基于專利文獻(xiàn)的磁共振勻場技術(shù)成熟度分析研究

儲呈晨，李斌，季智勇，王源冰，肖順

1. 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；2. 上海交通大學(xué) 中國醫(yī)院發(fā)展研究院醫(yī)院經(jīng)營研究所，上海 201306

引言

磁共振成像設(shè)備的現(xiàn)實生產(chǎn)、裝配以及使用過程等因素都不可避免的影響磁體的均勻度，為了得到滿意的主磁場均勻度，需要對裝配后磁體的磁場進(jìn)行校正即勻場[1-3]。磁共振成像過程中，主磁場不均勻?qū)?dǎo)致產(chǎn)生的圖像模糊或者錯位、加大對中心頻率敏感序列的偽影等現(xiàn)象，進(jìn)而致使臨床無法診治患者[4]。為了使磁共振成像設(shè)備圖像得到保障，需要使用先進(jìn)的勻場技術(shù)。國家重點研發(fā)計劃數(shù)字診療裝備研發(fā)重點專項部署了一系列醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)和部件，如磁共振的梯度線圈、功率放大器、勻場技術(shù)等，以實現(xiàn)高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的自主可控。技術(shù)戰(zhàn)略是企業(yè)長期發(fā)展的生命線，根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢從而制定相應(yīng)戰(zhàn)略[5-6]，技術(shù)成熟度評價是反映技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)和發(fā)展趨勢的重要工具，上海市醫(yī)療設(shè)備器械管理質(zhì)量控制中心于2015年開展醫(yī)療器械領(lǐng)域技術(shù)成熟度研究[7]。專利文獻(xiàn)可用來表征技術(shù)研發(fā)水平，在一定程度上判斷技術(shù)生命周期、預(yù)測技術(shù)成熟度。本文利用專利文獻(xiàn)對勻場技術(shù)進(jìn)行技術(shù)成熟度分析，探討相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢，為我國突破國外技術(shù)封鎖、為相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)決策提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 專利指標(biāo)法

專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)是科研產(chǎn)出數(shù)據(jù)的主要表現(xiàn)形式之一，基于專利文獻(xiàn)在不同周期的指標(biāo)特征判斷技術(shù)的成熟度階段。在技術(shù)嬰兒期（技術(shù)萌芽期），專利方面以發(fā)明專利為主，并且專利的申請人數(shù)量較少，且增長緩慢。成長期，專利類型一般為發(fā)明專利，專利數(shù)量和申請人數(shù)量都在激增。成熟期，專利和申請人數(shù)量緩慢，類型轉(zhuǎn)為實用新型專利，專利密度達(dá)到最大。衰退期，專利和申請人數(shù)量都呈負(fù)增長，類型主要是外觀設(shè)計類專利。

實施專利指標(biāo)法的步驟為：① 計算技術(shù)生長率（v）、技術(shù)成熟系數(shù)（α）、技術(shù)衰老系數(shù)（β）和新技術(shù)特征系數(shù)（N）四個指標(biāo)；② 分析各個指標(biāo)歷年的變化趨勢；③ 判斷該技術(shù)所處的成熟度階段[5]（表1）。

表1 專利指標(biāo)

技術(shù)生長率（v）為某技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)年的發(fā)明專利申請量或授權(quán)量占追溯特定時間段該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)明專利申請累積量或授權(quán)累積量的比率，A為追溯特定時間段該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)明專利申請累積量或授權(quán)累積量，見式(1)。

技術(shù)成熟系數(shù)（α）為某技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)年的發(fā)明專利申請或授權(quán)量占該技術(shù)領(lǐng)域發(fā)明專利和實用新型專利申請或授權(quán)總量的比率，b為該技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)年實用新型申請量或授權(quán)量，見式(2)。

技術(shù)衰老系數(shù)（β）為某技術(shù)領(lǐng)域發(fā)明專利和實用新型專利申請或授權(quán)量占該技術(shù)領(lǐng)域發(fā)明專利、實用新型和外觀設(shè)計專利申請或授權(quán)總量的比率，c為該技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)年外觀設(shè)計專利申請量或授權(quán)量，見式(3)。

新技術(shù)特征系數(shù)（N）由技術(shù)生長率和技術(shù)成熟度系數(shù)推算而來；以a為該技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)年發(fā)明專利申請量或授權(quán)量，見式(4)。

