基于爆發(fā)詞檢測的健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備技術(shù)機會分析

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技術(shù)機會(Technology Opportunity)是指技術(shù)在發(fā)展過程中，某領(lǐng)域內(nèi)已有技術(shù)新出現(xiàn)的技術(shù)形態(tài)或技術(shù)發(fā)展點為技術(shù)創(chuàng)新主體提供的應(yīng)用于生產(chǎn)新技術(shù)產(chǎn)品的可能性[1]。技術(shù)機會識別是指通過分析某領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)的變化情況及其相互間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，推斷該領(lǐng)域出現(xiàn)特定關(guān)鍵技術(shù)或創(chuàng)新活動的潛力及可能性的過程[2]。可穿戴設(shè)備是指直接穿在用戶身上，或整合到用戶的衣服或所用的配件上，且能夠通過云端交互、軟件支持等實現(xiàn)強大的功能以滿足用戶需求的一種便攜式的設(shè)備[3]。健康醫(yī)療與每個人的生活息息相關(guān)，因此可穿戴設(shè)備更加受到人們的關(guān)注。目前，健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)正處于快速成長期，市場發(fā)展前景十分廣闊，廠商也紛紛加速戰(zhàn)略布局，搶占產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點，技術(shù)競爭日益激烈[4]。

全球的技術(shù)競爭可以總結(jié)為發(fā)現(xiàn)技術(shù)機會并先于競爭對手利用技術(shù)機會的過程。如果決策者在關(guān)鍵技術(shù)的識別和選擇上出現(xiàn)失誤，不僅會導致資源的浪費及技術(shù)機會的喪失，而且還會在總體上影響未來技術(shù)的發(fā)展，因此識別技術(shù)機會的能力被視為國家和企業(yè)研發(fā)的核心競爭力[5-6]。

通過識別健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)機會，揭示其技術(shù)發(fā)展歷程及潛能，能夠使研究機構(gòu)和相關(guān)企業(yè)了解健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的研究熱點和核心技術(shù)，從而最大限度地利用已有的條件和資源，準確、合理地尋找到具有研究價值和投資前景的關(guān)鍵技術(shù)[7]，促進健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備的研發(fā)和發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

分別以德溫特數(shù)據(jù)庫和Web of Science核心合集為數(shù)據(jù)來源，檢索式為#1 AND #2(#1為主題：(wearable device)AND 主題：(medical)；#2為主題：(wearable device)NOT 主題：(medical)AND 主題：(health))，檢索時間跨度為2007-2016年。經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗，共得到2 428項專利和1 761篇科技論文。數(shù)據(jù)下載日期為2017年9月18日。

1.2 分析方法

日本學者Naoki Shibata曾于2010年總結(jié)分析了論文與專利之間的4種關(guān)系，并結(jié)合專利和科技論文數(shù)據(jù)對太陽能電池的技術(shù)機會進行分析，他認為在活躍的研究領(lǐng)域內(nèi)，在論文中存在但在專利中不存在的主題為技術(shù)機會[8]。我國學者在Naoki Shibata研究的基礎(chǔ)上，同樣基于專利和科技論文數(shù)據(jù)，采用文本挖掘方法分析太陽能電池領(lǐng)域的技術(shù)機會，得到了相對全面且準確的研究結(jié)論[9]。

可見，基于專利和科技論文數(shù)據(jù)進行技術(shù)機會分析具有一定的科學性。根據(jù)技術(shù)機會的概念可知，某領(lǐng)域內(nèi)已有技術(shù)的新出現(xiàn)的技術(shù)形態(tài)或技術(shù)發(fā)展點為技術(shù)機會，而爆發(fā)詞(Burst Word)具有在短時間內(nèi)迅速增長或者使用頻次突然增高的特點，借助爆發(fā)詞可以對領(lǐng)域內(nèi)新的技術(shù)形態(tài)和技術(shù)發(fā)展點進行識別。基于上述分析，本文以Naoki Shibata提出的技術(shù)機會的內(nèi)涵為理論依據(jù)，主要利用爆發(fā)詞檢測方法和CiteSpace軟件，通過識別健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域近10年間相關(guān)專利和科技論文中的爆發(fā)詞,分析該領(lǐng)域的技術(shù)機會。

2 結(jié)果與分析

2.1 專利基本指標分析

2.1.1 專利數(shù)量增長趨勢分析

統(tǒng)計2007-2016年逐年專利申請量并進行趨勢增長規(guī)律分析，其增長規(guī)律符合指數(shù)增長模型：F(t) = 35.033e0.4282t(以2007年為初始時刻：t1=48，Multiple R=0.9916，R Square=0.9833)，表明健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域正處于一個快速增長的時期，近年不斷有新的成果涌現(xiàn)，具有極大的研發(fā)潛能。

