基于專利的國內外可穿戴式血壓測量技術分析

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血壓是判斷人體是否處于健康狀態的一個重要指標。高血壓是許多高危心血管疾病的直接誘因，然而高血壓的預防和診斷都依賴于準確而實時的血壓監測。使用傳統的血壓測量儀器單次測量血壓或間斷性測量血壓的結果都存在較大差別，不能及時捕捉到人體的實時血壓，且設備笨拙，攜帶不方便，對高血壓的預防與監測不能起到良好的積極作用[1]。

目前醫療儀器的發展開始從應用于醫院的復雜的大型醫療設備, 轉向既適用于醫院又適用于家庭和個人的小型穿戴式裝置[2]。另一方面,一些特殊領域和行業, 如航空航天、深水作業和運動員訓練等對穿戴式醫療儀器(尤其具備血壓監測功能)也有迫切需求[3]。為了滿足普通人群和相關行業的這類需求, 近年來國內外的研究機構和企業正不斷加大相關技術的研發力度，并申請了許多可穿戴式的血壓測量技術相關的專利。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文專利數據源于Thomson Innovation專利數據庫。為了提高檢索的準確性，采取關鍵詞結合IPC分類號和德溫特手工代碼的方式構造檢索策略，檢索1980-2016年間的專利文獻，檢索式為“ABD=(wearable AND “blood pressure”) AND (IC=(A61B000500 OR A61B000502 OR A61B0005021 OR A61B0005022 OR A61B000800 OR A61B000804 or A61B000600) OR MC=( S02-F04C2 OR S05-D01B OR S05-D01B1 OR S05-D01B1A))”，數據檢索日期為2016年10月20日，共檢索到432條記錄，通過DWPI同族專利歸并得到227項專利。

專利最新法律狀態信息來源于中國知識產權局、美國專利商標局、歐洲專利局以及世界知識產權組織，查詢時間為2016年10月。

1.2 研究方法

對下載獲取的專利數據，利用湯姆森數據分析器(Thomson Data Analyzer，TDA)和Excel等工具，對專利的時間信息、專利權人、發明人、國別信息、法律狀態、專利分類代碼、摘要等信息使用統計分析、聚類分析、引文分析、相似度矩陣、自然語言處理并結合文獻調研等方法進行研究。

在研究過程中，需要使用敘詞表對相關字段數據進行清洗，使用Excel對清洗后的數據進行排序、統計、計算和圖表制作；對于最新法律狀態信息應結合同族專利信息到對應機構進行查詢。

2 可穿戴式血壓測量技術專利趨勢分析

2.1 專利年度發展趨勢分析

從專利的最早優先權年角度統計專利申請的年度情況，發現有關可穿戴式血壓測量相關的專利的申請年度分布涵蓋1980-2015年(圖1)。

圖1 可穿戴式血壓測量技術專利申請年度分布

從2004年開始，公開的相關專利數量迅速增長，到2006年單年專利公開量達到第一次頂峰(29件)；2007-2008年，專利申請有所減少(分別為5件、8件)，可能是受金融危機的影響，研發投入有所減少；2009年開始該領域每年的專利申請量又回歸

高位(20件)，并且在其后的幾年相對穩定(16件、10件、17件、24件、26件)。考慮到專利從提交申請到公開再到被數據庫收錄有18個月左右的時間延遲， 2015年的專利數量會有一定的時滯效應。因此，2015年的數據僅做為參考。

2.2 專利研發地域分析

專利的最早優先權國一般是這項技術的研發機構所在國家，分析可穿戴式血壓測量技術的最早優先權國分布情況可以更真實地反應該技術的研究主要集中在哪些國家或地區。統計Thomson Innovation收錄的各國專利數據，通過對最早優先權國字段進行分析，發現主要研發地區為美國(140件)、中國大陸(48件)、韓國(12件)、日本(10件)(圖2)。美國專利申請量最多，占所有已公開專利量的61.7%，說明美國在該技術領域中的研發規模和實力處于領先地位。