1.2 技術(shù)生命周期S曲線

技術(shù)從產(chǎn)生到退出市場，被新的技術(shù)所替代，是技術(shù)的生命周期，S曲線是判斷技術(shù)生命周期的方法之一[6-8]。S曲線認(rèn)為一項技術(shù)的發(fā)展過程，遵循一定的規(guī)則軌跡，經(jīng)歷萌芽期、成長期、成熟期、衰退期，故又有“成長曲線”之稱，也稱為“技術(shù)生命周期四階段理論”。Garter提出Hype Cycle曲線理論，認(rèn)為典型的新技術(shù)從出現(xiàn)到成為主流技術(shù)并不是簡單上升的，而是經(jīng)過一個相對曲折的過程。該過程分為5個典型階段：觸發(fā)期、期望膨脹期、幻滅期、復(fù)蘇期、成熟期，稱為Hype Cycle[9]。Hype Cycle五階段論與“S”曲線四階段論存在著一定的聯(lián)系。Hype Cycle為兩段“S曲線構(gòu)成，“轉(zhuǎn)折期”為兩段S曲線的分界點。通過這一對應(yīng)轉(zhuǎn)化過程，可彌補“四階段論S曲線”對技術(shù)生命周期劃分不夠細(xì)致的問題。常用的S曲線數(shù)學(xué)模型主要有Logistic模型和Gompertz模型，應(yīng)用較多的是Logistic模型，關(guān)于t的函數(shù)，見式(5)。

其中，y表示某技術(shù)的專利累積申請量，k、α和β為常數(shù)，t為時間，β為t50的值，記a為t10至 t90所需的時間，因此α=Ln81/a。以k表示y的最大值，f(t10)=10%k，f(t50)=50%k，f(t90)=90%k，一般認(rèn)為，t10為萌芽期，t10至t50為成長期，t50至t90為成熟期，t90之后為衰退期[5,10]。

2 結(jié)果

以“磁共振勻場技術(shù)”為主題詞，在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，共檢索出發(fā)明公開、實用新型、發(fā)明授權(quán)三類專利320件，剔除發(fā)明授權(quán)37件（與發(fā)明公開申請重復(fù)）。根據(jù)檢索出的專利結(jié)果對磁共振勻場技術(shù)中國專利技術(shù)成熟度進(jìn)行分析。

2.1 專利指標(biāo)法分析

考慮專利公開和專利授權(quán)公開時間較申請日期有1～3年左右時間的審核期，因此，本以專利申請日期作為專利技術(shù)形成時間，對中國知網(wǎng)專利數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)計。統(tǒng)計該技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)年發(fā)明專利申請量、追溯5年時間內(nèi)該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)明專利申請累積量、當(dāng)年實用新型申請量、外觀設(shè)計專利申請量等指標(biāo)，見表2。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)計算技術(shù)生長率（v）、技術(shù)成熟系數(shù)（α）、技術(shù)衰老系數(shù)（β）、新技術(shù)特征系數(shù)（N）見圖1，根據(jù)圖1各指標(biāo)的變化趨勢，判斷磁共振勻場技術(shù)所處的技術(shù)成熟度階段。

表2 2005—2020年磁共振勻場技術(shù)相關(guān)專利數(shù)量（件）

技術(shù)生長率在2009年前交替緩慢增長，技術(shù)成熟度系數(shù)不變，因此，磁共振勻場技術(shù)中國專利處于萌芽期（嬰兒期）；2010—2012年技術(shù)生長率和技術(shù)成熟度系數(shù)增幅明顯，因此，勻場技術(shù)處于成長期；2013年以后技術(shù)生長率和技術(shù)成熟度系數(shù)有減緩趨勢，可認(rèn)為2013年磁共振勻場技術(shù)進(jìn)入成熟期，截至2020年，技術(shù)衰老系數(shù)一直維持不變，可認(rèn)為勻場技術(shù)仍處于成熟期，尚未進(jìn)入衰老期，見圖1。

圖1 基于專利指標(biāo)法磁共振勻場技術(shù)成熟度分析

2.2 技術(shù)生命周期S曲線

利用Loglet Lab軟件對磁共振成像設(shè)備勻場技術(shù)的專利申請量數(shù)據(jù)擬合出Logistic曲線，Logistic關(guān)鍵參數(shù)為k、A/年t50、r、R2和P值，其對應(yīng)的統(tǒng)計量分別為367、13.7、2016、0.321、0.996和2.13×10-21可以判斷其生命周期的各個階段，根據(jù)擬合出的生命周期曲線進(jìn)行技術(shù)成熟度評價（圖2）。統(tǒng)計學(xué)參數(shù)顯示，P＜0.01模型通過顯著性檢，R2=0.996擬合優(yōu)度極佳。

