“大健康”視域下老年人運動健身專利情報分析

韓尚潔，高 明，于 琦，段 卉，郭凱茜

1.山西醫(yī)科大學體育教學部，山西 030001；2.山西醫(yī)科大學學生處；3.山西醫(yī)科大學管理學院

人口老齡化是世界難題，老年人的健康問題受到國際上多方面的關(guān)注。我國老年人口基數(shù)大、增速快，2050 年占比將達到34.1%[1]，身體機能下降是老年人群體普遍面臨的現(xiàn)實問題，對老年人的生活質(zhì)量與生存指數(shù)有非常大的影響[2]。我國大健康戰(zhàn)略的主要針對人群為老年人，如何提高老年人的健康水平成為有待解決的重點問題。有研究指出，通過體育健身推遲生理學年齡，維持正常身體機能、延緩衰老，是老化預防的關(guān)鍵之一，同時可以降低發(fā)病率[3]。目前，老年人日益增長的健身需求與缺乏適宜的健身產(chǎn)品已成為國家推進大健康戰(zhàn)略亟待解決的問題之一。國內(nèi)關(guān)于運動健身專利的研究主要針對競技體育項目[4-6]，有針對性地探索老年人運動健身專利技術(shù)的研究鮮見。利用專利分析方法從知識的前沿性視角對老年人運動健身技術(shù)海量專利進行定量研究可以為我國“銀發(fā)市場”的發(fā)展及專利申請工作提供數(shù)據(jù)基礎，可將研發(fā)人員的注意力快速聚焦到少量更具知識前沿性特征的專利，為我國老齡化社會的群眾健身與康復護理發(fā)展提供建議與支持。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與檢索策略 專利數(shù)據(jù)來源于Derwent Innovations Index(德溫特世界專利索引)，檢索詞為老年、衰老、老年人與鍛煉、運動、健身、體育、身體活動等。設定高級檢索式為：TS=(("old people" OR "the aged" OR“elderly people" OR "geriatric*" OR "gerontology"OR "the elderly" OR "senior citizens") AND ("exercis*"OR "sport*" OR "sport activiti*" OR "fitness training"OR "body-building" OR "i-Health”O(jiān)R "physical activit*"OR "body movement"OR "body activiti*"))。索引包括：CDerwent,EDerwent,MDerwent。專利申請日期設定為1963 年1 月1 日—2020 年12 月31 日，檢 索 時 間 為2021 年5 月20 日，共計獲得專利數(shù)據(jù)1 930 條。在清除重復及數(shù)據(jù)不全的信息后，得到相關(guān)專利1 923 條。

1.2 研究方法 專利數(shù)據(jù)采用文本（WIN，UTF-8）與Excel 格式導出，便于專利數(shù)據(jù)分析和文本挖掘。利用Excel 分析專利申請趨勢與專利國家競爭態(tài)勢，并用VOSviewer 分析軟件[7]中專利權(quán)人共現(xiàn)分析形象地描述與展示主要專利權(quán)人及合作關(guān)系，利用IPC 共類分析展示專利的主要項目申請類別，探索運動健身專利的新興聚焦熱點。IPC 分類號能代表一組技術(shù)并對應具體的技術(shù)領(lǐng)域。專利共類分析可以識別技術(shù)聚合類別[8]，也可以根據(jù)多個專利技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)專利的組別來識別技術(shù)接近度和發(fā)明專利的技術(shù)基礎[9]。本研究采用專利IPC 分類號“組別”進行聚類，識別老年人運動健身的主要技術(shù)共類領(lǐng)域。

2 結(jié)果

2.1 老年人運動健身專利申請整體態(tài)勢分析 檢索后發(fā)現(xiàn)1963年—1982年無相關(guān)專利。1983年—2020年國際老年人運動健身專利申請年度趨勢見圖1。1983 年—2020 年國際運動健身專利申請總量達到1 923 項，整體呈多項式增長趨勢（y=0.767e0.1575x，R2=0.947）。從時間軸上可以發(fā)現(xiàn)，1983 年—1996 年的年申請總量未超過10 項，增長無規(guī)律可尋，是老年人運動健身專利的萌芽發(fā)展期。最早的專利出現(xiàn)在1983 年，是德國的Schlesinge[10]申請的關(guān)于可進行體操或訓練練習的支架（并為老年人或體弱者提供額外安全保障）。這一時期關(guān)于老年人運動健身技術(shù)和產(chǎn)品方面的專利相對較少，科技投入和重視程度不高。1997 年—2013 年是快速發(fā)展期，由1997年的14項增加到2013 年的132 項，說明越來越多的學者投入到老年人運動健身專利技術(shù)的研發(fā)中，同時也帶動本專利技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展。2014 年-2020 年是專利增長的爆發(fā)期，峰值出現(xiàn)在2020 年，達到了293 項，提示老年人運動健身專利技術(shù)獲得了快速發(fā)展，具有很大發(fā)展?jié)摿Γ殉蔀槿蜿P(guān)注和研發(fā)的焦點。

