磁共振成像重點技術的識別及我國競爭力研究
——基于專利視角

蒿巧利，趙晏強，李印結

1. 中國科學院武漢文獻情報中心，湖北 武漢 430071；2. 科技大數據湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430071

引言

磁共振成像作為醫學影像主要的檢查手段之一，因其良好的軟組織分辨力、多平面多參數成像、無需對比劑、無輻射等優勢[1-3]受到醫生和患者的青睞。但我國磁共振成像設備核心零部件長期依賴進口，國內市場90%以上被通用電氣、飛利浦、西門子等外企瓜分，導致我國人均設備量不及美國1/6，磁共振成像檢查費用居高不下，究其根源在于技術研發和知識產權落后[4]。通過分析醫用磁共振成像專利，畢帆等[5]、儲呈晨等[6]發現全球在磁體、梯度、射頻線圈和成像等領域發展很快，我國在計算機數據采集和圖像重建、射頻系統等領域專利申請活躍，但磁體系統和梯度系統專利申請量少，技術突破難度較大；駱清銘等[7]指出我國核磁共振專利申請量世界第二，但創新能力較弱；賈晶晶[8]指出我國近年來磁共振成像專利申請大幅增加。

本文側重磁共振成像重點技術的定量識別和競爭力研究，通過全球專利數據的社會網絡分析，識別磁共振成像的重點技術方向，降低識別的主觀性；運用現有技術積累、創新活躍度、技術輸出能力、PCT申請、高被引專利等指標，分析我國在重點技術方向競爭力，以期為我國磁共振成像設備跨越發展提供支撐。

1 數據與方法

1.1 數據來源

德溫特專利數據庫支持標題、摘要、國際專利分類（International Patent Classification，IPC）代碼等多字段精確檢索，是權威的專利引文索引數據庫[9]。在該數據庫中，將時間限定為2001—2021年，通過主題詞和IPC代碼組合檢索，共獲得磁共振成像專利數據45579條。檢全率由檢索式的完備性來保證，并通過特定數據集的覆蓋率進行評估；檢準率通過剔除無關記錄來保證，并通過數據抽檢進行評估。

1.2 社會網絡分析法

利用社會網絡分析軟件UCINET，通過中介中心性、度中心性等指標衡量節點在網絡中的重要性，可以識別某一領域重點技術[10-11]。

1.2.1 中介中心性

衡量社會網絡中某一行動者作為中介者的能力。中介中心性越高，中間人的作用越明顯，對資源流通的控制能力越強。

1.2.2 度中心性

衡量社會網絡中與某一行動者直接相連的節點個數。度中心性越大，越能影響其他節點的活動，越在網絡中處于中心位置。

1.3 多維數據綜合分析法

基于多維專利指標，分析重點技術領域我國競爭力。

1.3.1 現有技術規模

基于專利數量的現有技術規模是技術實力的直接體現。雖然專利質量不同對生產率的貢獻大小不同，但從統計學來講專利數量依然與生產率、技術實力等正相關[12-13]。

1.3.2 創新活躍度

專利年度增長反映技術創新活躍度，專利年度增長越大創新活躍度越高；年度活躍發明人反映技術研發熱度，年度活躍發明人中新出現的發明人越多，技術創新活躍度越高[14]。

1.3.3 技術輸出能力

從內生增長理論出發，技術輸入和輸出均有利于經濟長遠發展。然而研究表明能顯著促進科技創新水平提升的是技術輸出而非技術輸入[15-16]。

1.3.4 PCT申請

PCT體系申請旨在尋求多國保護，但其有申請程序復雜、獲得專利權時間延遲、申請成本高等缺點[17-18]，因此往往具有較高價值的專利申請才通過PCT體系進行。通常PCT申請越多，技術創新能力越強。

1.3.5 高被引專利

文獻引用反映技術發展的繼承性和關聯性，高被引專利具有較高的技術重要性[19]，被引頻次與價值正相關[18,20-21]。某地區持有高被引專利越多，技術創新能力越強。

2 重點技術領域識別

表1是專利數量大于2000件的IPC分類號及其含義。雖然IPC分類（相比于德溫特專利分類）更側重按技術內容分類，但是IPC分類并不總與某一技術主題相對應；即便對應，IPC分類含義也可能與科學界公認的技術范疇存在差異。

