基于T RIZ技術進化論的CT技術發展與成熟度識別研究

陳穎，畢帆，李斌

上海交通大學附屬第六人民醫院 醫學裝備處，上海 200233

基于T RIZ技術進化論的CT技術發展與成熟度識別研究

陳穎，畢帆，李斌

上海交通大學附屬第六人民醫院 醫學裝備處，上海 200233

目的 基于TRIZ理論中技術進化模式與S-曲線技術預測工具，對醫用CT進行技術成熟度識別，并提出相關采購時機建議 方法 通過對文獻查閱，綜合評述TRL、基于專利與基于文獻三大主流技術成熟度評價方法；并以專利計量法為例，劃分CT設備生命周期、識別CT技術成熟度 結果 根據專利申請數量-時間曲線判斷CT大類設備目前處于成長期；單項技術的S-曲線可經過躍遷構成大類S-曲線族群；根據專利申請人排名情況判斷產品市場競爭情況判斷CT市場多采用撇脂定價決策 結論 經五代CT技術特征驗證，專利計量法可有效識別醫學裝備技術成熟度，其結果可協助各醫療機構選擇適應于自身發展規劃且性價平衡的最佳采購時機。

TRIZ技術；專利計量法；技術成熟度；CT

0 引言

計算機X線斷層掃描設備（Computed Tomography，CT）由英國物理學家Hounsfield于1971年研制成功，因其圖像質量好、診斷價值高，無創、無痛而被標定為放射診斷領域內重大突破。自第一代CT問世以來，短短三十年間CT技術已經發展到了第六代，廣泛應用于疾病檢測、血管造影、心臟成像、介入治療等諸多放射醫學領域。發達國家對CT技術極為重視，全球CT市場需求也持續穩定增長，但在相對落后的國家，CT設備還只存在于重點大型醫療機構[1]；我國于20世紀70年代末引入CT技術，發展至今僅上海地區已配置各類CT設備逾200臺件。一般情況下，醫學裝備規劃配置及詢價采購過程中會面臨品牌、性能、價格、進度等多重挑戰，全面、客觀、及時地識別技術成熟水平，將有助于醫學裝備采購部門科學、合理地制定采購決策。

目前最有效的技術成熟度評價方法是前蘇聯Altshuler教授于20世紀90年代初提出的基于TRIZ理論的預測方法[2]，Altshuller教授及其領導的研究小組對全世界250萬件專利進行整理和研究，最終構建成一套系統化、高實用性的解決發明創造問題與實現技術創新的理論體系。TRIZ理論發現了技術系統在結構上的進化趨勢以及技術系統的進化路線，不同領域技術進化模式和進化路線具有共性和可傳遞性。Altshuller教授認為，技術系統與生物系統一樣具有產生、成長、成熟和衰退的生命周期，并將其簡化為分段性S-曲線。

1 三大主流技術成熟度識別方法學綜述

1.1 基于TRL的技術成熟度識別

技術準備度等級（Technology Readiness Level，TRL）是一種比較系統的技術成熟度評價標準，由美國航空航天局（NASA）于1995年首先提出并應用于航天領域，之后在美國科學技術協會得到初步應用。2001年美國國防部（DOD）開始采納TRL，并頒發TRL軍標指南草案，現在美軍要求將TRL應用于所有重要采辦計劃中。英國國防部在國防采辦中也應用了TRL；許多國際技術組織自美軍頒發TRL軍標指南草案后，也開始評估TRL在項目管理中的適用性并推廣應用。利用此TRL研究產品技術成熟度一直持續至今，只是針對不同的產品，各等級具體內容要求會有所變化。

