醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)專利的應(yīng)用發(fā)展態(tài)勢研究

辛繼賓，吳利俊，陽 昕，王 曼

復(fù)旦大學(xué)圖書館（上海 200433）

區(qū)塊鏈（blockchain）作為一個分布式賬本技術(shù)，需經(jīng)多方共同維護，并通過密碼學(xué)確保數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全性，使數(shù)據(jù)的存儲一致性、不易篡改性、防止抵賴性等得到保證[1]。醫(yī)療健康信息領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理是當(dāng)前區(qū)塊鏈研究的熱點領(lǐng)域之一。中國信息通信研究院發(fā)布的《區(qū)塊鏈白皮書2019》認(rèn)為區(qū)塊鏈在醫(yī)療健康信息領(lǐng)域的應(yīng)用場景主要包括對患者既往病史數(shù)據(jù)的獲取、利用數(shù)據(jù)建立模型并用于醫(yī)學(xué)圖像資料的檢索和調(diào)閱、輔助醫(yī)生參與健康相關(guān)咨詢和疾病治療等方面[2]。鑒于專利文獻(xiàn)涵蓋全球最新發(fā)明創(chuàng)造信息的90%以上，已有學(xué)者從專利文獻(xiàn)角度對區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行分析與研究。王玲等利用專利地圖分析方法，對國內(nèi)區(qū)塊鏈領(lǐng)域主要研發(fā)投入機構(gòu)進(jìn)行研究[3]。苑朋彬等分析了全球范圍內(nèi)區(qū)塊鏈技術(shù)主要研發(fā)機構(gòu)、分布區(qū)域、技術(shù)領(lǐng)域和研發(fā)前景等[4]。雷孝平等采用文獻(xiàn)計量學(xué)方法分析了全球區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)研究及專利技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)現(xiàn)狀[5]。劉星等基于專利分析角度，對比了中美兩國在區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域的競爭形勢，分別總結(jié)出兩國在該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，提出中國區(qū)塊鏈技術(shù)的機會與挑戰(zhàn)[6]。但目前尚無研究聚焦醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀，本文基于專利分析視角，系統(tǒng)梳理國內(nèi)外醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)研究現(xiàn)狀，為相關(guān)研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源為法國Questel公司開發(fā)的全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫Orbit（https://orbit.com/），該數(shù)據(jù)庫收錄了包括中國知識產(chǎn)權(quán)局（SIPO）、世界知識產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）、歐洲專利局（EPO）、美國專利商標(biāo)局（USPTO）等在內(nèi)的99個國家和地區(qū)專利機構(gòu)的專利數(shù)據(jù)、24個國家和地區(qū)專利機構(gòu)的全文專利信息以及14個國家和地區(qū)專利機構(gòu)的外觀設(shè)計專利數(shù)據(jù)。

1.2 檢索策略

在Orbit專利庫的Fampat數(shù)據(jù)庫中，以區(qū)塊鏈技術(shù)相關(guān)關(guān)鍵詞作為檢索要素，輔以國際專利分類號（IPC:G16H+，醫(yī)療保健信息學(xué)，即專門用于處置或處理醫(yī)療或健康數(shù)據(jù)的信息和通信技術(shù)），并選擇從主要的申請人和發(fā)明人以及同義詞、近義詞擴展等角度進(jìn)行補充檢索。因2009年1月產(chǎn)生的比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)的首個相對完整應(yīng)用，故限定申請日起止時間為2009年1月1日至2020年9月17日。檢索式為（區(qū)塊鏈 OR blockchain OR數(shù)字時間戳OR digital timestamp OR創(chuàng)世區(qū)塊OR genesis block OR分布式賬簿OR distributed ledger OR去中心化OR decentralized OR去信任OR trustless）/TI/AB/CLMS AND (G16H+) /IPC。