2.1.2 專利權(quán)人研發(fā)實力分析

統(tǒng)計分析2007-2016年各專利權(quán)人的累計專利申請數(shù)量，去除重復專利權(quán)人后得到數(shù)據(jù)1 227條，截取排名前10的專利權(quán)人作為高產(chǎn)專利權(quán)人。表1展示了高產(chǎn)專利權(quán)人研究實力的具體數(shù)據(jù)。按專利數(shù)量降序排列，一定程度上可以反映專利權(quán)人在該領(lǐng)域的活躍程度。

2.2 技術(shù)機會分析

2.2.1 基于專利的健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備技術(shù)機會分析

利用CiteSpace 提供的Bursts檢測功能可以直觀地展示出某個研究領(lǐng)域的爆發(fā)詞，同時也可以在時間維度上展示出爆發(fā)詞的變化情況[10]。圖1顯示的是2007-2016年利用德溫特專利數(shù)據(jù)庫借助關(guān)鍵詞顯示出的健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)爆發(fā)詞的變化情況。

對圖1進一步解讀后發(fā)現(xiàn)，2007-2008年，“可穿戴設(shè)備”“計算機外圍設(shè)備”“汽車電子”“廣播電視收音機”“移動電話”“控制器裝置”“定位結(jié)構(gòu)”成為爆發(fā)詞，說明當時可穿戴設(shè)備的專利發(fā)明主要涉及計算機外圍設(shè)備、汽車電子以及廣播電視收音機等方面，可穿戴設(shè)備的控制裝置和定位裝置成為新的研發(fā)熱點；2009-2010年，“存儲器薄膜與混合電路數(shù)字存儲器”“源腔”“能量源”“近場無線能量傳輸”“醫(yī)療設(shè)備”“手持醫(yī)療器械”成為新的爆發(fā)詞，說明可穿戴設(shè)備的存儲系統(tǒng)和供能系統(tǒng)的研發(fā)受到關(guān)注，可穿戴設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；2011-2012年，“體育活動”“血壓”“半導體材料與工藝”“接收數(shù)據(jù)”成為爆發(fā)詞，說明研發(fā)者將注意力轉(zhuǎn)向可穿戴設(shè)備的半導體材料應(yīng)用方面且人們對可穿戴設(shè)備接受數(shù)據(jù)的能力和精度有了更高的要求，而可穿戴設(shè)備在體育活動和血壓監(jiān)測方面的應(yīng)用也有了進展；2013-2014年，“家用電器”“移動設(shè)備”“計算裝置”“檢測裝置”“遙測系統(tǒng)”“智能手機”成為新的爆發(fā)詞，說明可穿戴設(shè)備的一些功能逐漸與電子設(shè)備結(jié)合起來并在智能手機上得到體現(xiàn)和拓展，且其應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大，在家用電器及移動設(shè)備方面有了進展，可穿戴設(shè)備的計算裝置、檢測裝置及遙測系統(tǒng)功能的提升成為研發(fā)的熱點；2015-2016年，“實用新型”“口服藥”成為新的爆發(fā)詞，說明人們對于可穿戴設(shè)備的新穎性和實用性有了更高的要求，這將成為可穿戴設(shè)備近年的研發(fā)熱點。

表1 2007-2016年健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量排名前10的專利權(quán)人

圖1 2007-2016年基于專利數(shù)據(jù)的健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域爆發(fā)詞變化情況

綜上所述，近年來在專利研發(fā)方面，健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備的功能有與電子設(shè)備尤其是智能手機結(jié)合發(fā)展的趨勢，且人們對其新穎性和實用性有了更高的要求。

2.2.2 基于科技論文的健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備技術(shù)機會分析

圖2顯示了2007-2016年利用Web of Science核心合集借助關(guān)鍵詞顯示出的健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)爆發(fā)詞的變化情況。