然而就其分級情況而言，更適用于早期實驗室階段產品，針對已上市使用的產品難以界定成熟度等級，方法應用的可擴展性較差。

1.2 基于專利的技術成熟度識別

國內外專利計量法多以TRIZ為理論基礎，識別應用主要集中在三個方面[3]：

（1）通過專利數量及技術發展速度來判斷技術是處于成長期還是成熟期[4]，本研究第2節將采用該方法進行CT設備技術成熟度評價；

（2）通過產品專利等級與專利被引次數判斷產品技術是處于嬰兒期還是成長期[5]；

（3）通過研究專利的基本功能，著眼于可降低成本的專利和彌補缺陷的專利，找出這兩類特殊專利在產品技術生命周期中的分布情況，據此判斷產品技術是處于成熟期還是衰老期[6]。

1.3 基于文獻的技術成熟度識別

文獻法同樣以TRIZ作為理論基礎，相關技術成熟度識別應用主要集中在以下三點：

（1）通過文獻中關鍵詞分析產品技術成熟度：當產品技術相關文獻中的關鍵詞由描述產品技術一般特性轉向描述材料特性、工藝特性，或轉向實施系統特性分析時，表明產品技術開始步入成熟階段[7]；

（2）通過比較期刊論文與會議論文數量來分析產品技術成熟度：當會議文獻數量多于期刊文獻時，表明產品技術還處于人們的爭論之中，技術遠未接近成熟；而當期刊論文數量開始多于會議論文時，技術開始逐漸接近成熟[8]；

（3）2003年，Martino[9]根據不同研發階段科技文獻性質及數量變化的特點，畫出了產品技術的各類文獻數量的變化曲線圖。在基礎研究階段上，SCI的論文數量由少到多、逐漸下降；在試驗開發階段上，專利數量經歷了與前述相同的變化階段。在專利數量變化過程中，若發明專利數量開始下降，而外觀設計開始增加，則表明技術步入成熟期。

上述基于文獻計量的研究方法均具有一定的參考性，但在實際操作過程中耗時長，檢索精度易受人為因素影響，且各項技術應用領域不同，難以找尋規律。

2 以CT為例：基于專利計量法的技術成熟度識別

研究對美國科學情報研究所（ISI）發布的德溫特專利數據庫（Derwent Innovation Index，DII）進行檢索，限定專利申請年限為1978～2013年，獲得專利申請總量曲線及年度變化曲線如圖1～2所示。

圖 1 全球CT專利申請數量累計增長曲線

圖 2 全球CT專利申請數量年度變化曲線

根據原始數據顯示，目前CT專利申請依舊處于高增長態勢，自2008年起，全球每年CT專利申請數量持續超過1200件，就其總量態勢而言，可以初步判斷目前CT設備發展正處于成長期內。此外，根據增量同比分析，CT專利申請的增速峰值主要出現在1984年、1999年及2002年，另自2005年以來，同比數據持續降低，直至2013年出現猛增，考慮到專利自申請至公開存在一定延遲，該年數據僅供參考。

研究綜合考慮全球CT專利申請趨勢及CT設備發展歷程，以此進行技術成熟度識別，將CT生命周期劃分為以下四個階段：

（1）嬰兒Ⅰ期（1978～1983年）：這一階段相關專利申請數量始終保持在個位數。設備技術特點符合第一、第二代CT特征，采用旋轉/平移掃描模式，應用范圍多局限于頭顱，不適用于運行性較大的器官；

（2）嬰兒Ⅱ期（1984～1998年）：這一階段CT專利申請數量增速較為穩定，單年度申請數量從十余件上升至五十余件，累計申請近五百件。驗證這一階段起始的標志性創新事件是1985年滑環技術（Slip-ring Technology）的研制成功及1989年單螺旋CT（Spiral CT）的誕生，旋轉/旋轉掃描模式是第三、第四代CT的重要特征，其掃描周期控制在5 s以內，掃描偽影大為減少。

（3）成長Ⅰ期（1999～2001年）：1999年CT專利申請數量與上一年度相比增長70%，此后單年度CT專利申請數量突破百件。驗證這一階段起始的創新標志性事件是2000年GE、Philips、Siemens、Toshiba等公司相繼推出16排螺旋CT，這一技術更新使CT設備真正實現了掃描中體素采集的各向同性；

