基于專利分析及可視化的神經刺激器競爭態勢研究

張婷，池慧，歐陽昭連

中國醫學科學院/北京協和醫學院 醫學信息研究所/圖書館，北京 100020

引言

神經刺激器通過產生不同頻率、不同幅度的脈沖信號刺激病人神經，以達到治療各種疑難疼痛疾病的目的[1]。目前神經刺激器領域以植入式神經刺激器發展最快，除了傳統人工耳蝸恢復聽覺[2]外，美國FDA已經許可臨床應用的植入式神經刺激器主要有脊髓刺激治療疼痛[3]，深部腦刺激治療帕金森病、震顫和肌張力障礙[4]，迷走神經刺激治療癲癇和抑郁[5]，骶神經刺激治療尿失禁[6]等。此外，植入式神經刺激器對20余種神經或精神疾病具有良好的治療前景[7]。

專利是技術信息最有效的載體，專利分析是情報學中重點技術分析的主要手段和方法[8-9]。本研究通過對神經刺激器領域的專利分析，從總體、技術、區域和競爭對手等方面深入研究該領域的競爭態勢，客觀反映專利技術的整體概況和發展態勢，把握技術創新及技術發展狀況。

1 數據來源與方法

1.1 數據來源

數 據 來 源 于Derwent Innovation（DI） 平 臺（ 原Thomson Innovation，TI）是國際權威的專利數據庫，集全球最全面的國際專利與業內最強大的知識產權分析工具于一身，可提供全球專利信息[10]。本研究采用DI（檢索范圍：增值專利信息—DWPI和DPCI）進行數據檢索、采集，并進行部分可視化，數據檢索及采集時間：2018年1月8日。

1.2 分析工具

數據導入到Derwent Data Analyzer分析工具（DDA，原Thomson Data Analyzer，簡稱TDA）中進行分析，DDA是一個具有強大分析功能的文本挖掘軟件，可以對文本數據進行多角度的數據挖掘和可視化的全景分析[11]。本研究用DDA進行數據清洗、專利計量分析及部分可視化。

2 神經刺激器領域總體發展態勢分析

截至2018年1月8日，DI數據庫共收錄神經刺激器專利2935項。從圖1可以看出，1984年，神經刺激器領域有了第一項專利申請，此后幾年處于發展的空白期。1999年以后進入較快速發展時期，于2015年達到峰值286項。從專利公開情況來看，1987年開始第一項專利公開，比專利申請向后推遲了三年，此后幾年專利公開情況一直處于空白，從1997年往后呈現連續的專利公開態勢。

圖1 神經刺激器專利數量年度分布

圖2是神經刺激器領域的專利申請和授權的年度分布情況。DI數據庫共收錄2935項神經刺激器領域的專利，其中申請數量2522項，授權數量316項，授權/申請量比例為12.53%；授權的316項專利中，有效專利132項，僅占41.77%，不到1/2。

圖2 神經刺激器專利申請和專利授權數量年度分布

3 神經刺激器領域技術生命周期分析

大量研究表明，專利技術在理論上一般會遵循技術生命周期的4個階段進行周期性變化，即：引入期、發展期、成熟期和衰退期[12]。通過神經刺激器領域的專利信息進行統計學上的量化分析，繪制專利技術生命周期圖，可以客觀掌握技術發展的歷史、現狀與趨勢。由圖3可以看出，神經刺激器發展主要經歷了三個階段：

（1）技術萌芽期（1984～1994年）：這一時期專利申請數量和專利申請人數量處于低水平緩慢增長態勢，神經刺激器領域發展還不成熟。

（2）技術發展期（1995～2007年）：這一時期專利申請數量和專利申請人數量大致呈線性增長，隨著專利申請數量的不斷增長，專利權人的數量也在不斷增加，表明這一時期有很多創新主體不斷加入神經刺激器領域，技術研究受到廣泛重視。

