PET探測器全球專利競爭格局分析

桂葉晨 劉晴

關鍵詞

專利布局

PET探測器

技術來源國

引言

醫用正電子斷層成像（PET）系統是一種尖端核醫學成像系統，在神經疾病以及癌癥的早期篩查中起著舉足輕重的作用。PET中的一個關鍵組件是探測器模塊，探測器模塊的空間、時間與能量分辨率從根本上決定了PET成像后續質量。每一次探測器技術的革新，都為PET成像注入新的活力。

近幾年來，PET成像系統在中國的醫用市場開始嶄露頭角。在“十三五”戰略規劃中，包括PET在內的醫學影像設備已經成為政府大力促進創新發展的重點領域。衛建委在2018年發布的《大型醫用設備許可管理目錄中》，將其配置的許可管理權限進一步放寬;同時，為了幫助國內設備打開市場、提高國產化替代進程，國家提出了“首臺套”政策，并鼓勵政府在采購中優先采購實現了核心部件重大技術突破、擁有知識產權的產品，這對于國內企業而言，無疑是重大的利好。可以想見，若能把握方向、成功實現探測器技術創新，國內企業實現PET市場的國產替代將指日可待。

本文通過國家知識產權局專利信息檢索和分析平臺，對國際PET探測器領域專利情報進行檢索分析，深入研究PET探測器的技術發展方向，分析當前全球各國技術競爭格局，明確我國在該領域所處的技術地位，同時旨在為我國企業在該領域的發展提供參考。檢索數據截止日期為2017年12月，為了便于分析，本文結合探測器技術研發人員的慣用分解方式，對探測器的技術分支進行分解，具體包括閃爍晶體、光電轉換、讀出芯片、整體規劃、多模態聯用這五個關鍵技術分支。

全球專利情報分析

（一）申請年度趨勢分析

圖1給出了探測器申請年份趨勢圖，從該圖來看，探測器申請經歷了從緩慢發展到快速騰飛的過程，尤其隨著本世紀飛行時間技術（Time of Flight， TOF）的出現，系統的信噪比得到大大的提高，申請量也出現了快速提升，2000年以后至今的申請總量是之前30年申請總量的3倍之多。可以說，目前，PET成像系統的申請呈現出厚積薄發、方興未艾的趨勢。

（二）專利技術區域對比

技術來源國可以揭示專利技術的各國研發布局，同時在五局（美國、日本、歐洲、中國、韓國）授權的分布情況也可揭示某一地域在某一領域技術的專利技術實力，進而了解該地的市場格局。

表1給出了來自排名靠前的技術來源國在五局的申請總量排名以及發明授權情況。

從表1的“申請總量”一欄來看，專利的技術來源國中美國（1014件）和日本（683件）的數量最多，占到了申請總量的71%，兩國對探測器技術研發的絕對領先地位以及對探測器市場旺盛的需求可見一斑。來自中國的申請合計為260件，相比于美國和日本要落后不少;而就技術掌握的程度而言，中國申請人的最早申請是在1997年提起的，比美國幾乎落后了20年;在1997-2010年的十多年間，來自中國的年申請量甚至連美國和日本的1/10都不到，直到2010年以后，中國申請人在PET探測器技術方面的申請才開始呈現出快速增長的趨勢。得益于全球技術滲透以及國家“十二五”規劃中對“突破20-30項關鍵技術和核心部件，形成核心專利200項”的政策扶持，來自于中國的申請量從2008年開始奮起直追，并在2012年之后出現了小的峰值，超過了日本。

從表1反映的申請授權比例來看，來自美國的申請人體現出了其強大的技術領先實力。美國專利不但申請量大，且授權率高，獲得了69%的授權;同時，韓國的申請量雖然較少，但授權率也較高，為63%;再次為日本，授權率為58%;隨后為德國和歐專局，授權率分別為56%和50%。而首次申請國為中國的申請數量盡管排名第三，但授權率僅為29%，且結合實際的數據來看，中國的授權發明專利絕大多數是國外申請人所貢獻的。由此可見，中國在探測器領域的技術發展還十分滯后，與先進發達國家尚有差距。

此外，從授權布局地區來看，來自美國的申請在美國本土的授權量遠大于其在其他國家的授權量，可見美國專利申請人對于其他國家和地區的市場重視程度，相對美國本土明顯要低。不過，值得注意的是，盡管中國起步較晚，但近兩年來，中國已經超過了日本，成為了美國、日本、德國等申請人在美國本土以外最為重視的布局國家，中國在該領域的市場前景可期，技術保護仍存在大片“處女地”，因而成為各國競相布局的“香餑餑”。來自日本的首次申請除了在日本獲得較高的授權量（合計308件）之外，其在美國的授權量（145件）也十分可觀，說明來自日本的申請首選的國外布局地是美國。而歐洲申請人在美國的授權專利占其全球申請總量的41%，接近在歐洲本土占比的2倍，由此可見，來自歐洲的申請較多在美國進行布局。而來自中國的首次申請，在本國的授權量（21件）遠遠高出了其在美國的授權量（4件），這一方面說明來自中國的首次申請主要在中國進行布局，另一方面也說明中國探測器技術發展相對滯后，與他國技術相比尚處于下風。