表2為表1中IPC分類號對應的度中心性和中介中心性。分類號G01R-033/48（核磁共振圖像系統）、G01R-033/28（電動式磁強計）、G01R-033/56（圖像增強或修正）直接與技術主題相對應，中介中心性較大，對網絡信息流通的控制能力較強，為磁共振成像領域關鍵技術。同時其度中心性較大，在技術網絡中處于中心位置，是磁共振成像領域主要技術。因此判斷核磁共振圖像系統、電動式磁強計、圖像增強或修正為磁共振成像領域的三個重點技術。

表1 專利數量大于2000件的IPC分類號及其含義

表2 中介中心性排前20的IPC分類號及其對應專利的中心性數據

3 重點技術領域我國競爭力分析

3.1 核磁共振圖像系統

3.1.1 現有技術規模

圖1為主要地區專利申請量及全球占比情況。美國申請專利1962件，約占全球申請的44%，排名世界第一；日本申請專利972件，約占全球申請的22%，排名世界第二；中國、德國、歐洲分別申請專利633件、594件、498件，分別約占全球申請的14%、13%、11%?？傮w來說，美國最強，日本與中國、德國、歐洲處于第二梯隊，日本又明顯強于中國、德國、歐洲。中國雖具有一定積累，但實力并不突出。

圖1 核磁共振圖像系統主要地區專利申請量及全球占比

3.1.2 創新活躍度

圖2為主要地區專利申請趨勢。美國、日本、德國、歐專局研發起步最早，中國研發起步稍晚。從專利年度增長來看，2004—2014年間美國年度專利增長一直大幅領先，2014年開始其年度專利增長轉為負數。同年，中國和歐專局年度專利開始大幅增長，難分伯仲。由此可以大致判定中國、歐專局近幾年技術創新活躍度最高。結合圖3的中國和歐專局基于年份的活躍發明人數量來看，中國、歐專局每年均有大量新的人員投入核磁共振圖像系統的研發，表明該領域為熱點研發領域。從研發人員的保有量來看，相比于歐專局，中國的發明人總量和已出現的發明人數量穩定增長，擁有穩定增長的技術創新隊伍，比歐專局的技術創新活躍度要高。

圖2 基于時間的主要地區年度專利申請數量（核磁共振圖像系統）

圖3 基于年份的美國、中國、歐專局活躍發明人數量（核磁共振圖像系統）

3.1.3 技術輸出能力

圖4為主要地區技術輸出情況。美國、歐專局、德國對本土以外其他6個地區均存在技術輸出：美國總專利輸出達到621件，對歐專局以外的5個地區存在專利順差；歐專局總專利輸出為159件，對本土以外包括美國在內的其他6個地區均存在專利順差；德國總輸出專利相對較少（45件），對美國和歐專局均存在專利逆差。其他國家中，中國、日本、加拿大、韓國專利輸出分別為21件、15件、7件和1件。總體來說，美國的技術輸出能力最強，歐專局次之，德國第三。

圖4 核磁共振圖像系統主要地區技術輸出

3.1.4 PCT申請

圖5為主要地區PCT申請情況。美國、歐專局、日本、中國是提出PCT申請的主要地區，美國PCT申請的數量占比高達全球的約56%，歐專局、日本、中國PCT申請均接近全球的1/5。

圖5 核磁共振圖像系統主要地區PCT申請對比

3.1.5 高被引專利

根據二八定律，最重要的專利只占20%，將核磁共振圖像系統的專利文獻按照被引頻次高低選取前20%進行技術來源地分析，得到主要地區高被引專利占比（圖6）。美國排名第一，持有高被引專利436件，約占高被引專利總體的41%；日本排名第二，持有高被引專利254件，約占高被引專利總體的24%；歐專局和德國分別排名第三和第四，持有高被引專利118和101件，約分別占高被引專利總體的11%和10%。中國排名第五，持有高被引專利86件，約占高被引專利總體的8%。

圖6 核磁共振圖像系統主要地區高被引專利對比

根據上述5項指標將美國、中國、歐專局進行粗略排名，并通過綜合研發實力雷達圖進行直觀展示（圖7）。美國除技術創新活躍度排名第二外，其他4項均排第一；歐專局除現有技術規模較小以外，其他項均表現不俗。中國技術創新活躍度全球第一，現有技術規模全球第三，技術輸出能力、PCT申請、高被引專利3項競爭力較弱。