（3）技術成熟期（2008年～至今）：這一時期專利申請數量和專利權人數量都有所減少，技術發展趨于穩定，處于一個比較成熟的發展時期。

圖3 神經刺激器領域的技術生命周期

4 神經刺激器領域區域競爭態勢分析

4.1 技術發源地

通過對專利權人的國籍進行分析可以揭示技術發源地。神經刺激器領域技術發源地的全球分布如圖4所示，可以看出，主要的技術發源地在美國、中國、德國等。

圖4 神經刺激器領域技術發源地全球分布圖

神經刺激器領域專利數量排名前10位的技術發源地如圖5所示，分別是美國、中國、德國、加拿大、韓國、以色列、澳大利亞、日本、荷蘭和英國。美國的領先優勢十分明顯，占該領域全球專利數量的37.96%，專利數量遠遠超過其他9個國家專利數量之和，處于絕對的領先地位。中國和德國分別位列第二、三位，占全球專利數量的4.74%、4.29%。

圖5 神經刺激器領域排名前10位的技術發源地

4.2 目標市場

專利申請的國家/地區通常是產品的銷售地，即目標市場。神經刺激器領域目標市場的全球分布如圖6所示。通過神經刺激器專利的全球分布圖，可以整體把握市場分布情況。

圖7是排名前10位的目標市場，可以看出，神經刺激器領域的目標市場依次為美國、世界知識產權組織、中國、日本、德國、歐盟、俄羅斯、韓國、法國和英國。美國依然排在第一位，是全球專利布局數量最多的國家，專利數量占全球專利數量的53.15%；世界知識產權組織的國際專利申請位于第二位，專利數量占全球總量的23.71%，表明國際市場是各國爭奪的焦點；從目標市場分布來看，亞洲在全球份額中占10.66%，中國是亞洲最主要的目標市場，其次是日本，專利數量占全球份額分別是4.80%、4.53%，韓國只有1.33%。

圖6 神經刺激器領域目標市場全球分布圖

圖7 神經刺激器領域排名前10位的目標市場

5 神經刺激器領域競爭對手分析

神經刺激器領域專利申請數量排名前20位的專利權機構如圖8所示。美國有16家，占4/5，表明美國的技術創新活動十分活躍，在全球引領整個神經刺激器領域的發展。美國的這16家專利權機構包括13家公司，2所大學和1家基金會，表明美國企業在神經刺激器領域的技術創新占據主導地位，是技術創新的主要力量。16家機構的專利數量之和占全球神經刺激器領域專利總量的39.59%，體現出美國雄厚的技術實力。13家公司分別是：美敦力公司（394項）、波士頓科學公司（280項）、Advanced Neuromodulation Systems Inc（102項）、領先仿生有限公司（95項）、Cyberonics Inc（46項）、重見光明醫療設備公司（31項）、NeuroPace Inc（28項）、BioControl Medical Ltd（23項）、格雷特巴奇公司（23項 ）、Northstar Neuroscience Inc（22項 ）、NDI Medical（20項）、ElectroCore（19項）和Spinal Modulation Inc（16項）；2所大學分別是：凱斯西儲大學（19項）和斯坦福大學（18項）；還有1家是克利夫蘭臨床基金會（26項）。

除了美國之外，還有日本、澳大利亞、荷蘭和德國各有1家機構躋身前20位，分別是：日本的奧林巴斯光學有限公司（25項）、澳大利亞的科利耳公司（22項）、荷蘭的飛利浦公司（16項）和德國的Cerbomed GmbH公司（16項）。亞洲國家只有日本有1家躋身前20位，中國1家都沒有，表明中國在國際上還處于相對弱勢的地位。對中國專利權機構進行提取分析，排在前三位的分別是：蘇州鼎邁醫療科技有限公司（11項）、清華大學（10項）和北京品馳醫療設備有限公司（7項），其中有2家企業，表明中國企業在神經刺激器領域的技術創新中發揮了重要作用。這三家機構中，清華大學和北京品馳醫療設備有限公司有著密切合作，很好的體現了產、學、研結合。

圖8 神經刺激器領域專利申請數量排名前20位的專利權機構

6 神經刺激器領域技術競爭態勢分析

6.1 技術構成

通過揭示神經刺激器專利的具體技術分類，以識別其技術研究的分布情況。國際專利分類（International Patent Classification，IPC）是一種國際公認的專利分析系統，IPC代碼以功能分類和應用分類相結合[13]。通過對神經刺激器專利的國際分類號進行分析，從不同的角度來反映技術的集中點和研究熱點，從而掌握技術構成和技術現狀。