圖2 可穿戴血壓測量技術專利研發主要國家和地區分布

2.3 主要專利權人分析

227件可穿戴式血壓測量技術相關專利共涉及近100家公司270個自然人、20多家學術機構。對專利權人字段進行清洗歸并后，通過統計分析，找出主要的專利權人。主要專利權人的專利概況，包含專利申請數量、專利申請涉及的年份以及最近3年的專利申請情況見表1。

從表1可見，主要專利權人有飛利浦、Nellcor Puritan Bennett、香港中文大學、Sotera Wireless和Valencell。近3年主要的專利權人中，比較活躍的有Nellcor Puritan Bennett公司、SAMSUNG公司、深圳星脈搏醫療科技公司和Google。

表1 可穿戴式血壓測量技術主要專利權人專利概況

2.3.1 主要專利權人專利布局路徑分析

企業或者機構進行本地或海外專利布局的主要路徑是專利申請或專利收購，還有一些大公司通過公司并購來獲取被并購公司的專利權，進行專利布局。通過分析企業專利布局的路徑，可以了解企業爭奪目標技術領域專利權、占領目標市場的意圖和戰略。

專利申請量排名第一的是荷蘭飛利浦公司。通過分析飛利浦的18件專利，發現其進入這一領域的時間比較晚，最早的專利申請是在2011年，并且只有3件專利是飛利浦依靠本土研發團隊研發的，另外15件都是通過交易獲取的海外專利權。2016年4月飛利浦通過專利信托聯盟Allied Security Trust AST I(或間接通過專利資產運營公司EMPIRE IP LLC[4])收購了來自美國薩拉托加的獨立發明人Bao Tran發明的15件美國專利。通過分析專利人字段變更信息，發現2014年12月 Bao Tran將其中的10件打包轉讓給紐約的EMPIRE IP LLC公司，10件專利的原始專利標題都為“Health Monitoring Appliance”，并且共用了同一個專利優先權號：US20070265533A1，可見這是一個保護很好的專利組合，具有很高的價值。專利組合是利用專利之間的相關性和差異性，形成一個比較完整、保護范圍更大、競爭優勢更強的專利集合體，其整體價值大于單件專利的價值之和。從實踐來看，大型企業采用的專利策略往往具有“規模化”和“攻擊型”特征。強大的經濟實力使這些企業能夠通過自主研發或購買專利的方式，打造龐大的專利組合。

由此可見，飛利浦作為醫療器械行業的巨頭，十分重視可穿戴式血壓測量相關的技術，有布局美國市場的意愿。盡管進入這一領域比較晚，研發實力有限，但是能夠積極實施專利收購引進戰略，借助專利信托聯盟購買有價值的專利，并在這些專利基礎上進行改進創新開發利用，申請新的專利，迅速提升自己在該領域的技術實力。其專利布局路徑采取的是專利收購為主、專利申請為輔的方式。

申請量排名第二的是香港中文大學，是排名靠前的機構中唯一的科研機構，其主要發明人為張元亭教授。檢索SCI論文數據庫，發現張元亭教授于2001年首次提出“可穿戴無袖帶(Cuff-less)血壓連續測量”的技術概念，介紹了采用ECG信號和PPG信號之間的脈搏波傳輸時間差計算收縮壓、舒張壓和平均血壓的一種方法[5]。2014年8月，張元亭教授作為IEEE醫學與生物工程學會院士，擔任了IEEE 1708標準工作組主席，參與制定了國際電氣與電子工程師協會(IEEE)發布的“可穿戴無袖帶血壓測量儀標準(IEEE Std1708-2014)”[6]，顯示了香港中文大學在可穿戴無袖帶血壓測量領域有強大科研實力。其專利布局路徑采取的是專利申請的方式，并且努力推動其專利成為標準專利。

排名并列第二的是位于愛爾蘭的Nellcor Puritan Bennett 公司。該公司的專利主要由其內部研發團隊開發的，代表人物有Addison P S、Watson J N。通過研究公司關系發現，Nellcor Puritan Bennett 公司是柯惠醫療(Covidien)的獨立品牌子公司，2015年柯惠通過并購被美國知名醫療科技公司美敦力(Medtronic)控制[7]，說明醫療巨頭美敦力公司在該領域的專利布局路徑主要是通過資本運作，公司并購來獲取相關專利技術。

