數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)專利分析

張犁朦，汪凱，汪勇

安徽省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，安徽 合肥230088

數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)專利分析

張犁朦，汪凱，汪勇

安徽省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，安徽 合肥230088

為了促進(jìn)我國(guó)口腔醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展，了解數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。本文針對(duì)數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)開展專利分析研究，通過(guò)分析全球及國(guó)內(nèi)專利的發(fā)展趨勢(shì)、主要申請(qǐng)人分布以及不同技術(shù)分支的專利布局特點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行梳理。并且通過(guò)對(duì)數(shù)字X線全景圖像技術(shù)等重點(diǎn)技術(shù)分支的深度解析，制作技術(shù)功效矩陣，給出相應(yīng)技術(shù)分支研發(fā)建議和專利布局建議，為我國(guó)口腔醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供意見和建議。

全景圖像；數(shù)字化；專利分析；技術(shù)發(fā)展方向；技術(shù)功效矩陣

引言

20世紀(jì)以來(lái)，隨著口腔醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，與之密切相關(guān)的影像學(xué)技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。全景圖像掃描作為口腔X線診斷的重要方式，越來(lái)越多的被應(yīng)用在臨床研究上[1]。全景口腔X射線機(jī)利用不同組織對(duì)X射線吸收不同的原理，根據(jù)患者頜骨弧線通過(guò)步進(jìn)電機(jī)調(diào)整成像軌跡，患者位置不動(dòng)，X光探測(cè)器繞患者臉部旋轉(zhuǎn)，一次成像，并通過(guò)圖像分析綜合生成牙床全景圖，為醫(yī)生提供診斷信息[2-3]。

國(guó)外的一些知名醫(yī)療器械公司都擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的口腔X射線全景成像產(chǎn)品，主要包括日本富士公司的FUJI CR系統(tǒng)、德國(guó)西門子公司的SIDEXIS系統(tǒng)和Sirona數(shù)字化全景X光機(jī)、美國(guó)GE公司light speed 64層螺旋機(jī)等[4-5]。相比之下，國(guó)內(nèi)公司在該技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，但市場(chǎng)潛力巨大，發(fā)展勢(shì)頭較好[6]。

本文圍繞數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)，選擇2001年～2015年間的全球發(fā)明專利作為分析樣本，開展數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)的研究[7]。通過(guò)分析全球及國(guó)內(nèi)專利的發(fā)展趨勢(shì)、主要申請(qǐng)人分布以及不同技術(shù)分支的特點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)及專利布局提出意見和建議[8-9]。

1 數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)全球發(fā)展態(tài)勢(shì)分析

圖1說(shuō)明了近年來(lái)數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)全球?qū)＠l(fā)展趨勢(shì)，可大致分為3個(gè)發(fā)展階段[10]：

2001年～2004年，基本上處于低位盤整；在這個(gè)階段專利年申請(qǐng)量約為十余件，主要布局集中在日本、美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家。主要申請(qǐng)人大多集中在德國(guó)和日本。

2005年～2009年，隨著口腔診斷技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，專利申請(qǐng)量大幅增長(zhǎng)；在2006年發(fā)明專利申請(qǐng)量出現(xiàn)階段性高峰54件，雖然隨后有所起伏，但2009年回升明顯。該階段，雖然專利大多仍然集中在日本和美國(guó)，但是韓國(guó)、中國(guó)的專利申請(qǐng)量逐漸上升，說(shuō)明該階段新興國(guó)家和新興市場(chǎng)逐漸受到大家的關(guān)注，而新興市場(chǎng)主體的研發(fā)實(shí)力也得到長(zhǎng)足的進(jìn)步，越來(lái)越多的申請(qǐng)人在韓國(guó)、美國(guó)和芬蘭集中。

2009至今，專利申請(qǐng)量緩慢下降。雖然該階段中2012年的專利申請(qǐng)量有所回調(diào)，但整體波動(dòng)趨勢(shì)向下。在這個(gè)階段里，雖然美國(guó)仍是專利公開第一的國(guó)家，但中國(guó)和韓國(guó)作為新興市場(chǎng)的代表，專利公開量較為集中。與之對(duì)應(yīng)，中國(guó)、韓國(guó)和意大利的專利申請(qǐng)人也逐漸集中，研發(fā)實(shí)力的增長(zhǎng)較為突出。