1.3 數(shù)據(jù)清洗與統(tǒng)計學(xué)分析

本研究在分析前對檢索獲得的機構(gòu)名稱、人員、關(guān)鍵詞等字段進(jìn)行規(guī)范化清洗，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。社會網(wǎng)絡(luò)分析是衡量作為節(jié)點的社會行動者之間的關(guān)系集合，具體包括中心性分析、網(wǎng)絡(luò)密度、凝聚子群分析、核心-邊緣分析[7]。中心性是度量個體在整個網(wǎng)絡(luò)中所處中心化程度的重要指標(biāo)，點度中心度是中心性的其中一個常用網(wǎng)絡(luò)中心度，它體現(xiàn)的是整個網(wǎng)絡(luò)中的某個節(jié)點和其它節(jié)點之間的相關(guān)性。節(jié)點的絕對點度中心度和相對點度中心度的數(shù)值越大，表明該節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的重要性越高[8]。國際專利分類（IPC分類）是一種國際通用的專利文獻(xiàn)分類體系，由于一件專利可以同時包含一個或多個IPC分類號，針對那些同時含有兩個或以上IPC分類組號的專利，通過對其所屬IPC大組出現(xiàn)頻次進(jìn)行統(tǒng)計分析，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成共現(xiàn)矩陣，并利用社會網(wǎng)絡(luò)分析法對IPC大組進(jìn)行共現(xiàn)分析。本研究以Excel、Python等軟件進(jìn)行清理、分析和可視化展示，并主要利用社會網(wǎng)絡(luò)分析和可視化工具軟件UCINET繪制IPC共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖，揭示該領(lǐng)域的不同技術(shù)分支和研究熱點。

2 結(jié)果

2.1 總體申請態(tài)勢與技術(shù)生命周期

共獲得全球范圍內(nèi)醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)明專利樣本數(shù)據(jù)1 927條，其中有效專利1 660件（86.1%），因撤銷、過期和放棄的失效專利267件（13.9%）。2009年區(qū)塊鏈在醫(yī)療健康信息領(lǐng)域的申請量僅為34件，2010年出現(xiàn)第一個增長拐點，2011年呈小幅上升后，在2012年至2015年間發(fā)展平穩(wěn)，2015年出現(xiàn)第二個快速上升的拐點，自2016年起進(jìn)入快速增長期，僅2018年一年申請量就達(dá)到451件（圖1）。

圖1 醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈專利申請趨勢Figure 1.Trend of blockchain patent applications in the field of medical and health information

對技術(shù)生命周期的判斷，是以專利的申請量為橫坐標(biāo)、專利申請人的數(shù)量為縱坐標(biāo)作圖，反映隨著時間的變化兩者間呈現(xiàn)的發(fā)展趨勢，也稱技術(shù)生命周期圖法[9]。醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)生命周期與專利申請趨勢較為一致，2009年至2014年是技術(shù)萌芽期，2015年出現(xiàn)拐點，專利申請人和申請量逐年上升，進(jìn)入技術(shù)快速成長期（圖2）。

圖2 醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)生命周期Figure 2.Life cycle of blockchain technology in the field of medical and health information

2.2 技術(shù)研發(fā)區(qū)域分布

2.2.1 技術(shù)公開國家或組織分布

樣本專利數(shù)量排名前5的國家或組織機構(gòu)分別是中國、美國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、日本和歐洲專利局，專利總量為1 522件，占所統(tǒng)計的樣本專利總量的79.0%。中國排名第1，專利數(shù)量為615件。各國或組織比較關(guān)注經(jīng)由專利合作條約（Patent Cooperation Treaty,PCT）申請國際專利，如世界知識產(chǎn)權(quán)組織公開專利數(shù)量為209件，占樣本專利總量的10.8%，位居專利公開排名的第3位。擁有50件專利以上的國家還有韓國、加拿大、澳大利亞和印度，其余國家或組織專利總量均低于30件（圖3）。

圖3 醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈專利申請公開國家或組織Figure 3.Countries or institutions of blockchain patent application in the field of medical and health information

2.2.2 技術(shù)來源國家或組織分布

擁有超過20件及以上專利優(yōu)先權(quán)的國家或組織在全球布局狀態(tài)如圖4所示。美國排名第1，擁有1 031件專利優(yōu)先權(quán)，除在本國申請429件專利外，還在全球進(jìn)行了全面的專利布局，并重視通過PCT途徑申請專利（149件）。中國排名第2，擁有565件專利，除在美國、日本、澳大利亞等海外地區(qū)申請40件專利外，其余525件專利均布局在國內(nèi)市場。德國排名第3，擁有專利優(yōu)先權(quán)數(shù)量90件，PCT專利申請9件。

圖4 醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)先權(quán)國家或組織專利布局Figure 4.Patent layout of blockchain technology priority countries or organizations in the field of medical and health information

