PET探測(cè)器全球?qū)＠?jìng)爭(zhēng)格局分析

桂葉晨 劉晴

關(guān)鍵詞

專利布局

PET探測(cè)器

技術(shù)來(lái)源國(guó)

引言

醫(yī)用正電子斷層成像（PET）系統(tǒng)是一種尖端核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，在神經(jīng)疾病以及癌癥的早期篩查中起著舉足輕重的作用。PET中的一個(gè)關(guān)鍵組件是探測(cè)器模塊，探測(cè)器模塊的空間、時(shí)間與能量分辨率從根本上決定了PET成像后續(xù)質(zhì)量。每一次探測(cè)器技術(shù)的革新，都為PET成像注入新的活力。

近幾年來(lái)，PET成像系統(tǒng)在中國(guó)的醫(yī)用市場(chǎng)開始嶄露頭角。在“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃中，包括PET在內(nèi)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備已經(jīng)成為政府大力促進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。衛(wèi)建委在2018年發(fā)布的《大型醫(yī)用設(shè)備許可管理目錄中》，將其配置的許可管理權(quán)限進(jìn)一步放寬;同時(shí)，為了幫助國(guó)內(nèi)設(shè)備打開市場(chǎng)、提高國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程，國(guó)家提出了“首臺(tái)套”政策，并鼓勵(lì)政府在采購(gòu)中優(yōu)先采購(gòu)實(shí)現(xiàn)了核心部件重大技術(shù)突破、擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，這對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)而言，無(wú)疑是重大的利好?？梢韵胍?，若能把握方向、成功實(shí)現(xiàn)探測(cè)器技術(shù)創(chuàng)新，國(guó)內(nèi)企業(yè)實(shí)現(xiàn)PET市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)替代將指日可待。

本文通過(guò)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利信息檢索和分析平臺(tái)，對(duì)國(guó)際PET探測(cè)器領(lǐng)域?qū)＠閳?bào)進(jìn)行檢索分析，深入研究PET探測(cè)器的技術(shù)發(fā)展方向，分析當(dāng)前全球各國(guó)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)格局，明確我國(guó)在該領(lǐng)域所處的技術(shù)地位，同時(shí)旨在為我國(guó)企業(yè)在該領(lǐng)域的發(fā)展提供參考。檢索數(shù)據(jù)截止日期為2017年12月，為了便于分析，本文結(jié)合探測(cè)器技術(shù)研發(fā)人員的慣用分解方式，對(duì)探測(cè)器的技術(shù)分支進(jìn)行分解，具體包括閃爍晶體、光電轉(zhuǎn)換、讀出芯片、整體規(guī)劃、多模態(tài)聯(lián)用這五個(gè)關(guān)鍵技術(shù)分支。

全球?qū)＠閳?bào)分析

（一）申請(qǐng)年度趨勢(shì)分析

圖1給出了探測(cè)器申請(qǐng)年份趨勢(shì)圖，從該圖來(lái)看，探測(cè)器申請(qǐng)經(jīng)歷了從緩慢發(fā)展到快速騰飛的過(guò)程，尤其隨著本世紀(jì)飛行時(shí)間技術(shù)（Time of Flight， TOF）的出現(xiàn)，系統(tǒng)的信噪比得到大大的提高，申請(qǐng)量也出現(xiàn)了快速提升，2000年以后至今的申請(qǐng)總量是之前30年申請(qǐng)總量的3倍之多?？梢哉f(shuō)，目前，PET成像系統(tǒng)的申請(qǐng)呈現(xiàn)出厚積薄發(fā)、方興未艾的趨勢(shì)。

（二）專利技術(shù)區(qū)域?qū)Ρ?/p>

技術(shù)來(lái)源國(guó)可以揭示專利技術(shù)的各國(guó)研發(fā)布局，同時(shí)在五局（美國(guó)、日本、歐洲、中國(guó)、韓國(guó)）授權(quán)的分布情況也可揭示某一地域在某一領(lǐng)域技術(shù)的專利技術(shù)實(shí)力，進(jìn)而了解該地的市場(chǎng)格局。