圖7 核磁共振圖像系統美國、中國、歐專局綜合研發實力雷達圖

3.2 電動式磁強計

3.2.1 現有技術規模

圖8為主要地區專利申請量及全球占比情況。美國申請專利964件，約占全球申請的40%，排名世界第一；日本申請專利602件，約占全球申請的25%，排名世界第二；德國、中國、歐洲分別申請專利392件、264件、261件，約分別占全球申請的16%、11%、11%。總體來說，美國的現有技術規模最大，日本次之，中國一般。

圖8 電動式磁強計主要地區專利申請量及全球占比

3.2.2 創新活躍度

圖9為主要地區專利申請趨勢。日本年度專利申請整體呈下降趨勢；美國和德國自2009年后（特別是2012年后）年度專利申請出現短暫增加，2014年后下降趨勢明顯；中國自2010年后年度專利申請的增長趨勢最為明顯；歐專局和加拿大的年度專利申請變化不大。由此，可以大致判定近年中國技術創新活躍度最高，美國第二。結合圖10即基于年份的活躍發明人數量來看，近年中國在新增人員和研發人員保有量兩方面均穩定增長，擁有穩定增長的技術創新隊伍；美國的新增人員和研發人員保有量一直保持在較高水平，但增長趨勢不明顯；歐專局在新增人員和研發人員保有量方面波動較大。

圖9 基于時間的主要地區年度專利申請數量（電動式磁強計）

圖10 基于年份的美國、中國、歐專局活躍發明人數量（電動式磁強計）

3.2.3 技術輸出能力

圖11為主要地區技術輸出情況。日本總專利輸出119件，對本土和加拿大以外的4個地區存在技術輸出；美國總專利輸出82件，對本土以外其他5個地區均存在技術輸出，且對歐專局以外的4個地區存在專利順差；中國和德國總專利輸出分別為65和61件，二者均對本土和加拿大以外的4個地區存在技術輸出；加拿大和歐專局專利輸出分別為29和11件?？傮w來說，日本的技術輸出能力最強，美國次之，中國、德國稍弱。

圖11 電動式磁強計主要地區技術輸出情況

3.2.4 PCT申請

圖12為主要地區PCT申請情況。美國、歐專局、中國、日本、加拿大、德國是提出PCT申請的主要地區。美國PCT申請約占全球的55%，歐專局、中國和日本的PCT申請約分別占全球的22%、13%和13%。

圖12 電動式磁強計主要地區PCT申請對比

3.2.5 高被引專利

圖13為主要地區高被引專利占比。美國排名第一，持有高被引專利297件，約占高被引專利總體的48%；日本排名第二，持有高被引專利89件，約占高被引專利總體的14%；歐專局和德國分別排名第三和第四，持有高被引專利69和36件，約分別占高被引專利總體的11%和6%；中國排名第五，持有高被引專利26件，約占高被引專利總體的4%。

圖13 電動式磁強計主要地區高被引專利對比

根據上述5項指標將美國、中國、歐專局進行粗略排名，并通過綜合研發實力雷達圖進行直觀展示（圖14）。美國除技術創新活躍度、技術輸出能力排名第二外，其他三項均排第一；歐專局的PCT申請排名第二，高被引專利和技術創新活躍度均排名第三，技術產出規模和技術輸出能力排名相對靠后。中國技術創新活躍度全球第一，PCT申請和技術輸出能力均排名第三，技術產出規模和高被引專利兩項競爭力較弱。

圖14 電動式磁強計美國、中國、歐專局綜合研發實力雷達圖

3.3 圖像增強或修正

3.3.1 現有技術規模

圖15為主要地區專利申請量及全球占比情況。美國申請專利1225件，占全球申請的48%，排名世界第一；中國申請專利483件，占全球申請的19%，排名世界第二；德國、歐專局和日本分別申請專利424件、306件、257件，分別占全球申請的17%、12%和10%。總體來說，美國最強；中國排名第二，與美國差距明顯，相對于德國、歐專局等優勢不大。