圖1 老年人運動健身專利申請年度趨勢

2.2 老年人運動健身專利國家競爭分析 專利的國家層面分析有助于識別全球老年人運動健身專利技術(shù)的競爭格局，通過分析技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)導者與先進國家，可以幫助探尋未來合作與競爭對象。專利數(shù)量排名前5位的國家見圖2，中國專利數(shù)量最多，為818 項，占總專利量的1/3。其次為日本433項、美國167項、韓國149項、德國49 項，排序前5 位的國家共計有專利1 616 項，占總專利量的84.04%，是本領(lǐng)域的主要研發(fā)國家。

圖2 老年人運動健身專利申請主要國家年度趨勢

從時間軸來看，日本在此領(lǐng)域起步較早，專利數(shù)量在2008 年以前全球最多，這是因為日本較早步入了老齡化社會[11]，目前已是世界上人口老齡化最嚴重的國家之一，是這一時期技術(shù)著重者和領(lǐng)導者，但近年來專利技術(shù)研發(fā)有下降趨勢。中國在這一領(lǐng)域?qū)＠暾垥r間較晚，始于1997 年Wu[12]申請的磁療護腕專利。我國在2010 年專利申請數(shù)量超越其他國家，并保持波動式快速增長，這是由于我國老齡化趨勢加劇和技術(shù)投入增加所致，隨著我國社會養(yǎng)老制度改革及對老年人健康的持續(xù)關(guān)注，將會促進此領(lǐng)域繼續(xù)飛速發(fā)展。美國在此領(lǐng)域?qū)＠偭颗诺? 位，處于國際先進行列。韓國近兩年申請數(shù)量有所增加，也逐漸面臨老齡化社會帶來的壓力，未來很有可能加大對此領(lǐng)域的扶持。德國和法國與其他主要競爭國相比，專利總數(shù)上較為落后，且近5 年專利申請數(shù)量有所下降。

2.3 老年人運動健身專利發(fā)明權(quán)人研發(fā)實力分析

通過對專利權(quán)人研發(fā)實力分析，可識別各機構(gòu)競爭實力和技術(shù)關(guān)注領(lǐng)域[13]。老年人運動健身專利領(lǐng)域的高產(chǎn)機構(gòu)以電子電器類公司居多，日本有4 個公司位列專利權(quán)人數(shù)量排序前10 位，包括松下電器株式會社、電報電話公司、松下電器有限公司等公司，專利共計61 項。說明在老年人運動健身領(lǐng)域，日本的公司具有強大的研發(fā)實力。中國公司有青島瑞箭機電工程技術(shù)有限公司與佛山市瑞健運動設備有限公司，共計有專利19 項，與同領(lǐng)域的日本公司相比，雖具有一定創(chuàng)新能力和研發(fā)實力，但仍有一定差距。荷蘭的紐迪希亞公司、飛利浦電子公司共計有專利23 項，瑞士雀巢公司有8 項。企業(yè)在保證專利數(shù)量的基礎上更應加強自身的創(chuàng)新能力，不僅能在競爭中脫穎而出，而且推動老年人運動健身專利技術(shù)的發(fā)展。見圖3。

圖3 老年人運動健身專利發(fā)明權(quán)人合作圖譜

2.4 老年人運動健身專利的技術(shù)共類分析 使用VOSviewer_1.6.16 對老年人運動健身IPC 分類號進行數(shù)據(jù)抽取分析后，發(fā)現(xiàn)共有2 367 種。為了便于展示與分析，按照頻次選取出現(xiàn)10 次以上IPC 分類號，共計110 種，設定共類圖譜展示閾值為Attraction=3、republican=0，最小聚類范圍為5，發(fā)現(xiàn)老年人運動健身專利的共類主要集中在5 個簇團，見圖4。通過專利分類號分析研發(fā)聚焦與熱點。