排名第四的是美國的Sotera Wireless公司。該公司發布的核心產品之一是一款叫做ViSi Mobile的腕戴式測量儀，其具備的連續無創血壓(cNIBP)監測功能已獲得美國FDA批準[8]。Sotera Wireless是一家專注于病患監控的新創小公司，其創始人Banet Matthew John是一名技術專家。通過分析專利發明人字段發現該公司的大部分相關專利都是由其親自擔任發明人。

排名第五的是Valencell公司，它是一家位于美國北卡三角洲專注于生物傳感器的新創公司[9]其多件專利引起了蘋果公司和Fitbit公司的關注。有消息稱Valencell公司和蘋果公司、Fitbit公司就幾件可穿戴技術專利產生了糾紛[10]。通過分析專利發明人字段發現，該公司的專利主要是由自己的研發團隊開發的，代表人物有 Steven LeBoeuf，Jesse Tucker, Michael Aumer。據美國彭博資訊(Bloomberg)披露[11]，他們同時也是該公司的聯合創始人。

以上分析說明，在可穿戴式血壓測量技術領域，香港理工大學、Sotera Wireless和Valencell公司在專利布局路徑上主要采取自主創新；大型公司(如飛利浦和美敦力)主要采取專利收購或公司并購獲取相關專利來進行專利布局的方式。

2.3.2 主要專利權人專利相似性分析

我們基于5位主要專利權人擁有的專利分類代碼(德溫特手工代碼)所代表的技術主題，利用TDA分析工具，進行兩兩間相關性計算，得到主要專利權人技術相似度矩陣(圖3)。矩陣顯示，關鍵專利權人在該領域擁有的專利分類代碼會有相似或不同。矩陣中的數字是兩家機構間的相似度值。表格中數字部分的背景顏色越淺，表示技術重疊越少；顏色越深，表示技術相關性越強。矩陣計算任意兩家機構間的相似度，相似度取值在0和1之間。其中0表示無相關，1表示完全相關。

圖3 可穿戴式血壓測量技術領域主要專利權人技術相似度矩陣

從圖3可以看出，專利技術相似度較高的是香港中文大學、Sotera Wireless公司和Nellcor Puritan Bennett這3家機構(系數>0.5)，他們都偏重于無袖帶測量技術；而Philips和Valencell公司與上述3家機構的技術相似度不高，使用的是不同的技術。

3 無袖帶血壓測量技術專利分析

利用TDA工具，對可穿戴式血壓測量技術的專利的摘要內容進行自然語言拆分處理。對處理后的詞組進行統計分析，篩除無意義詞，發現心電信號(ECG sign)、光電容積脈搏波(photoplethysmograph PPG signal)、無袖帶(Cuffless)、連續非侵入式血壓測量(cNIBP)這些關鍵詞出現的頻率比較高。在中國國家知識產權局檢索中國申請專利數據，分析該技術在中國的最新情況。通過研讀相關專利，了解到這是一種利用生物電極和光電傳感器測量脈搏波傳輸時間(或速度), 并利用血壓測量金標準對傳輸時間與動脈血壓之間的關系進行校準，確定血壓的技術。這種血壓監測技術不需要充氣袖帶，避免了袖帶充氣帶來的不便，更加便于隨身穿戴，可以實時連續測量，得到的數據也比較準確，這對于高血壓的預防與監測能起到良好的作用，業界將這一技術方向稱為“無袖帶血壓測量技術”。由于該技術使用的傳感器設計簡單且成本低廉，相關產品未來也較容易進入市場獲得消費者認可[3]，因此國內廠商對這類專利技術應該重點關注。

通過使用上述限定關鍵詞，利用TDA工具從前面檢索的227篇專利中篩選出屬于無袖帶血壓測量技術的相關專利61篇，下面對其進行重點分析。

3.1 無袖帶血壓測量技術主要專利權人分析

在61篇無袖帶式無袖帶血壓測量技術專利中，專利申請量排名前5的公司或機構如圖4所示。這5家機構依次是香港中文大學、Nellcor Puritan Bennett公司、Sotera Wireless、美國的DxTek Inc公司、深圳先進技術研究院(Shenzhen Siat)。