表1給出了來(lái)自排名靠前的技術(shù)來(lái)源國(guó)在五局的申請(qǐng)總量排名以及發(fā)明授權(quán)情況。

從表1的“申請(qǐng)總量”一欄來(lái)看，專利的技術(shù)來(lái)源國(guó)中美國(guó)（1014件）和日本（683件）的數(shù)量最多，占到了申請(qǐng)總量的71%，兩國(guó)對(duì)探測(cè)器技術(shù)研發(fā)的絕對(duì)領(lǐng)先地位以及對(duì)探測(cè)器市場(chǎng)旺盛的需求可見一斑。來(lái)自中國(guó)的申請(qǐng)合計(jì)為260件，相比于美國(guó)和日本要落后不少;而就技術(shù)掌握的程度而言，中國(guó)申請(qǐng)人的最早申請(qǐng)是在1997年提起的，比美國(guó)幾乎落后了20年;在1997-2010年的十多年間，來(lái)自中國(guó)的年申請(qǐng)量甚至連美國(guó)和日本的1/10都不到，直到2010年以后，中國(guó)申請(qǐng)人在PET探測(cè)器技術(shù)方面的申請(qǐng)才開始呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。得益于全球技術(shù)滲透以及國(guó)家“十二五”規(guī)劃中對(duì)“突破20-30項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和核心部件，形成核心專利200項(xiàng)”的政策扶持，來(lái)自于中國(guó)的申請(qǐng)量從2008年開始奮起直追，并在2012年之后出現(xiàn)了小的峰值，超過(guò)了日本。

從表1反映的申請(qǐng)授權(quán)比例來(lái)看，來(lái)自美國(guó)的申請(qǐng)人體現(xiàn)出了其強(qiáng)大的技術(shù)領(lǐng)先實(shí)力。美國(guó)專利不但申請(qǐng)量大，且授權(quán)率高，獲得了69%的授權(quán);同時(shí)，韓國(guó)的申請(qǐng)量雖然較少，但授權(quán)率也較高，為63%;再次為日本，授權(quán)率為58%;隨后為德國(guó)和歐專局，授權(quán)率分別為56%和50%。而首次申請(qǐng)國(guó)為中國(guó)的申請(qǐng)數(shù)量盡管排名第三，但授權(quán)率僅為29%，且結(jié)合實(shí)際的數(shù)據(jù)來(lái)看，中國(guó)的授權(quán)發(fā)明專利絕大多數(shù)是國(guó)外申請(qǐng)人所貢獻(xiàn)的。由此可見，中國(guó)在探測(cè)器領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展還十分滯后，與先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家尚有差距。

此外，從授權(quán)布局地區(qū)來(lái)看，來(lái)自美國(guó)的申請(qǐng)?jiān)诿绹?guó)本土的授權(quán)量遠(yuǎn)大于其在其他國(guó)家的授權(quán)量，可見美國(guó)專利申請(qǐng)人對(duì)于其他國(guó)家和地區(qū)的市場(chǎng)重視程度，相對(duì)美國(guó)本土明顯要低。不過(guò)，值得注意的是，盡管中國(guó)起步較晚，但近兩年來(lái)，中國(guó)已經(jīng)超過(guò)了日本，成為了美國(guó)、日本、德國(guó)等申請(qǐng)人在美國(guó)本土以外最為重視的布局國(guó)家，中國(guó)在該領(lǐng)域的市場(chǎng)前景可期，技術(shù)保護(hù)仍存在大片“處女地”，因而成為各國(guó)競(jìng)相布局的“香餑餑”。來(lái)自日本的首次申請(qǐng)除了在日本獲得較高的授權(quán)量（合計(jì)308件）之外，其在美國(guó)的授權(quán)量（145件）也十分可觀，說(shuō)明來(lái)自日本的申請(qǐng)首選的國(guó)外布局地是美國(guó)。而歐洲申請(qǐng)人在美國(guó)的授權(quán)專利占其全球申請(qǐng)總量的41%，接近在歐洲本土占比的2倍，由此可見，來(lái)自歐洲的申請(qǐng)較多在美國(guó)進(jìn)行布局。而來(lái)自中國(guó)的首次申請(qǐng)，在本國(guó)的授權(quán)量（21件）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了其在美國(guó)的授權(quán)量（4件），這一方面說(shuō)明來(lái)自中國(guó)的首次申請(qǐng)主要在中國(guó)進(jìn)行布局，另一方面也說(shuō)明中國(guó)探測(cè)器技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后，與他國(guó)技術(shù)相比尚處于下風(fēng)。

