分體現(xiàn)了早期的手術(shù)機器人的優(yōu)勢——精確定位，從此定位機器人開始進入人們的視線，1987年首次出現(xiàn)定位機器人應用于骨科的專利申請。在技術(shù)萌芽期，每年的專利申請量不多，截止到1996年，全球申請量總共才21項，但是為骨科手術(shù)機器人的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

②蓬勃發(fā)展期（1997—2009年）。20 世紀90 年代骨科手術(shù)機器人的進入蓬勃發(fā)展階段，隨著計算機輔助外科技術(shù)的發(fā)展，骨科手術(shù)機器人主要應用于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的置換手術(shù)。在這一階段，專利申請明顯增多，進入該領(lǐng)域的申請人也逐漸增加，雖然該時期，申請量出現(xiàn)幾次微小調(diào)整，但整體穩(wěn)步增長。

③高速發(fā)展期（2010年—至今）。在這一階段，骨科手術(shù)機器人飛速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品推陳出新，性能也越來越完善，政策扶持導致市場需求量增大，專利申請量突飛猛增。

回顧整個骨科手術(shù)機器人專利申請態(tài)勢的發(fā)展歷程，骨科手術(shù)機器人全球申請量總體呈現(xiàn)波動上升狀態(tài)。針對中國市場，最早從1999年已經(jīng)開始重點布局，并且專利申請量整體一直保持上升趨勢，可見各大廠商對中國市場的重視程度。與之相比國內(nèi)申請人起步較晚，2003年才開始專利申請，數(shù)量上也存在差距，但是從2013年開始，國內(nèi)申請人的專利申請量突飛猛增，并帶動了全球申請量的增長，2014年的全球?qū)＠暾埩繋缀跏?012年的2倍。

1.2 生命周期

從圖2的骨科手術(shù)機器人生命周期圖可以看出，近幾年來，隨著技術(shù)成熟和政策扶持，骨科手術(shù)機器人逐漸贏得市場追捧，迎來了快速發(fā)展的成長期。該時期市場逐漸擴大，介入的企業(yè)增多，相關(guān)專利申請量和專利申請人數(shù)也激增。

國內(nèi)企業(yè)應該抓住這次機遇，具有優(yōu)勢的企業(yè)可以自主研發(fā)新技術(shù)，開拓空白市場，尋求不同方向，擺脫對國外巨頭的依賴，實現(xiàn)彎道超車，中小企業(yè)由于技術(shù)實力薄弱，可以采用模仿創(chuàng)新戰(zhàn)略，規(guī)模較小的企業(yè)可進一步選擇跟隨創(chuàng)新戰(zhàn)略。

1.3 首次申請國家/地區(qū)分布

圖3展示了骨科手術(shù)機器人首次專利申請國家/地區(qū)分布情況。從技術(shù)首次專利申請國家/地區(qū)的角度分析，美國以57%的占比成為全球最重要的骨科手術(shù)機器人輸出國，相較于整個定位機器人，美國在骨科手術(shù)機器人領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢更加明顯；隨著最近幾年大量國內(nèi)申請人的加入，中國以24%躍居第二，而韓國以4%列居第三。

在所有國內(nèi)申請人專利中，發(fā)明占69%，其中16%授權(quán)，實用新型占31%，這是由于大量國內(nèi)申請人發(fā)明專利都是在2013之后申請的，目前大都處于審查中。

所有國內(nèi)申請人專利（包括3項PCT申請）均沒有在海外布局，體現(xiàn)出國內(nèi)申請人專利布局意識薄弱，并沒有考慮將來出口海外，這也與國內(nèi)申請人大多是高校有關(guān)。

在總共225項國內(nèi)申請人專利中，高校/研究所有116項，占據(jù)一半以上，其中有一項是與企業(yè)合作的共同申請，10項是與醫(yī)院合作的共同申請，因此目前產(chǎn)學研合作還比較少，使得高校/研究所的科技成果無法產(chǎn)業(yè)化。醫(yī)院作為該領(lǐng)域特有的申請主體，在骨科手術(shù)機器人研發(fā)、臨床實驗等方面扮演著重要的角色，尤其是高校的附屬醫(yī)院，其占據(jù)很大比例。

1.4 骨科手術(shù)機器人技術(shù)分支分布

從圖4的骨科手術(shù)機器人技術(shù)分支分布可以看出，作為骨科手術(shù)機器人的核心技術(shù)，涉及定位導航技術(shù)的專利申請有388項，占總申請量的41%，定位導航技術(shù)是申請人布局的重點領(lǐng)域，也是本領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展熱點。其次為末端執(zhí)行器及其控制、整機結(jié)構(gòu)、臂及其控制、控制架構(gòu)。

由于骨科機器人最早是由工業(yè)機器人演變而來，早期申請人還是關(guān)注整機設備、臂及其末端執(zhí)行器等基礎(chǔ)部件的研究。隨后為了使機器人更好地適應骨科手術(shù)的需要，申請人開始重點關(guān)注定位導航技術(shù)、圖像采集、驅(qū)動單元等骨科機器人的技術(shù)細節(jié)，其中定位導航技術(shù)的申請量所占份額較大，一直是申請人布局的重點技術(shù)，也是技術(shù)發(fā)展的熱點。近十年來關(guān)于傳感器、圖像處理、數(shù)據(jù)通信等相關(guān)專利申請越來越多，表明上述技術(shù)分支是近期的專利布局新熱點，目前申請量還不多，國內(nèi)申請人應該加大研發(fā)投入，尋求技術(shù)突破，占領(lǐng)相關(guān)市場。

2 總結(jié)和建議

本文從專利角度出發(fā)研究骨科手術(shù)機器人的全球/國內(nèi)申請狀況，從申請趨勢、生命周期、首次申請國家/地區(qū)、技術(shù)分支分布等方面對該領(lǐng)域申請進行了梳理和分析。從全球發(fā)展趨勢來說，骨科手術(shù)機器人相關(guān)專利申請逐年遞增，特別對于國內(nèi)發(fā)展，隨著國內(nèi)老齡化程度加深，相關(guān)技術(shù)必將是未來的發(fā)展重點；從技術(shù)創(chuàng)新來看，我國近年來申請量明顯提高，但技術(shù)創(chuàng)新有待提高，在發(fā)展初期可以借鑒國外的經(jīng)驗。

[參考文獻]

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[2] Siebert W， Mai S， Kober R， etal. Technique and first clinical results of robot-assisted total knee replacement. Knee，2002（9）：173-180.

[3] Jakopec M，Harris SJ，Rodriguez Y，et al.The first clinical application of a “hands-on” robotic knee surgery system. Comput Aided Surg，2001（6）：329-339.

（收稿日期：2018-00-00）