對圖2進一步解讀后發(fā)現(xiàn)，2007-2008年，“可穿戴設(shè)備”“移動電話”“便攜式電話”“人機交互”“信號處理”“計步”“全球定位系統(tǒng)”“無線通信”“老年人”“心率”“心率變異性”“日常生活”“體育活動”成為爆發(fā)詞，說明科研工作者在可穿戴設(shè)備的人機交互、信號處理、計步、定位和通信等方面的研究較為深入，可穿戴設(shè)備逐漸被用于老年人疾病的監(jiān)測，尤其是心率變異性這一方面，并逐漸在日常生活中得到廣泛應(yīng)用；2009-2010年，“人體”“血壓”“持續(xù)監(jiān)測”“健康監(jiān)測”“自主神經(jīng)系統(tǒng)”“家庭監(jiān)護”“遠程監(jiān)控”“通信技術(shù)”“醫(yī)療保健系統(tǒng)”“心力衰竭”“小尺寸”成為爆發(fā)詞，說明可穿戴設(shè)備在用于自主神經(jīng)系統(tǒng)的生理監(jiān)測方面有了新的進展，同時在人體血壓、健康監(jiān)測、家庭監(jiān)護、遠程監(jiān)控、醫(yī)療保健、動態(tài)監(jiān)測尤其是心力衰竭患者的心臟功能監(jiān)測方面有了廣泛應(yīng)用，而可穿戴設(shè)備的尺寸如何進一步縮小也成為當年的關(guān)注熱點；2011-2012年，“QRS檢測”“生命體征”“脈搏率”“心電圖”成為爆發(fā)詞，說明可穿戴設(shè)備在心電監(jiān)測和生命體征檢測方面受到關(guān)注和應(yīng)用；2013-2014年，“慢性疾病”“電力消耗”“傳感器”“動作識別”“移動設(shè)備”成為爆發(fā)詞，說明可穿戴設(shè)備在慢性疾病監(jiān)測方面得到應(yīng)用，可穿戴設(shè)備的電力消耗、動作識別及傳感器功能也逐漸成為新的研發(fā)熱點，可穿戴設(shè)備在與移動設(shè)備的功能相結(jié)合方面有了新的進展；2015-2016年，“云計算”“設(shè)備”成為新的爆發(fā)詞，說明可穿戴設(shè)備的云計算服務(wù)開始受到廣泛關(guān)注，并有望成為今后幾年的研發(fā)熱點。

圖2 2007-2016年基于科技論文的健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域爆發(fā)詞變化情況

綜上所述，近年來在健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，云計算服務(wù)成為技術(shù)機會。隨著研發(fā)的進展，今后用戶有望以更為低廉的價格隨時按需獲得相應(yīng)的服務(wù)。

2.2.3 爆發(fā)詞檢測結(jié)果的綜合比較分析

通過對健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的兩種爆發(fā)詞檢測結(jié)果進行綜合比較分析(表2)發(fā)現(xiàn)，“醫(yī)療設(shè)備”“血壓”“體育活動”等詞在基于科技論文的爆發(fā)詞檢測中出現(xiàn)較早，而在基于專利的爆發(fā)詞檢測中出現(xiàn)較晚，說明早有學者在相關(guān)專利研發(fā)之前對此有過理論研究，并可能對后期的實際研發(fā)起到一定的指導作用。在基于科技論文的爆發(fā)詞檢測結(jié)果中，“慢性疾病”“電力消耗”“傳感器”“動作識別”“云計算”等詞的使用頻次突然增高，而在基于專利的爆發(fā)詞檢測結(jié)果中尚未見到這些詞。由此可知，減少可穿戴設(shè)備的電力耗損,提高其傳感器的敏感度及動作識別的精確度,促進云計算在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展,拓展可穿戴設(shè)備在慢性病領(lǐng)域的應(yīng)用,為該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)機會。

2.2.4 爆發(fā)詞聚類分析

運用CiteSpace軟件的聚類功能，可以得到健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域研究熱點的可視化圖譜(圖3)。通過對#0-#5聚類的高頻關(guān)鍵詞進行聚類分析，發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域主要有六大研究熱點。

2.2.4.1 監(jiān)測與反饋技術(shù)

#0聚類反映出監(jiān)測與反饋技術(shù)領(lǐng)域的熱點詞匯，包括“人體傳感網(wǎng)絡(luò)”“心率變異性”“生物反饋可穿戴式系統(tǒng)”等高頻關(guān)鍵詞。其中人體傳感網(wǎng)絡(luò)是在物聯(lián)網(wǎng)背景下應(yīng)運而生的以身體為中心，并集成生物傳感器、醫(yī)學電子學、多傳感器分析與數(shù)據(jù)融合、人工智能、普適傳感、無線通信等多學科知識的技術(shù)，有利于在低成本的前提下對人體健康進行連續(xù)監(jiān)測。生物反饋技術(shù)可用于可穿戴式心電監(jiān)測系統(tǒng)，如心率變異性的監(jiān)測。

圖3 2007-2016年健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域爆發(fā)詞聚類分析

2.2.4.2 無線通信技術(shù)