（三）探測(cè)器專利技術(shù)研究熱點(diǎn)分析

1.整體技術(shù)研究熱點(diǎn)的演化

由圖2可知，探測(cè)器各二級(jí)技術(shù)分支的全球申請(qǐng)中，讀出芯片技術(shù)的申請(qǐng)量最大，達(dá)到了893件，其次為閃爍晶體技術(shù)（615件），隨后為整體規(guī)劃（603件）及光電轉(zhuǎn)換技術(shù)（355件），最后為涉及到PET探測(cè)的多模態(tài)聯(lián)用技術(shù)（223件）。由于進(jìn)行符合探測(cè)最關(guān)鍵的因素在于準(zhǔn)確識(shí)別光子的位置、能量以及時(shí)間信息，因而，探測(cè)器的讀出芯片技術(shù)一直以來(lái)都是各大企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)研發(fā)的焦點(diǎn)。此外，由于閃爍晶體決定了對(duì)湮滅光子的能量的阻止程度，不少企業(yè)也對(duì)其改進(jìn)做出了相當(dāng)?shù)呐Α?/p>

圖2中的“各技術(shù)分支每三年累計(jì)”柱形圖，則更好地展現(xiàn)了探測(cè)器的各個(gè)技術(shù)分支的熱度及其演變情況?？梢钥闯?，光電轉(zhuǎn)換技術(shù)自2010年以來(lái)申請(qǐng)規(guī)模逐年縮減，呈現(xiàn)出快速下滑的趨勢(shì)，而讀出芯片在業(yè)界一直受到極高的關(guān)注，這或許與近年來(lái)基于硅光電倍增管（SiPM）及雪崩光電二極管（APD）在結(jié)構(gòu)或排布方面的問(wèn)題業(yè)已攻克，而如何解決其輸出信號(hào)敏感性的技術(shù)方案已經(jīng)轉(zhuǎn)移到對(duì)讀出芯片的改進(jìn)上有關(guān)。值得關(guān)注的還有閃爍晶體與探測(cè)器的整體規(guī)劃申請(qǐng)量的相對(duì)變化。在2006年之前，關(guān)于探測(cè)器整體規(guī)劃的申請(qǐng)量一直比探測(cè)器規(guī)劃的申請(qǐng)總量要少，而2010年之后，探測(cè)器的整體規(guī)劃的申請(qǐng)總量就已經(jīng)與閃爍晶體旗鼓相當(dāng)，這也許是在晶體陣列已經(jīng)被切割得足夠精細(xì)的情況下，解決光串?dāng)_和有效光吸收的技術(shù)問(wèn)題被交給了對(duì)探測(cè)器整體規(guī)劃的改進(jìn)。而多模態(tài)聯(lián)用技術(shù)從2000年開始才正式浮出水面。該分支盡管目前申請(qǐng)量少，但漲勢(shì)明顯。伴隨著對(duì)PET-CT，PET-MRI臨床聯(lián)用對(duì)腫瘤信息的準(zhǔn)確互補(bǔ)，多模態(tài)聯(lián)用的申請(qǐng)量開始飛速增長(zhǎng)，2005年以后，多模態(tài)聯(lián)用已經(jīng)成為企業(yè)的又一個(gè)研發(fā)重點(diǎn)。相信未來(lái)的幾年內(nèi)，該技術(shù)分支仍將保持上漲勢(shì)頭。

2.各技術(shù)來(lái)源國(guó)技術(shù)分支申請(qǐng)偏好

對(duì)技術(shù)來(lái)源國(guó)各技術(shù)分支申請(qǐng)偏好進(jìn)行對(duì)比，可以從數(shù)量上一窺各國(guó)的技術(shù)集中情況，從而為各國(guó)企業(yè)之間乃至政府之間的競(jìng)爭(zhēng)與合作提供一定參考。