圖4 無袖帶式血壓測量技術主要專利權人專利申請量

從表1和圖4可以發現，香港中文大學、Nellcor Puritan Bennett、Sotera Wireless這3家機構也是可穿戴式血壓測量技術的主要專利權人。通過專利數量的對比發現這3家機構在可穿戴式血壓測量領域的專利也主要集中在無袖帶式無袖帶血壓測量這一技術方向上從而佐證了這3家機構技術相似度較高，而Philips、Valencell公司的技術相似度不高，說明Philips和Valencell沒有大量布局無袖帶式血壓測量技術。

3.2 無袖帶血壓測量技術重點專利分析

專利在公開之后通常會被后續的技術開發者引用，專利引用分為申請人引用和審查員引用。假如后續專利的申請人未在專利說明書中引用在先專利，專利進入審查階段時，審查員也一定會對后申請專利進行新穎性檢索，了解相關在先專利技術的背景，再到在后專利申請書(或者審查說明書)中引用在先專利技術。

被頻繁引用的專利具有明顯的技術發展優勢。按照這一假設，一類技術的尖端部分能夠被劃分出來。制藥企業的研究證明，被多家同行企業頻繁引用的專利均是與優秀新產品相聯系的專利。因此，當特定文獻中某一專利的共被引用次數越高時，這項技術越可能包含一種重要的技術發展趨勢，很多后來的專利很可能是在此基礎上發展起來的。這些高共被引專利可以被認為是這一技術領域內的核心重點專利。

從所有施引專利的專利權人中，找出施加引用最多的5位專利權人，按施加引用次數排序依次為Nellcor Puritan Bennett、Philips、Sotera Wireless、Shenzhen Siat、Univ Chinese Hong Kong。這5位專利權人引用了無袖帶血壓測量技術領域的33篇相關專利，其中能夠被多位專利權人同時引用的專利可以被認為是這一技術領域內的核心重點專利。統計每篇專利的施引專利權人字段，數據清洗后，利用TDA工具進行聚類分析，得到專利共被引聚類圖(圖5)。

圖5 專利共被引聚類圖

圖5中每個小圓點代表一件被引專利，不同深淺顏色的放射形區域代表不同專利權人所引用的專利，專利權人名后面括號里的數字表示該專利權人引用過的專利數量。被4位專利人引用過的專利是US5865755A，被3位專利權人同時引用過的專利有(CN101193588A、US5857975A、US20050261598A1、US7544168B2、CN100560019C、CN101234016A、CN1698536A)，被Nellcor Puritan Bennett和Sotera Wireless同時引用過的專利有US20050216199A1、US20050228296A1、US20050228297A1、US20050228300A1、US8560245B2、US7455643B1、US8554297B2。上述得到的15件專利可以說是無袖帶血壓測量技術領域的共高被引專利，是該領域的核心專利，應引起研發人員足夠的重視。這些共高被引專利的名稱、專利權人信息和法律狀態等信息見表2。

分析共高被引專利法律狀態有效性和國別保護范圍，可以找出在技術研發和產品生產中應該高度關注的競爭對手的核心專利，尤其是尚在保護期的專利。這些有效核心專利有海爾思-斯瑪(HEALTH SMART)公司的專利號為WO2006100676A3的專利，香港中文大學的專利號為US7479111B2的專利，Sotera公司的專利號為US20050228296A1、US20050228297A1、US8554297B2的專利，Nellcor Puritan Bennett公司的專利號為US8560245B2、US7455643B1的專利。

表2 無袖帶血壓測量技術高共被引專利及其法律狀態信息

3.3 無袖帶血壓測量技術在華專利分析

考慮到專利申請數據收錄的及時性，對無袖帶血壓測量技術中國專利進行了單獨檢索，共檢索到中國大陸申請的專利27件(去除同族專利)，檢索數據庫為國家知識產權局中外專利數據庫檢索服務及分析平臺，檢索時間為2016 年10月。統計27件專利的法律狀態，得到如圖6所示的無袖帶血壓測量技術在華專利法律狀態占比圖。