2.3 技術(shù)研發(fā)機構(gòu)分布

醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈專利申請數(shù)量排名前10的機構(gòu)如表1所示，美國、中國機構(gòu)各4家，德國、以色列機構(gòu)各1家。美國進(jìn)入全球前5名的機構(gòu)有3家，包含專利申請量最高的加州大學(xué)以及DEKA PRODUCTS、ENLITIC兩家企業(yè)。中國排名靠前的機構(gòu)分別為香港中文大學(xué)、平安科技有限公司、泰康保險集團股份有限公司、騰訊科技有限公司。

表1 醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈專利申請的主要專利權(quán)人Table 1.Main patentees of blockchain patent application in the field of medical and health information

2.4 IPC技術(shù)研發(fā)重點領(lǐng)域分布

目前全球醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈專利數(shù)量排名前10的IPC技術(shù)大組及釋義主要集中于5個IPC技術(shù)小類，分別為G16H（醫(yī)療保健信息學(xué)，即專門用于處置或處理醫(yī)療或健康數(shù)據(jù)的信息和通信技術(shù)）、G06F（電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理）、H04L（數(shù)字信息的傳輸）、G06Q（專門適用于行政、商業(yè)、金融、管理、監(jiān)督或預(yù)測目的的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或方法）、A61B（診斷；外科；鑒定）。具體到IPC技術(shù) 大 組，G16H-010、G16H-050、G06F-021是專利申請量最多的3個技術(shù)大組領(lǐng)域，為該技術(shù)研究熱門方向。此外，根據(jù)世界知識產(chǎn)權(quán)組織發(fā)布的專利IPC分類和相應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域?qū)φ贞P(guān)系，區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)研究主要集中在以下2個技術(shù)領(lǐng)域：①電氣工程部：如數(shù)字通訊（H04L）、計算機技術(shù)（G06F）、信息技術(shù)管理辦法（G06Q）；②儀器部：如醫(yī)療技術(shù)（G16H、A61B）[10]，見表2。

表2 醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈專利數(shù)量排名前10的IPC大組注釋表Table 2.IPC group notes of top 10 blockchain patents in the field of medical and health information

2.5 基于社會網(wǎng)絡(luò)分析的IPC大組共現(xiàn)分析

對納入的1 927件樣本專利進(jìn)行清理分析，發(fā)現(xiàn)1 887件樣本專利中83.0%的數(shù)據(jù)含有有效的IPC大組數(shù)據(jù)，即1 567件樣本專利同時包含不止一個IPC大組數(shù)據(jù)。對1 887件樣本專利所屬IPC大組進(jìn)行共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視化分析，結(jié)果提示IPC大組間合作關(guān)系密切，對IPC共現(xiàn)次數(shù)超過15次以上的數(shù)據(jù)繪制合作網(wǎng)絡(luò)圖，共有44個IPC大組，即圖中顯示的44個節(jié)點。其中，每個節(jié)點的大小按照節(jié)點的點度中心度值排列展示，具體如圖5所示。

圖5 醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈專利的IPC大組共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)Figure 5.IPC co-occurrence network of blockchain patents in the field of medical and health information

進(jìn)一步對樣本專利的IPC大組點度中心度進(jìn)行計算，按照數(shù)值大小從高到低依次排列，得到點度中心度排名前10的樣本專利所屬IPC大組列表（表3）。專利申請量排名前5位的IPC技術(shù)大組中，除了G06F-019，其他4位點度中心度均較高，G16H-010在兩組中均排名第1。但是點度中心度較高的2個技術(shù)領(lǐng)域（G06K-009、G06F-003）專利申請量尚未進(jìn)入前10位。

表3 醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈專利IPC大組共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)點度中心度排名前10情況Table 3.Top 10 of the co-occurrence network centrality of the IPC group of blockchain patents in the field of medical and health information

3 討論

區(qū)塊鏈技術(shù)以塊-鏈結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，能夠以較低的成本建立信任的新型計算范式和協(xié)作模式，逐漸在醫(yī)療健康信息領(lǐng)域建立起自己的應(yīng)用場景和運行規(guī)則，成為該領(lǐng)域的研究熱點。本研究通過對醫(yī)療健康信息領(lǐng)域內(nèi)全球區(qū)塊鏈專利數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)目前該領(lǐng)域的專利申請趨勢、技術(shù)生命周期均處于快速成長期。對樣本專利的技術(shù)公開國家或組織進(jìn)行分析，顯示排名靠前的國家對待區(qū)塊鏈技術(shù)均是秉持積極支持的政策。如中國在2016年發(fā)布的《“十三五”國家信息化規(guī)劃》中，已將區(qū)塊鏈技術(shù)視為重點關(guān)注的一項前沿和熱點技術(shù)，為了在新時代的信息技術(shù)領(lǐng)域中占有先機，明確提出要強化包括區(qū)塊鏈在內(nèi)的一些新興技術(shù)方向的開拓與創(chuàng)新[11]。