圖1 數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)全球?qū)＠l(fā)展趨勢(shì)

2 數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)國(guó)家專利競(jìng)爭(zhēng)力分析

圖2示出了數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)主要專利公開國(guó)家/地區(qū)的分布情況[11]。選取排名靠前的國(guó)家/地區(qū)進(jìn)行分析，按照申請(qǐng)量由多到少的順序依次是日本、美國(guó)、WIPO、EPO、韓國(guó)、中國(guó)、德國(guó)和芬蘭。其中日本專利公開量占總量的21%，美國(guó)占20%。值得一提的是，WIPO和EPO的專利申請(qǐng)量較大。上述情況一方面說(shuō)明美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家/地區(qū)是專利的重點(diǎn)布局區(qū)域；另一方面也反映了該技術(shù)領(lǐng)域的海外專利布局意識(shí)較強(qiáng)。

圖2 數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)主要專利公開國(guó)家/地區(qū)分布圖

根據(jù)圖3的分析，我們將上述6個(gè)主要的專利公開國(guó)分成3類。

第一類是以日本和美國(guó)作為代表的傳統(tǒng)技術(shù)強(qiáng)國(guó)。上述兩個(gè)國(guó)家的專利申請(qǐng)總量占全球?qū)＠慕?1%。在過(guò)去的15年里，其專利數(shù)量的變化主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：

圖3 數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)主要專利公開國(guó)發(fā)展趨勢(shì)

（1）專利年申請(qǐng)量大。不管在哪個(gè)發(fā)展階段，與其他幾個(gè)國(guó)家相比，美國(guó)和日本的年申請(qǐng)量都占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

（2）發(fā)展趨勢(shì)各有特點(diǎn)。其中在2010年以前，美國(guó)和日本的發(fā)展趨勢(shì)類似，2004年前數(shù)量較少，在2005年～2009年迎來(lái)發(fā)展高峰。不同的是日本的專利在隨后出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，而美國(guó)的專利申請(qǐng)量則在2012年出現(xiàn)回升。其原因可能是因?yàn)槿毡咀鳛樵擃I(lǐng)域最大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)國(guó)家，其專利數(shù)量大多是本國(guó)申請(qǐng)人申請(qǐng)，隨著該技術(shù)的不斷成熟，在全球?qū)＠找嫦禄拇筅厔?shì)下，日本的公司在該技術(shù)領(lǐng)域的專利產(chǎn)出也隨之減少。而美國(guó)的專利公開數(shù)量則是因?yàn)槠渥鳛槿蜃畲蟮氖袌?chǎng)國(guó)，會(huì)有新興的技術(shù)研發(fā)公司不斷地在美國(guó)申請(qǐng)專利，從而造成2009年后專利數(shù)量并沒有出現(xiàn)明顯下降。

第二類是以韓國(guó)和中國(guó)作為代表的新興市場(chǎng)國(guó)家。上述國(guó)家的專利申請(qǐng)量占全球總量的20%左右。其專利申請(qǐng)量的變化特點(diǎn)主要是：專利發(fā)展沒有明顯的高峰和下降階段。在2005年以前專利數(shù)量都相對(duì)較少，而2006年以后出現(xiàn)較大增長(zhǎng)。在主要研發(fā)國(guó)家近年來(lái)專利數(shù)量明顯減少的時(shí)候，上述國(guó)家并沒有出現(xiàn)明顯的變化，特別是中國(guó)，依然保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在2005年以前上述國(guó)家基本上沒有專利積累，2006年后可能是因?yàn)槭袌?chǎng)及消費(fèi)需求的帶動(dòng)出現(xiàn)專利的強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)，但在下文中的申請(qǐng)人分析中可以看到，韓國(guó)專利申請(qǐng)量的提升一大部分是由于其公司研發(fā)實(shí)力的增長(zhǎng)；而中國(guó)并沒有明顯的研發(fā)類公司產(chǎn)生，其增長(zhǎng)更多是由于市場(chǎng)因素。

第三類是以德國(guó)和芬蘭為代表的傳統(tǒng)技術(shù)強(qiáng)國(guó)。近15年來(lái)，在數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量較少，僅占全球?qū)＠暾?qǐng)量的6%左右。其發(fā)展的主要特點(diǎn)是：