從圖6可以看出，授權專利占59%。其中有效專利只占22%，大部分授權專利由于未繳專利費而造成專利權終止，這些失效專利主要來自香港中文大學，說明我國專利的轉化和實施率不足。在華無袖帶血壓測量技術領域主要的專利權人、專利法律狀態和專利的保護年限等見表3。

圖6 無袖帶血壓測量技術在華專利法律狀態

機 構專利申請總數/件未決申請專利/件授權專利/件授權專利平均壽命/年有效專利/件有效專利平均壽命/年涉及專利號 法律狀態香港中文大學180144.646.5CN100361625C發明專利授權有效4件;CN100518630C未繳納年費專利權終止10件CN101708121ACN100456859C無效專利略去迪克斯泰克(DETEK)10110110CN1263421C授權海爾思-斯瑪特(HEALTH SMART)100000CN101193588A發明專利申請公布后的視為撤回北京京精醫療設備有限公司101717CN201320166Y實用新型授權吉林大學101111CN204562131U實用新型授權江蘇理工學院110000CN103876723A進入實質審查階段中國科學院電子學研究所110000CN104545854A進入實質審查階段新加坡科技研究局110000CN104114084A進入實質審查階段上海理工大學100000CN101828908A發明專利申請公布后的視為撤回天津心康科技發展有限公司110000CN105796079A專利申請未決

從表3可見，美國迪克斯泰克公司(DETEK INC)對專利的保護意識較強，其專利號為CN1263421C的專利已在華申請專利保護達10年，說明很有價值。我國(包括港澳臺地區)研發機構申請的專利數量雖然較國外公司多，但是壽命都比較短，2003年就開始申請專利的香港中文大學的有效專利的平均壽命才6.5年，授權專利的平均壽命才4.6年；14件授權專利中只有4件還有效，專利失效率較高。

此外，中國大陸地區研發機構授權專利數量占比不高，已授權專利僅為2件實用新型專利，沒有發明專利。雖然近2年來，中國科學院電子學研究所、江蘇理工大學、天津心康科技進入了該領域，各申請了1件發明專利，但尚處在申請/審查階段。與無袖帶血壓測量技術領域的美國企業相比，中國的企業研發投入顯得十分不足。值得注意的是，該技術領域國外的主要專利權人，如Nellcor Puritan Bennett和Sotera，還沒有在中國大陸成功申請相關專利。

3.4 無袖帶血壓測量技術專利發展建議

以上分析發現，無袖帶血壓測量技術的核心專利的被保護地點主要位于美國，國內企業如有相關產品希望進入美國市場，尤其要注意是否會對這些專利造成侵權。建議依據上文中給出的核心專利的專利號獲取專利全文，進行參考分析，并進行外圍布局申請，必要時通過談判與核心專利的掌握者達成交叉授權協議。

無袖帶血壓測量技術前景廣闊，雖然國外主要專利權人在國內暫時還沒申請專利，國內機構也應保持警惕，加強研發投入，研發相關專利和產品。對于已經獲得專利權的專利，專利權人應當關注專利權利的動態變化，及時繳納各種所需費用，維持專利的有效性，適時投入生產或轉讓。

4 結論

本文通過對全球可穿戴式血壓測量技術領域的專利的統計分析、聚類分析、引文分析、相似度分析并結合文獻調研等方法，得出如下結論：2006年，可穿戴式血壓測量技術進入快速發展時期；美國和中國是全球可穿戴式血壓測量技術的主要研發和受理國家，但是中國的企業類專利權人未形成明顯的技術競爭優勢，技術轉化率不高；利用脈搏波傳輸時間來測算血壓的無袖帶式血壓測量技術是可穿戴式血壓測量領域的一個重要熱門方向；無袖帶式連續血壓測量技術的核心專利主要集中在Sotera等美國公司手中，我國在專利研發跟進和技術轉移轉化方面不足。