圖15 主要地區專利申請量及全球占比（圖像增強或修正）

3.3.2 創新活躍度

圖16為主要地區專利申請趨勢。2005年后（特別是2011年后）主要地區的年度專利申請數量均明顯增長。其中美國的增長幅度最大，中國第二，歐專局第三。由此，可以大致判定美國技術創新活躍度最高，中國次之，歐專局第三。結合圖17的基于年份的活躍發明人數量來看，美國、中國和歐專局在新增人員和研發人員保有量兩方面均呈現增長趨勢，均擁有不斷增長的技術創新隊伍。比較來講，美國人員的增長幅度最大、穩定增加趨勢最明顯，中國次之，歐專局第三。

圖16 基于時間的主要地區年度專利申請數量（圖像增強或修正）

圖17 基于年份的美國、中國、歐專局活躍發明人數量（圖像增強或修正）

3.3.3 技術輸出能力

圖18為主要地區技術輸出情況。日本總專利輸出139件，其中119件的輸出地為美國；中國總專利輸出114件，對本土和加拿大以外的其他4個地區均存在技術輸出且均表現為專利順差；美國總專利輸出77件，對本土和韓國以外的其他4個地區均存在技術輸出；德國和韓國總專利輸出分別為69和62件；歐專局和加拿大總專利輸出分別為39和21件?？傮w來說，日本的技術輸出能力最強，中國次之，美國、德國、韓國等又弱于中國。

圖18 主要地區技術輸出情況（圖像增強或修正）

3.3.4 PCT申請

圖19為主要地區PCT申請情況。美國、中國、歐專局、日本、加拿大等是提出PCT申請的主要地區。美國PCT申請約占全球的63%，中國PCT申請約占全球的23%，歐專局、日本和加拿大的PCT申請約分別占全球的18%、13%和11%。

圖19 主要地區PCT申請對比（圖像增強或修正）

3.3.5 高被引專利

圖20為主要地區高被引專利占比。美國排名第一，持有高被引專利252件，約占高被引專利總體的36%；中國、德國和歐專局分別排名第二、第三和第四，持有高被引專利117、84和77件，約分別占高被引專利總體的17%、12%和11%；其他地區，日本、韓國和加拿大分別持有高被引專利58、35和31件。

圖20 主要地區高被引專利對比（圖像增強或修正）

根據上述5項指標將美國、中國、歐專局進行粗略排名，并通過綜合研發實力雷達圖進行直觀展示（圖21）。美國除技術輸出能力排名第三外，其他4項均排名第一；歐專局的技術創新活躍度和PCT申請排名第三，現有技術規模和高被引專利排名第四，技術輸出能力排名第六，整體競爭力較弱。中國5項指標均排名第二，技術輸出能力強于美國，整體競爭力較強。

圖21 美國、中國、歐專局綜合研發實力雷達圖（圖像增強或修正）

4 討論與總結

本文以磁共振成像技術為研究對象，基于德溫特專利引文索引，首先利用UCINET軟件開展社會網絡分析，借助專利記錄數量、度中心性、中介中心性等指標，識別出G01R-033/48（核磁共振圖像系統）、G01R-033/28（電動式磁強計）、G01R-033/56（圖像增強或修正，如減法或平均技術）3個重要技術方向。接著，借助現有技術規模、技術創新活躍度、技術輸出能力、PCT申請、高被引專利等5個指標，依次研究我國在3個重點技術方向的綜合表現。

在核磁共振圖像系統和電動式磁強計兩個領域中國的競爭力較弱，存在較大的被卡脖子風險：① 核磁共振圖像系統。技術創新活躍度全球第一，現有技術規模全球第三，PCT申請、高被引專利、技術輸出能力等3項排名靠后；② 電動式磁強計。技術創新活躍度全球第一，PCT申請和技術輸出能力均排名全球第三，技術產出規模和高被引專利兩項排名靠后。建議加強以上2個領域的研發，在逐步擴大技術規模的同時，重視培育高價值專利[22]，重視專利技術[23]的輸出。

在圖像增強或修正領域中國的競爭力僅次于美國。5項指標均排名第二，技術輸出能力強于美國。建議加強研發逐步縮小與美國的差距，并通過有效實施專利戰略[24-25]，增強核心競爭力。