（1）技術(shù)研發(fā)存量較好。在該階段的前兩年這兩個(gè)國(guó)家都有專利儲(chǔ)備，特別是將視線拓展到更長(zhǎng)年份跨度，與新興市場(chǎng)相比，上述國(guó)家在口腔CT領(lǐng)域都有較強(qiáng)儲(chǔ)備。

（2）近年來(lái)技術(shù)后續(xù)研發(fā)較弱。德國(guó)和芬蘭的專利申請(qǐng)?jiān)?010年后基本上沒有專利公開，可能上述國(guó)家的研發(fā)重點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移。

（3）專利數(shù)量相對(duì)較少。與前面所述的幾類國(guó)家相比，德國(guó)和芬蘭的專利申請(qǐng)大多是作為技術(shù)研發(fā)的本國(guó)申請(qǐng)人提出，而全球別的國(guó)家并沒有將其作為市場(chǎng)國(guó)的布局需求。

3 數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)主要專利申請(qǐng)人分析

圖4展示的是數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)人申請(qǐng)量排名情況，全球范圍內(nèi)排名前10位的申請(qǐng)人全部是外國(guó)企業(yè)。其中日本的企業(yè)有5家，分別是排名第4的電視系統(tǒng)公司、排名第5的株式會(huì)社吉田制作所；排名第6的日本森田株式會(huì)社（morita），以及排名并列第10的axion公司和Japan science and technology corporation。韓國(guó)公司有2家，分別是排名第1的怡友公司和第8的生物技術(shù)公司；德國(guó)西諾德公司（sirona）排名第3；芬蘭的ajat公司排名第2、普蘭梅卡（planmeca）排名第8；法國(guó)公司trophy、意大利的cef l a排名第7。

從上述重點(diǎn)申請(qǐng)人分析中可以看到：① 口腔CT領(lǐng)域傳統(tǒng)的重點(diǎn)公司在全景圖像生成技術(shù)領(lǐng)域并不占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，例如，德國(guó)西諾德、芬蘭普蘭梅卡等公司排名較后，相比之下，新興的韓國(guó)怡友公司、芬蘭ajat公司在該技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)；② 日本的研發(fā)實(shí)力雄厚，日本公司雖然沒有排名前三，但是這些公司中有一半都是日本公司，其中不乏口腔醫(yī)療的傳統(tǒng)公司森田，還包括AXION和電視系統(tǒng)公司等電子信息領(lǐng)域發(fā)展較好的公司；③ 韓國(guó)申請(qǐng)人雖然技術(shù)儲(chǔ)備的年代并不長(zhǎng)，但是研發(fā)實(shí)力和發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁；④ 中國(guó)的重點(diǎn)公司與國(guó)外相比，研發(fā)實(shí)力還存在一定差距。

圖4 數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)全球主要專利申請(qǐng)人排名

4 數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)分類研究

全景圖像生成技術(shù)是口腔醫(yī)療領(lǐng)域電子控制技術(shù)和圖像處理技術(shù)的交叉學(xué)科，該技術(shù)按圖像產(chǎn)生方式可以分為直接拍攝全景圖像和CT數(shù)據(jù)生成全景圖像兩種[12]。直接拍攝全景圖像是通過(guò)直接拍攝的方式獲取口腔中所有牙齒的X線二維投影圖像，直觀地顯示所有牙齒的分布情形；CT數(shù)據(jù)生成全景圖像是獲取口腔部位的CBCT數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)處理合成為全景圖像。從數(shù)據(jù)來(lái)看，“直接拍攝全景圖像”技術(shù)作為目前的研發(fā)熱點(diǎn)，專利產(chǎn)出占總量的84%，見圖5。

圖5 數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)及主要分類

從圖6可知，兩種技術(shù)分支都有各自的發(fā)展特點(diǎn)，“直接拍攝全景圖像”技術(shù)從上世紀(jì)90年代就開始有專利布局，到2002年一直處于緩慢增長(zhǎng)階段；2003年以后雖然每年的專利申請(qǐng)數(shù)量有所波動(dòng)，但增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，在2009年和2012年達(dá)到了階段性高峰。相比之下，“CT數(shù)據(jù)生成全景圖像”技術(shù)主要依賴于錐形束（CBCT）技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)錐形束CT采集數(shù)據(jù)，所以起步稍晚。本文中，我們對(duì)“直接拍攝全景圖像”技術(shù)進(jìn)行深入分析，將其分解為13類技術(shù)手段和10個(gè)主要技術(shù)方向，進(jìn)行技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)和聚類功效分析[13]，通過(guò)構(gòu)建技術(shù)功效矩陣，為數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)的主要發(fā)展和專利布局提出意見和建議[14-16]。