（4）成長Ⅱ期（2002～2012年）：2002年CT專利申請數量與上一年度相比增長83%，全球CT專利申請累計數量超過1000件，驗證這一階段起始的標志性創新事件是2002年美國GE公司推出了e-Speed電子束CT，將掃描速度提升至多層螺旋CT的8-10倍，掃描周期僅需50 ms[1]，第五代CT的問世成功解決了心臟動態掃描問題，并且結合了多層螺旋CT的多種圖像重建和后處理技術，使得圖像質量大幅提升，由于這一技術與多層螺旋CT硬件結構上發生了變化，因而研究將其定義為Ⅱ期。

這一階段內多層螺旋CT也得到了長足的發展，2004年北美放射年會上推出了64排CT（亦稱“容積CT”），其重要貢獻在于解決了更快的掃描速度、更大的覆蓋范圍與更薄層厚的采集三者兼容[10]。

需要特別注意的是，根據CT發展歷史表現來看，單一生命周期階段內可能出現多次2～3年的增速放緩現象，由于2005～2012年的增速放緩持續較久，研究認為CT技術已然發展至另一個階段，就近年來產業界對雙源CT與能譜CT的研發投入及客戶需求等市場表現情況而言，2005～2012年間CT技術應當處于研發瓶頸狀態，而非成熟表現，2013年的猛增數據極有可能是新一代突破性技術誕生的表現。

單一生命周期階段內的多次增速放緩現象也表明在CT設備技術發展的“大S”曲線下，是由各階段多種技術的“小S”曲線躍遷而成，如嬰兒期下包含了單排、雙排、4排、8排四種CT技術從胎兒期-嬰兒期-成長期-成熟期-衰老期的完整生命周期，而在8排CT進入衰老期的同時，也開啟了16排CT的胎兒期時代，S-曲線族示意圖如圖3所示。

圖 3 技術成熟度S-曲線族示意圖

3 技術成熟度評價對醫學裝備采購的指導意義

中國專利法規定可以獲得專利保護的發明創造有發明、實用新型和外觀設計三種，其中發明專利是最主要的一種。根據我國專利法實施細則，發明是指“對產品、方法或其改進所提出的新的技術方案”；實用新型專利又稱為“小發明”或“小專利”，是指“對產品的形狀、構成或者其組合所提出的適用于實用的新的技術方案”，其創造性及技術水平低于發明專利；而外觀設計專利是指“對產品的形狀、圖案、色彩或者其結合所做的富有美感并適于工業上應用的新設計”，它與發明或實用新型完全不同，即外觀設計不是技術方案。

專利申請人情況可以很好地反映產品市場競爭情況，因而研究通過我國國家知識產權局互聯網檢索數據庫平臺，對1985～2013年間發明專利及實用新型專利申請人進行了檢索，獲取如下排名：① 東芝；② 通用；③ 西門子；④飛利浦，其余廠家申請專利均不足50件。

從上述檢索結果不難看出，CT研發產業存在著高壟斷性，據相關報道[11]，在相對壟斷的市場格局下，跨國公司在制定產品價格時，通常會參考競爭對手的同行價格，在少數廠家形成的行業中，企業之間形成了定價默契；諸如CT這類需要投資巨額研發成本，且受專利保護、價格彈性小的產品常會采用撇脂定價策略。撇脂定價法（Marketskimming Pricing），又稱高價法或吸脂定價，即在產品剛剛進入市場時將價格定位在較高水平，在競爭者研制出相似產品前，盡快收回投資，并取得相當的利潤；然后隨著時間的推移，再逐步降低價格使新產品進入彈性大的市場。