圖4 老年人運動健身專利的技術(shù)共類圖譜

第1 個專利共類簇團包括的熱點領(lǐng)域由2 個IPC組構(gòu)成，分別為A63B（體操、體育鍛煉、爬山、游泳或擊劍用的器械、球類、訓練器械）和A61H（理療裝置），包括A63B-024/00、A63B-069/00、A63B-071/06、A61H-003/00、A61H-003/04 等。其中涉及訓練器械用的電氣或電子控制器方面數(shù)量最多，如使用虛擬現(xiàn)實內(nèi)容對老年人進行障礙測試和運動培訓的計算機終端系統(tǒng)[14]。特殊運動用的訓練用品、器械方面主要涉及運動訓練與游戲設備，如劃船運動的智能老年肌肉訓練裝置，具有語音指導和視覺設備的腳踏自行車[15]，游戲、運動設備包括提供病人進行理療運動游戲的電子設備[16]。被動鍛煉器械門類包括步行模擬器設備、坐到站/站到坐的機構(gòu)、坐姿垂直運動系統(tǒng)的健康促進裝置、老年人使用的平衡板輔助托架組件、肌肉訓練的泡沫樹脂運動裝置、步行支撐系統(tǒng)、步行支撐機器人等。在此類團中，塑料、石墨、鋁、金屬、聚氯乙烯（PVC）等多種材料的應用，拓展了老年人運動健身的穩(wěn)固性與輕便性。運動訓練設備專利多由安裝架、支撐單元、護板、萬向輪、電機、訓練組件、活動連接等組成，能有效地輔助老年人進行身體練習，提升身體機能。

第2 個專利共類簇團包括的熱點領(lǐng)域主要由IPC號A63B 的子項構(gòu)成，包括A63B-023/12、A63B-023/035、A63B-021/00、A63B-021/055、A63B-021/02 等。專利主要涉及除了專門適用于人體特定部位的訓練器以及增強或促進關(guān)節(jié)、肌肉生長的訓練器械等。如老年人使用的手指訓練器、老人坐式康復護理健身器、老年人智能腰部肌肉鍛煉機、中老年病人的彎曲手臂肌肉康復鍛煉裝置、老年病人的大型胸肌力量訓練架、老年病人的中風擺臂推力裝置、老年病人擴展后部肌肉運動架、可增強下肢肌肉并在易于躺臥的位置彎曲膝蓋床具、骨骼肌刺激的設備以及基于老年病人的步行速度、身體平衡、肌肉力量等預測診斷運動能力指數(shù)的設備等。此類團專利多在接受運動指令信息、分析生物特征信息、識別環(huán)境參數(shù)、加速度傳感器、調(diào)節(jié)訓練負荷等方面進行了開發(fā)創(chuàng)新。

第3 個專利共類簇團包括的熱點領(lǐng)域主要由2 個IPC 組構(gòu)成，分別為A63B 和A61H，包括A63B-023/04、A61H-001/02、A63B-023/02、A63B-023/00、A61H-001/00等。這部分專利共類以老年人康復裝置與設備為主，例如身體沖擊裝置、將未骨折的骨骼校直或簡單拉伸的體外裝置、擴展老年病人展后部肌肉的運動架、對心率和體溫的生物統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及運動次數(shù)等運動數(shù)據(jù)的輔助感測設備、老年人病人特定康復水平的視頻游戲、具有緊急停止功能和驅(qū)動功能的含有診斷微型計算機模塊的老年人安全健身設備等。此類團專利旨在研發(fā)最大限度地提高活動效果，尤其是在老年人肌肉能力恢復、運動數(shù)據(jù)捕獲、運動康復游戲開發(fā)等方面進行了較深入的拓展。

第4 個專利共類簇團包括的熱點領(lǐng)域由2 個IPC組構(gòu)成，分別為A23L（食品、食料或非酒精飲料及其制備或處理）和A61P（化合物或者藥物制劑的特定治療活性），包括A23L-001/305、A23L-001/30、A61P-043/00、A23L-001/29、A61P-003/02 等。這部分的專利技術(shù)主要是老年人運動健身補充飲食和改善受試者運動訓練結(jié)果的營養(yǎng)補品。主要以實現(xiàn)體重的維持與增加、提升飽腹感、促進肌肉生長與維持、改善線粒體活動、增加脂肪酸的代謝、減少氧化應激、維持健康成年人的免疫功能、改善運動訓練的效果為主要目的。如AXIOM食品公司的Janow 等[17-18]申請的大米蛋白分離物（包含特定量的亮氨酸和賴氨酸），可以增加最大耗氧量以及運動時間、提高運動表現(xiàn)。大冢制藥有限公司（SAKA-C）申請的疲勞恢復劑和免疫刺激劑[19]，可減輕肌肉疼痛和疲勞感，抑制運動過程中肌肉蛋白的分解并防止肌肉蛋白的減少，防止異物侵入體內(nèi)，維持老年人的骨骼肌，改善腸道菌群的平衡以及預防或治療肌肉萎縮。東洋新雅居(TOYS-C)研發(fā)的鱗翅目科的雄性蕨類組合物[20]，可以抑制糖化產(chǎn)物和葡萄糖苷酶，改善老年人的關(guān)節(jié)或軟骨異常情況，保持步行功能。綜上，如何通過營養(yǎng)、飲食來保持與促進老年人身體機能是這一共類簇團的熱點。