圖6 數(shù)字X線全景圖像主要技術(shù)分支專利申請(qǐng)趨勢(shì)

5 專利布局和研發(fā)方向分析

從圖7可以看出，“建立多軌道”是專利產(chǎn)出最為集中的技術(shù)手段，專利數(shù)量占比約為17%，而該技術(shù)手段主要用于解決“牙弓線的擬合”問(wèn)題。值得一提的是，雖然“擬合牙弓線”有其它技術(shù)手段可以實(shí)現(xiàn)，如：咬合裝置的優(yōu)化、預(yù)處理、圖像處理和圖像分析識(shí)別等，但是“多軌道”技術(shù)手段是目前為止手段唯一、且技術(shù)方向也相對(duì)確定的最優(yōu)方案。因此，采用該技術(shù)手段進(jìn)行“牙弓線擬合”的研發(fā)時(shí)，可能少走很多彎路，省卻很多重復(fù)性工作，便于提高工作效率。

其次，采用“圖像處理”和“圖像分析識(shí)別”技術(shù)手段的專利占比超過(guò)27%。這兩種手段作為軟件處理的代表性手段能夠解決大多數(shù)技術(shù)問(wèn)題，不僅在針對(duì)病變識(shí)別、擬合牙弓線和防畸變、去模糊這些技術(shù)方向上解決效果較好，而且在減少輻射劑量、保持放大率恒定、實(shí)現(xiàn)特定擺設(shè)、拍攝多樣化等技術(shù)方向都能夠達(dá)到預(yù)期的技術(shù)效果，因而得到了科研人員的廣泛青睞與應(yīng)用，特別是中國(guó)的專利申請(qǐng)大多集中在這兩個(gè)主要的技術(shù)手段。目前，這兩個(gè)技術(shù)手段可能是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)研發(fā)和專利產(chǎn)出的熱點(diǎn)。建議：一方面可以深化這兩個(gè)技術(shù)手段在現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題解決方式和解決效果上的研究；另一方面，也可以探索其在其他技術(shù)方向上的應(yīng)用。

“射源控制”、“探測(cè)器改進(jìn)”、“射源與探測(cè)器配合”以及“咬合裝置”上的操作主要是圍繞全景機(jī)設(shè)備的主要構(gòu)件，通過(guò)外圍硬件的調(diào)整和控制達(dá)到全景圖像的優(yōu)化。這4種技術(shù)手段的專利數(shù)量之和占總量的38%。其中，射源控制、探測(cè)器改進(jìn)、射源與探測(cè)器配合3種技術(shù)手段，主要是圍繞射源和探測(cè)器開展研究，集中在多功能、實(shí)現(xiàn)特定拍攝、減少脊柱干擾和保持放大率恒定等技術(shù)方向。這些技術(shù)方向和前面所說(shuō)的圖像處理和圖像分析識(shí)別形成互補(bǔ)。由于該部分技術(shù)內(nèi)容大多涉及全景CT機(jī)的基礎(chǔ)硬件設(shè)備，對(duì)于中國(guó)公司來(lái)說(shuō)研發(fā)難度較大，目前，還沒有較為典型的中國(guó)專利產(chǎn)出。但是作為全景圖像生成的關(guān)鍵技術(shù)分支，有些問(wèn)題很難通過(guò)軟件手段徹底解決，所以在產(chǎn)品的研發(fā)實(shí)踐中本部分的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)不能簡(jiǎn)單無(wú)視。

圖7 數(shù)字X線直接拍攝全景圖像技術(shù)功效矩陣

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

通過(guò)上述分析，本文可得出以下結(jié)論：

（1）數(shù)字化全景圖像生成技術(shù)發(fā)展十分迅速，2006年～2009年出現(xiàn)峰值，但近兩年由于技術(shù)成熟度逐漸增高，一些主要的功能逐漸被CBCT圖像掃描所替代，新的技術(shù)發(fā)展點(diǎn)還不明確，所以專利數(shù)量增長(zhǎng)趨緩。