（三）探測器專利技術研究熱點分析

1.整體技術研究熱點的演化

由圖2可知，探測器各二級技術分支的全球申請中，讀出芯片技術的申請量最大，達到了893件，其次為閃爍晶體技術（615件），隨后為整體規劃（603件）及光電轉換技術（355件），最后為涉及到PET探測的多模態聯用技術（223件）。由于進行符合探測最關鍵的因素在于準確識別光子的位置、能量以及時間信息，因而，探測器的讀出芯片技術一直以來都是各大企業及研究機構研發的焦點。此外，由于閃爍晶體決定了對湮滅光子的能量的阻止程度，不少企業也對其改進做出了相當的努力。

圖2中的“各技術分支每三年累計”柱形圖，則更好地展現了探測器的各個技術分支的熱度及其演變情況。可以看出，光電轉換技術自2010年以來申請規模逐年縮減，呈現出快速下滑的趨勢，而讀出芯片在業界一直受到極高的關注，這或許與近年來基于硅光電倍增管（SiPM）及雪崩光電二極管（APD）在結構或排布方面的問題業已攻克，而如何解決其輸出信號敏感性的技術方案已經轉移到對讀出芯片的改進上有關。值得關注的還有閃爍晶體與探測器的整體規劃申請量的相對變化。在2006年之前，關于探測器整體規劃的申請量一直比探測器規劃的申請總量要少，而2010年之后，探測器的整體規劃的申請總量就已經與閃爍晶體旗鼓相當，這也許是在晶體陣列已經被切割得足夠精細的情況下，解決光串擾和有效光吸收的技術問題被交給了對探測器整體規劃的改進。而多模態聯用技術從2000年開始才正式浮出水面。該分支盡管目前申請量少，但漲勢明顯。伴隨著對PET-CT，PET-MRI臨床聯用對腫瘤信息的準確互補，多模態聯用的申請量開始飛速增長，2005年以后，多模態聯用已經成為企業的又一個研發重點。相信未來的幾年內，該技術分支仍將保持上漲勢頭。

2.各技術來源國技術分支申請偏好

對技術來源國各技術分支申請偏好進行對比，可以從數量上一窺各國的技術集中情況，從而為各國企業之間乃至政府之間的競爭與合作提供一定參考。

圖3? 重點技術來源國技術分支申請偏好

圖3給出了各重要技術來源國的技術分支申請偏好，可知，各國創新主體對探測器技術均各有側重。其中，美國、日本、中國主要的技術申請均集中于讀出芯片，這與其本身是電子產品大國有密切關聯，不過三國的申請偏好仍然有所差別：美國、日本對讀出芯片的技術申請數量為光電轉換這一分支數量的三倍之多。這說明美國、日本能夠準確把握技術發展趨勢，能夠將主要的研發投入集中于讀出芯片，而非整體已處于技術飽和期的光電轉換。而中國在讀出芯片方面的申請量盡管占據優勢，但其與其他技術分支申請量的差別不大，這或許與中國在探測器技術領域整體發展的時間較短，因而各技術分支專利申請呈現出較為平衡的態勢有關。

德國主要在多模態聯用方面提出申請，由于西門子等重要的德國企業均致力于研發PET-CT、PET-MRI中磁場梯度以及RF信號的干擾等技術，因此，德國在多模態聯用方面的研發力度也較大。法國、韓國、英國則不僅側重于讀出芯片，在探測器整體規劃的技術創新中也投注了相當的精力。俄羅斯則主要致力于對閃爍晶體這一分支的技術改進。

結論

綜上，PET探測器技術目前處于快速發展的時期。從技術熱點來看，光電轉換技術目前遇冷，而與之相對應的，多模態聯用這一技術分支盡管起步時間較晚，然而隨著PET與CT以及MRI技術融合的不斷深入，未來幾年中極有可能會處于較快的上升勢頭，中國企業可考慮在該分支中投入較大的研發精力，從而提前“圈地”。

從技術區域的布局來看，美國、日本占據絕對的技術優勢，在讀出芯片這一分支有所側重，形成了自身的專利群。同時，中國申請人在讀出芯片分支中盡管起步較晚，但申請量增速較快，不過授權占比較低，可見中國在該領域的技術水平與其他重要國家相比仍有較大差距。同時，由于技術起步較晚，中國在各技術分支的申請量均較為均衡，考慮到美國、日本均對光電轉換分支不再青睞，中國企業可在研制自身探測器時，考慮購買美國、日本申請人在光電轉換分支的核心專利，甚至有效利用其無效專利。同時需要注意的是，目前中國申請人在國外布局的意愿較弱，在當前美國對中國發起多起“337調查”的背景之下，中國申請人可考慮在潛在市場中提前布防。另外，盡管韓國申請人的申請量較低，然而其授權占比卻排名第三，中國企業、政府均可考慮與其進行技術合作，從而達成該領域中的“雙贏”局面。而對于新興的多模態聯用分支，德國具有顯著的技術優勢，中國企業及政府也可考慮與德國加深技術融合，以獲得更為合理的發展。