第5 個專利共類簇團包括的熱點領(lǐng)域主要由4 個IPC 組構(gòu)成，分別為A61B、G06F（電數(shù)字數(shù)據(jù)處理）、A41D（外衣、防護服和衣飾配件）、A45B（手杖類物品），包括A61B-005/00、A61B-005/11、G06F-019/00、A61B-005/22、A41D-013/00、A45B-003/00 等。這部分專利共類中大多是應用數(shù)字進行計算或數(shù)據(jù)處理的設備或方法，包括老年人的姿勢狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、運動事件識別和視頻同步系統(tǒng)、肌肉力量增強系統(tǒng)、戶外步行反饋系統(tǒng)、基于虛擬現(xiàn)實和動作交互的人體肢體康復監(jiān)測系統(tǒng)、老年人在多項動作時的生活活動保健系統(tǒng)、慢跑運動的訓練輔助系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實圖像顯示系統(tǒng)、基于小波變換數(shù)據(jù)處理技術(shù)的便攜式心臟智能貼片系統(tǒng)、智能家庭老年人健康管理系統(tǒng)、人工智能算法模型系統(tǒng)等，這些專利系統(tǒng)一般都更傾向于開發(fā)智能信息接收預處理系統(tǒng)、生物信號傳感器系統(tǒng)、計算機終端處理系統(tǒng)、智能健康云平臺等，使老年人有現(xiàn)實感，為其創(chuàng)造一個適宜的鍛煉環(huán)境與景象，分析并促進鍛煉與健身效果。

3 討論

本研究針對老年人運動健身的專利進行分析，分別從總體趨勢、國家競爭實力變化、發(fā)明權(quán)人研發(fā)實力、技術(shù)共類的熱點等多個層面，整理歸納出了老年人運動專利發(fā)展整體態(tài)勢以及主要專利權(quán)人構(gòu)成與關(guān)注點。

從整體趨勢上看，老年人運動健身目前正處于快速發(fā)展時期，具有很大發(fā)展?jié)摿ΑＶ袊鴮＠夹g(shù)總量最高，這與我國加大對老年人運動健身領(lǐng)域的關(guān)注和研發(fā)有關(guān)。我國還應繼續(xù)加大政策扶持，進行此專利領(lǐng)域的長遠布局，同時開展多方位、多層次的跨國合作，尤其是與本專利領(lǐng)域的同類國家（如日本、韓國等）實現(xiàn)優(yōu)勢互補，為我國發(fā)展“銀色”產(chǎn)業(yè)保駕護航。

從專利權(quán)人的角度而言，老年人運動健身專利權(quán)人主要集中在日本、中國等研發(fā)機構(gòu)和個人，我國的研發(fā)機構(gòu)處于領(lǐng)導者仍相對較少，還需繼續(xù)探索新的技術(shù)領(lǐng)域和研發(fā)方向。因此，我國應引導研究機構(gòu)和科研人員關(guān)注技術(shù)發(fā)展態(tài)勢，強化應對人口老齡化的科技創(chuàng)新能力，順應國家大健康產(chǎn)業(yè)與發(fā)展規(guī)劃，進一步促進老年人運動健身專利技術(shù)的蓬勃發(fā)展。

老年人運動健身專利技術(shù)領(lǐng)域是一門綜合護理學、老年學、創(chuàng)傷學、運動學、營養(yǎng)學、現(xiàn)代通信信息與智能科技而成的跨領(lǐng)域應用綜合體。通過關(guān)鍵專利技術(shù)的主要節(jié)點和鏈接路徑的分析表明，A63B、A61H、A23L、A61B、G06F、A41D、A45B 等是專利技術(shù)的主要技術(shù)類別，關(guān)聯(lián)程度較高。電子信息、醫(yī)療監(jiān)測、功能恢復、健身器械、人工智能等多領(lǐng)域交織，集成化、精密化、多元化、智能化是未來老年人運動健身專利技術(shù)的主要發(fā)展方向，具有智能傳感層、慣性或壓力傳感器模塊、網(wǎng)絡硬件、內(nèi)部儲存、GPS 定位模塊、信息傳輸模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、電源模塊、反饋裝置等是這一領(lǐng)域智能化的基本配置。

未來在處理器利用率、處理時間、存儲需求、執(zhí)行指示計算的準確性等方面都需要有所提高。減少能量需求、處理資源需求、減少體積與重量，更加娛樂化、趣味化、家庭實用化是老年人智能健身設備的突破點。我國未來的研發(fā)方向應多關(guān)注高新技術(shù)富集的老年人智能運動健身設備的研發(fā)，積極尋找技術(shù)突破點，占領(lǐng)技術(shù)制高點。