圖2 基于專利數(shù)據(jù)的勻場技術(shù)的技術(shù)生命周期S曲線

由擬合出的S曲線式(6)可知t1=2002，t10=2009，t50=2016，t90=2023，t99=2031，因此， 根據(jù) S曲線預(yù)測2002—2009 年為勻場技術(shù)的萌芽期，2010—2016年為成長期，2017年進(jìn)入成熟期，預(yù)計至2023年仍處于成熟期，預(yù)測2024年之后為衰退期，2031年需要新技術(shù)革新。

3 討論

王山等[6]對技術(shù)生命周期判斷方法進(jìn)行了研究綜述，目前相關(guān)學(xué)者利用S曲線法對3D打印技術(shù)、射頻識別技術(shù)、石墨烯技術(shù)、車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)、電信技術(shù)、石油產(chǎn)業(yè)二氧化碳注入技術(shù)、3D 電視技術(shù)等相關(guān)技術(shù)[10-13]進(jìn)行發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究。利用技術(shù)生命周期判斷方法對醫(yī)學(xué)裝備領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)預(yù)測和專利戰(zhàn)略方面鮮有研究。從專利文獻(xiàn)分析可知，專利申請量前3的機構(gòu)分別是西門子邁迪特（深圳）磁共振有限公司（7%）、德國西門子公司（6%）和上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司（5%）。2009年沈陽東軟波譜磁共振技術(shù)有限公司申請了勻場孔板磁場調(diào)試系統(tǒng)的專利標(biāo)志者中國勻場技術(shù)進(jìn)入成長期；同期西門子邁迪特(深圳)磁共振有限公司的一批中國專家也申請了一系列專利；隨后至2012年，奧泰醫(yī)療系統(tǒng)有限責(zé)任公司、蘇州安科醫(yī)療系統(tǒng)有限公司、寧波鑫高益磁材有限公司、深圳市貝斯達(dá)醫(yī)療器械有限公司、上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司先后申請了勻場技術(shù)相關(guān)專利[14-20]，2018年蘇州朗潤醫(yī)療系統(tǒng)有限公司公開了“基于三維梯度雙回波的動態(tài)勻場方法”的專利，至此國內(nèi)主要磁共振生產(chǎn)廠家均申請了勻場技術(shù)相關(guān)專利，表明磁共振勻場技術(shù)進(jìn)入到成熟期。

4 結(jié)論

本文對磁共振勻場技術(shù)專利進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和挖掘，判斷技術(shù)生命周期，反映技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)和未來發(fā)展趨勢，利用專利指標(biāo)法和技術(shù)生命周期S曲線法進(jìn)行磁共振勻場技術(shù)成熟度分析研究。本文采用計量法中的專利指標(biāo)法進(jìn)行技術(shù)生命周期判斷，采用模型化法中的技術(shù)生命周期S曲線進(jìn)行技術(shù)程度預(yù)測，均得出磁共振勻場技術(shù)目前處于成熟期的結(jié)論。兩者結(jié)論的不同之處在于專利指標(biāo)法提示在2013年進(jìn)入成熟期，而S曲線結(jié)果表明在2016年進(jìn)入成熟期；兩者結(jié)論相同之處在于提示2010年進(jìn)入成長期?？紤]到專利指標(biāo)法的優(yōu)勢是數(shù)據(jù)易于采集分析，劣勢在于對技術(shù)生命周期的各階段關(guān)鍵時間點的劃分需要主觀判斷，而S曲線法依賴于技術(shù)發(fā)展規(guī)律并模型化，不僅可以判斷不同時期的技術(shù)成熟度，也可預(yù)測技術(shù)發(fā)展的趨勢。未來技術(shù)成熟度分析的方向傾向于定量分析為主，定性分析為輔的發(fā)展趨勢，因此，本來采用專利指標(biāo)法和技術(shù)生命周期S曲線相結(jié)合的分析方法進(jìn)行技術(shù)成熟度分析，后期將關(guān)注深層次的文本挖掘、機器學(xué)習(xí)等提高技術(shù)生命周期判定準(zhǔn)確性的方法。通過本文采取的技術(shù)生命周期判斷、技術(shù)成熟度預(yù)測的方法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)裝備領(lǐng)域，可用于企業(yè)或政府相關(guān)部門的技術(shù)預(yù)測，優(yōu)先發(fā)展技術(shù)選擇決策，確定重點技術(shù)領(lǐng)域、扶持新興技術(shù)、完善成熟技術(shù)、淘汰衰退技術(shù)，具備實用價值。