本研究結(jié)果顯示醫(yī)療健康信息領(lǐng)域內(nèi)各個公開國家或組織的區(qū)塊鏈專利技術(shù)主要來源于本國或組織，提示各國普遍對其國內(nèi)市場的保護意識較強。通過專利布局策略，積極在國內(nèi)和國際醫(yī)療領(lǐng)域區(qū)塊鏈?zhǔn)袌鲞M(jìn)行相應(yīng)部署，但各自政策又有所不同。例如，美國各個機構(gòu)的專利布局廣泛，不僅在本土申請了區(qū)塊鏈相關(guān)專利，還在他國也申請了同族專利，并積極開展全球布局，德國也在全球多個國家或區(qū)域均有布局，英國和日本在專利數(shù)量有限的情況下，較注重PCT專利申請。相比之下，中國、韓國、印度等國則主要以國內(nèi)布局為主，提示與美、德等科技強國相比，中國在全球的專利布局相對薄弱，可能與國家的整體科技實力和醫(yī)療資源投入程度等相關(guān)。由于區(qū)塊鏈技術(shù)是底層技術(shù)，醫(yī)療健康信息領(lǐng)域是一個重要的應(yīng)用層面，中國機構(gòu)需有較強的海外布局意識，只有通過自主創(chuàng)新和知識產(chǎn)權(quán)保護相結(jié)合，才能提高在領(lǐng)域內(nèi)的核心競爭力[12-14]。

本研究還發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域內(nèi)主要技術(shù)研發(fā)機構(gòu)多為企業(yè)，全球排名前10的機構(gòu)中企業(yè)占比80%。其大都圍繞利用區(qū)塊鏈底層技術(shù)為電子病歷系統(tǒng)、生物傳感器數(shù)據(jù)處理、醫(yī)學(xué)影像識別與診斷、血液參數(shù)動態(tài)監(jiān)測、實時動態(tài)臨床解決方案支持、給藥及配送系統(tǒng)、藥物研發(fā)、健康管理、風(fēng)險管理、電子處方、生物技術(shù)、傳染病溯源等應(yīng)用場景提供解決方案[15-17]。排名靠前機構(gòu)的專利申請數(shù)量差距并不大，還包括一些創(chuàng)新企業(yè)，如美國ENLITIC、以色列CATHWORKS等，反映區(qū)塊鏈技術(shù)尚缺主導(dǎo)性企業(yè)，給相關(guān)機構(gòu)提供了發(fā)展機會[18]。進(jìn)一步對中美兩國專利數(shù)量和授權(quán)率比較，發(fā)現(xiàn)美國專利數(shù)量排名更加靠前，且在該領(lǐng)域起步較早，專利授權(quán)率更高（27.2% vs.9.2%）。

此外，區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療健康信息領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用已涉及多個技術(shù)領(lǐng)域分類，如醫(yī)療保健信息學(xué)、電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理、數(shù)字信息的傳輸、診斷與鑒定、酶或核酸以及微生物的測定或檢驗方法。從社會網(wǎng)絡(luò)分析層面看，目前合作程度較高的技術(shù)領(lǐng)域與前期專利申請量較大的技術(shù)分類之間存在差異，數(shù)據(jù)識別與數(shù)據(jù)表示、記錄載體及其處理、傳輸裝置等技術(shù)點是未來潛在的專利布局點，具有巨大的發(fā)展?jié)撃?，需要進(jìn)一步加強多個技術(shù)領(lǐng)域的合作。

綜上所述，本研究從醫(yī)療健康信息領(lǐng)域區(qū)塊鏈專利技術(shù)的總體申請態(tài)勢、技術(shù)生命周期、技術(shù)研發(fā)區(qū)域分布、技術(shù)研發(fā)機構(gòu)分布、IPC技術(shù)研發(fā)重點領(lǐng)域分布以及基于社會網(wǎng)絡(luò)分析的IPC大組共現(xiàn)分析等多角度進(jìn)行討論，提示應(yīng)把握該技術(shù)快速發(fā)展時機，提升相關(guān)機構(gòu)全球布局意識，促進(jìn)國內(nèi)企業(yè)加快研發(fā)步伐，推動多個技術(shù)領(lǐng)域的合作。