（2）日本、美國(guó)、韓國(guó)和中國(guó)已經(jīng)成為本領(lǐng)域主要的專利公開國(guó)，特別是后兩者專利申請(qǐng)量增速已經(jīng)超過(guò)德國(guó)和芬蘭。該領(lǐng)域重點(diǎn)申請(qǐng)人中大多為日本、韓國(guó)和芬蘭公司。其中，日本的研發(fā)實(shí)力雄厚，韓國(guó)和芬蘭的一些新興的技術(shù)研發(fā)公司的排位靠前，如韓國(guó)怡友公司和生物技術(shù)公司、芬蘭的ajat公司等。

（3）與上述國(guó)家相比，中國(guó)的公司數(shù)量和專利數(shù)量相對(duì)較少，研發(fā)實(shí)力還有一定差距。但隨著市場(chǎng)環(huán)境的不斷成熟，近年來(lái)中國(guó)專利的申請(qǐng)量出現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)。

6.2 建議

針對(duì)我國(guó)數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)的發(fā)展，本文提出以下建議：

未來(lái)幾年，我國(guó)數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，需要根據(jù)自身特點(diǎn)制定科學(xué)的發(fā)展策略。

從宏觀上來(lái)看，數(shù)字X線全景圖像生成技術(shù)的發(fā)展需要政策長(zhǎng)期穩(wěn)定的支撐，通過(guò)對(duì)專利信息的分析利用，梳理重點(diǎn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)加以扶持和培育。制定有針對(duì)性的整合科研資源，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、協(xié)同發(fā)展。

在具體技術(shù)的研發(fā)上，應(yīng)該制定有針對(duì)性的專利布局戰(zhàn)略。

（1）對(duì)“多軌道”技術(shù)解決“牙弓線的擬合”問(wèn)題，近年來(lái)該技術(shù)手段的發(fā)展勢(shì)頭穩(wěn)定，應(yīng)該優(yōu)先考慮，并做適當(dāng)?shù)膶＠季帧?/p>

（2）“圖像處理”和“圖像分析識(shí)別”作為一種常用的技術(shù)手段，國(guó)內(nèi)已有一定的專利產(chǎn)出和布局，目前還有一定的開發(fā)空間。一方面可以深化其在現(xiàn)有技術(shù)方向上的研究；另一方面，也可以探索其在其它技術(shù)方向上的應(yīng)用。

（3）“射源控制”、“探測(cè)器改進(jìn)”、“射源與探測(cè)器配合”3種技術(shù)方案涉及全景機(jī)的硬件設(shè)備，這部分內(nèi)容對(duì)于中國(guó)公司來(lái)說(shuō)研發(fā)難度較大，但是作為全景圖像生成的關(guān)鍵技術(shù)分支，在產(chǎn)品的研發(fā)實(shí)踐中本部分的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)不能忽視。

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本文編輯 王博潔

Analysis on Patent of Digital X-ray Panoramic Image Generation

ZHANG Li-meng, WANG Kai, WANG Yong
Science and Technology Information Institute of Anhui Province, Hefei Anhui 230088, China

In order to stimulate the development of domestic dental medical industry and to understand the development situation of digital X-ray panoramic image generation technology, the paper analyzed and researched on patent of digital X-ray panoramic image generation, and the status of industrial technology research and development was sorted out through analyzing the development trend of global and domestic patents, the principal applicant distributions as well as patent portfolio characteristics of different technology branches. In addition, with the deep analysis on some important branches of digital X-ray panoramic image technology, the technical eff i ciency matrix was made so as to give some appropriate recommendations on technical branch research as well as patent layout. The paper also put forward some suggestions and countermeasures for the development of dental medical industry in China.

panoramic image; digitization; patent analysis; technology development direction; technical eff i ciency matrix

R816.98；G306.7

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.04.041

1674-1633(2017)04-0148-04

2016-06-02

2016-06-30

2015年國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利信息利用支撐項(xiàng)目《口腔CT領(lǐng)域?qū)＠治鲅芯俊罚?015ZC00110）。

作者郵箱：lemmonzh@163.com