表1是專利數量排名前10位的國際專利分類號，10個IPC的專利數量較為懸殊。排在第一位的是A61N，有2638條記錄，處于絕對的數量優勢地位，遠遠超過其他9個IPC專利數量之和的兩倍，是神經刺激器領域的專利數量最多的技術點，其含義是“電療、磁療、放射療、超聲波療”，表明該領域主要是集中在神經刺激器相關療法的研究。從目前的發展來看，主要是以電刺激為主。排在第二位的是A61B，有437條記錄，其含義是“診斷、外科和鑒定用的儀器、器械和方法”，主要是關于神經刺激器生物電流的測定。專利數量排在第三位的是A61F，有157條記錄，其含義是“可植入的設備或方法”，主要是植入式神經刺激器的相關研究。植入式神經刺激是以一定程度的電流脈沖刺激靶點神經，以調整或恢復腦部、神經或肌肉的功能，使癥狀緩解的一種方法。

表1 神經刺激器領域專利數量排名前10位的國際專利分類號

在臨床上，多種神經疾病或精神疾病仍然缺乏有效的根治方法，患者需要多年甚至終生服藥，且有一定比例的患者長期服藥后會產生嚴重的副反應，此時植入式神經刺激器則成為可能的替代療法[7]。排在第四位的是A61M，有154條記錄，其含義是“將介質輸入人體內或輸到人體上的器械”，主要是“引起知覺狀態改變的其他裝置或方法”，例如直接神經刺激誘導或終止睡眠或麻醉。A61H專利數量排在第五位，有104條記錄，其含義是“理療裝置”，在神經刺激器領域主要是指“尋找或刺激體內反射點的裝置”，理療用的定位或刺激人體特定反射點的儀器。此外，其他幾個技術點專利數量少于100條記錄，主要是關于“導電連接及集電器等”“電子數據處理系統”“醫用配制品”“傳感器、助聽器等”和“可植入材料”等技術。

6.2 技術趨勢

圖9是排名前10位IPC的專利申請數量年度分布情況。從圖中可以看出，A61N（電刺激療法）專利數量優勢明顯，專利年度申請數量也遠遠高于其他技術領域。神經刺激器領域最早有專利申請是在1984年，涉及A61N的專利最早也是在1984年。從1990年開始，A61N即呈現連續的專利申請，電刺激療法是神經刺激器領域最主要的技術研究方向。1991年，A61B（生物電流測定）和A61H（理療裝置）也開始有專利申請，是關于神經刺激器“生物電流測定”和“刺激人體特定反應的裝置”的相關技術，是神經刺激器領域較早開展技術研究的領域。A61B從1996年進入一個連續專利申請的時期，A61H從1991年開始有專利申請，之后基本處于連續的專利申請時期。從圖9中可以看出，A61N于2005年達到峰值258條記錄，此后專利數量稍有回落；2009年后進入一個穩定發展時期，專利數量維持在100條記錄以上。此外，A61F（植入式神經刺激器）從1995年開始有專利申請，1997年后開始呈現專利申請，是關于植入式神經刺激器的研究，是目前發展較快的神經刺激器，并在很多領域出現重要產品。A61M（介入設備）和 H01R（導電連接及集電器）分別從1996年和2000年以后也處于持續專利申請時期，表明這幾個技術點是神經刺激器領域比較重要的技術構成。

7 結論

通過對神經刺激器專利進行分析發現，其技術發展呈現以下特點：

（1）神經刺激器領域處于技術成熟發展時期。專利申請數量和專利權人數量都有所減少，技術發展趨于穩定，處于一個比較成熟的發展時期。神經刺激器的專利公開態勢表明近幾年該領域發展較為穩定。從授權專利情況來看，有效專利僅占41.77%，表明技術發展沒有大的突破，技術發展趨于成熟穩定。

圖9 神經刺激器領域排名前10位的IPC專利數量年度分布情況

（2）神經刺激器領域的技術發源地和目標市場都是以中國和美國為主，同時國際市場也是各國爭奪的重要目標；國外企業是研發的主導力量。

（3）神經刺激器領域專利最重要的技術研究方向是“電刺激療法”，是最早的技術點，同時也是一直受關注的技術點。此外，“植入式神經刺激器”是目前發展最快的領域，對二十余種神經或精神疾病具有良好的治療前景。

通過對神經刺激器的專利進行分析，并結合可視化，進行深入全面研究，有助于了解神經刺激器領域的全球競爭態勢，立足我國現狀，從情報學角度提供基于數據和事實的研究證據，為我國神經刺激器領域研發提供新的研究視角。