研究認為，與醫學裝備技術成熟度呈現S-曲線族相反，撇脂決策下的產品定價呈現反S-曲線，以醫院等級進行簡略劃分，當產品處于嬰兒期時，技術概念新穎，易形成科研熱潮，但產品性能未必最優，價格更是泡沫虛高，無論是從資金投入角度出發，還是就面對不成熟產品的調度與應對能力而言，都較為適合于融醫、教、研于一體的三級甲等綜合性醫院；當產品技術發展進入成長期時，性能通常有所提升，市場上出現競爭品牌，此時廠家面對已安裝一代產品的客戶常會提出低價、甚至免費升級建議，其他三級醫院和部分二甲醫院可在這一階段規劃采購；當產品技術發展進入成熟期，性價比會達到最優，此時是大多數二級醫院規劃采購的最佳時機。

[1] 沙建超,趙蘊華,鄭佳,等.全球醫用CT技術的專利計量研究[J]. CT理論與應用研究,2013,2(2):395-394.

[2] 王秀紅.TR IZ原理在產品技術成熟度預測中的應用[J].科技進步與對策,2008,25(3):15-17.

[3] 黃魯成.產品技術成熟度研究綜述[J].科學管理研究,2010,28(2): 38-41,54.

[4] 蔣沁,趙克斌.科技發展與預測[M].北京:科學技術文獻出版社, 1991.

[5] Frauens M W.Improved Selection of Technically At-tractive Projects Using Knowledge Management and Net Interactive Tools[D].Cambridge:MIT,2000.

[6] Mann D.Using S-curves and Trends of Evolution in R&D Strategy Planning[J/OL].TR 12 J,1999.[2008-08-25].

[7] Godin B.R esearch and the practice of publication in industries[J]. R esearch Policy,1996,(25):587-606.

[8] Porer AL,Roper AT,Mason TW,et al.Forecasting and management of technology[M].New York:Wiley,1991.

[9] Martino JP.A review of selected recent advances in technological forecasting[J].Technological Forecasting & Social Change,2003, (70):719-733 .

[10] 鄒利光.CT技術的進展及臨床應用[J].第三軍醫大學學報, 2006,28(1):1-2.

[11] 岳彩周.醫療洋器械的中國式定價[N].南風窗,2013:20.

[12] 安茂春,王志健.國外技術成熟度評價方法及其應用[J].評價與管理,2008,6(2):1-3,21.

[13] 王立學,冷伏海,王海霞.技術成熟度及其識別方法研究[J].情報分析與研究,2010,3:58-63.

[14] 李達,王崑聲,馬寬.技術成熟度評價方法綜述[J].科學決策,2012, 11:85-94.

[15] Nolte B.Technology Life Cycle[M].Wright Patterson:AirForce R esearch Laboratory,2006.

[16] 婁巖,傅曉陽,黃魯成.基于文獻計量學的技術成熟度研究及實證分析[J].統計與決策,2010,19:99-101.

Analysis of CT Technology Development and Maturity Based on TRIZ Technology Evolution

CHEN Ying, Bi Fan, LI Bin
Department of Medical Equipment, the 6thPeople’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200233, China

Objective To evaluate the CT (Computed Tomography) technology maturity on the basis of evolution patterns and S-curve forecasting tools in TRIZ theories so as to propose suggestions for the time of CT procurement. Methods The study made a comprehensive review of TRL-based, patent-based and literature-based technology maturity evaluation methods through literature search and review. It also took the patent measurement as an example to divide the life cycle of CT and evaluate its technology maturity. Results According to the patent number - time curve, CT was currently in the growth stage. And the S-curve of a single technology could constitute the S-curve of a whole technology in certain category via transitions. The ranking of patent applicants could be used to determine the situation of marketing competition. The study indicated that most CT suppliers used the skimming pricing decisions. Conclusion Through verifi cation of the technical features of the fi rst to the fi fth generation CT, the patent measurement proved its effectiveness in technology maturity evaluation. And its result was helpful for various medical institutes to make a choice of the best and performance/price-balanced procurement time that were suitable for their development planning.

TRIZ; patent measurement; technology maturity; computed tomography

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.003

1674-1633(2015)05-0010-04

2014-12-08

李斌，（教授級）高級工程師，碩士研究生導師。作者郵箱：18930172423@189.cn