圖3? 重點(diǎn)技術(shù)來(lái)源國(guó)技術(shù)分支申請(qǐng)偏好

圖3給出了各重要技術(shù)來(lái)源國(guó)的技術(shù)分支申請(qǐng)偏好，可知，各國(guó)創(chuàng)新主體對(duì)探測(cè)器技術(shù)均各有側(cè)重。其中，美國(guó)、日本、中國(guó)主要的技術(shù)申請(qǐng)均集中于讀出芯片，這與其本身是電子產(chǎn)品大國(guó)有密切關(guān)聯(lián)，不過(guò)三國(guó)的申請(qǐng)偏好仍然有所差別：美國(guó)、日本對(duì)讀出芯片的技術(shù)申請(qǐng)數(shù)量為光電轉(zhuǎn)換這一分支數(shù)量的三倍之多。這說(shuō)明美國(guó)、日本能夠準(zhǔn)確把握技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，能夠?qū)⒅饕难邪l(fā)投入集中于讀出芯片，而非整體已處于技術(shù)飽和期的光電轉(zhuǎn)換。而中國(guó)在讀出芯片方面的申請(qǐng)量盡管占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但其與其他技術(shù)分支申請(qǐng)量的差別不大，這或許與中國(guó)在探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域整體發(fā)展的時(shí)間較短，因而各技術(shù)分支專利申請(qǐng)呈現(xiàn)出較為平衡的態(tài)勢(shì)有關(guān)。

德國(guó)主要在多模態(tài)聯(lián)用方面提出申請(qǐng)，由于西門子等重要的德國(guó)企業(yè)均致力于研發(fā)PET-CT、PET-MRI中磁場(chǎng)梯度以及RF信號(hào)的干擾等技術(shù)，因此，德國(guó)在多模態(tài)聯(lián)用方面的研發(fā)力度也較大。法國(guó)、韓國(guó)、英國(guó)則不僅側(cè)重于讀出芯片，在探測(cè)器整體規(guī)劃的技術(shù)創(chuàng)新中也投注了相當(dāng)?shù)木Α６砹_斯則主要致力于對(duì)閃爍晶體這一分支的技術(shù)改進(jìn)。

結(jié)論

綜上，PET探測(cè)器技術(shù)目前處于快速發(fā)展的時(shí)期。從技術(shù)熱點(diǎn)來(lái)看，光電轉(zhuǎn)換技術(shù)目前遇冷，而與之相對(duì)應(yīng)的，多模態(tài)聯(lián)用這一技術(shù)分支盡管起步時(shí)間較晚，然而隨著PET與CT以及MRI技術(shù)融合的不斷深入，未來(lái)幾年中極有可能會(huì)處于較快的上升勢(shì)頭，中國(guó)企業(yè)可考慮在該分支中投入較大的研發(fā)精力，從而提前“圈地”。

從技術(shù)區(qū)域的布局來(lái)看，美國(guó)、日本占據(jù)絕對(duì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在讀出芯片這一分支有所側(cè)重，形成了自身的專利群。同時(shí)，中國(guó)申請(qǐng)人在讀出芯片分支中盡管起步較晚，但申請(qǐng)量增速較快，不過(guò)授權(quán)占比較低，可見中國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)水平與其他重要國(guó)家相比仍有較大差距。同時(shí)，由于技術(shù)起步較晚，中國(guó)在各技術(shù)分支的申請(qǐng)量均較為均衡，考慮到美國(guó)、日本均對(duì)光電轉(zhuǎn)換分支不再青睞，中國(guó)企業(yè)可在研制自身探測(cè)器時(shí)，考慮購(gòu)買美國(guó)、日本申請(qǐng)人在光電轉(zhuǎn)換分支的核心專利，甚至有效利用其無(wú)效專利。同時(shí)需要注意的是，目前中國(guó)申請(qǐng)人在國(guó)外布局的意愿較弱，在當(dāng)前美國(guó)對(duì)中國(guó)發(fā)起多起“337調(diào)查”的背景之下，中國(guó)申請(qǐng)人可考慮在潛在市場(chǎng)中提前布防。另外，盡管韓國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量較低，然而其授權(quán)占比卻排名第三，中國(guó)企業(yè)、政府均可考慮與其進(jìn)行技術(shù)合作，從而達(dá)成該領(lǐng)域中的“雙贏”局面。而對(duì)于新興的多模態(tài)聯(lián)用分支，德國(guó)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，中國(guó)企業(yè)及政府也可考慮與德國(guó)加深技術(shù)融合，以獲得更為合理的發(fā)展。