#1聚類反映出無線通信技術(shù)領(lǐng)域的熱點詞匯，包括“器件諧振器”“薄膜”“無線接收機”“移動無線電力系統(tǒng)”“移動無線接收器”等高頻關(guān)鍵詞。諧振器是指產(chǎn)生諧振頻率的電子元件，起頻率控制的作用。薄膜體聲波諧振器因其射頻高、耗損小等特點成為構(gòu)建無線通信濾波器的最佳選擇。目前，可穿戴設(shè)備中使用較多的無線通信技術(shù)有藍牙、WiFi、ZigBee、NFC等。移動無線通信技術(shù)主要涉及多址、調(diào)制、抗干擾、抗衰落、功率控制和網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)，可以滿足可穿戴設(shè)備需要的組網(wǎng)方便、耗能低、靈活性高、體積小、安全性高、輻射低、抗干擾能力強等要求[11]。未來可穿戴醫(yī)療設(shè)備上將會同時存在多種無線傳輸技術(shù)，設(shè)備會根據(jù)環(huán)境自動識別、選擇最優(yōu)的無線傳輸方案進行工作[12]。

2.2.4.3 傳感與能耗控制技術(shù)

#2聚類反映出集成傳感器與能耗控制技術(shù)領(lǐng)域的熱點詞匯，包括“電源系統(tǒng)”“熱力”“集成傳感器網(wǎng)絡(luò)”“醫(yī)學”“可穿戴連接結(jié)構(gòu)”等高頻關(guān)鍵詞。目前，可穿戴設(shè)備對傳感器提出了更高要求，多傳感器融合已成趨勢，而環(huán)境感知應(yīng)用對于實時工作傳感器處理的需求也在不斷增長[13]。另外，可穿戴設(shè)備目前較大的一個弊病就是電池續(xù)航時間短，而且終端功能的提升會導致耗電量和熱力的增加，其解決方案之一就是應(yīng)用處理器中的集成傳感器。因此,傳感器是對可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響甚大的一個重要技術(shù)鏈條。未來可穿戴設(shè)備不僅要求現(xiàn)有連接性芯片組的功能演進，而且更趨向于低能耗、低成本與高靈活性。

2.2.4.4 計步與復健功能

#3 聚類反映出健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備在計步與復健方面的熱點詞匯，包括“帕金森氏病” “計步”“遠距復健”“可穿戴傳感器”等高頻關(guān)鍵詞。“計步”是可穿戴設(shè)備較為基礎(chǔ)和常用的功能，“遠距復健”是遠距離指導患者利用運動、不同的物理治療儀器及徒手治療等辦法進行康復訓練。“帕金森氏病”是當今社會發(fā)病率較高的一種老年性疾病，一旦患病將對患者及其家屬形成長久的危害和影響。患者常有靜止性震顫、肌肉僵直、行動遲緩、運動障礙、面癱等癥狀，可穿戴設(shè)備的“計步”和“復健”功能有利于輔助其治療。隨著我國社會人口老齡化的加快，健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備的“計步”和“復健”功能的應(yīng)用范圍將會更加廣泛。

2.2.4.5 心衰控制與健康提升

#4 聚類反映出心衰控制與健康提升方面的熱點詞匯，包括“心力衰竭”“可穿戴系統(tǒng)”“健康”“提升”等高頻關(guān)鍵詞。“心力衰竭”是指心臟當時不能搏出同靜脈回流及身體組織代謝所需相稱的血液供應(yīng)。由于急性心衰危險性高，甚至在用藥過程中，都需要密切關(guān)注患者的心律、心率、尿量與毒性反應(yīng)(如早搏、二聯(lián)律、心動過緩)。健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備可對患者的心衰相關(guān)指標進行實時監(jiān)測，以便患者自查或醫(yī)生及時實施用藥、手術(shù)等治療措施。

2.2.4.6 綜合健康管理

#5 聚類反映出綜合健康管理方面的熱點詞匯，包括“得分”“綜合健康管理”“遙測數(shù)據(jù)”“健康”“表現(xiàn)”等高頻關(guān)鍵詞。“綜合健康管理”是指在健康管理過程中考慮年齡、體質(zhì)、生活環(huán)境等個體差異，在其運動和生活方式等方面進行健康管理方案的設(shè)計、實施、跟蹤和評估。大多數(shù)非醫(yī)學專業(yè)人士對健康監(jiān)測的數(shù)據(jù)沒有足夠認識，因此他們需要的不只是單純的數(shù)據(jù)，更是對結(jié)果的評估以及能夠直接實行的方案。用戶使用可穿戴設(shè)備記錄體征數(shù)據(jù)后，監(jiān)控中心可將數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器并提取分析，然后將結(jié)果和建議反饋給用戶，從而幫助用戶更好地管理自身的健康[14]。因此，完善且貼近用戶需求的綜合健康管理功能將會是未來健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備研發(fā)的熱點。

3 結(jié)論

本文分別以德溫特數(shù)據(jù)庫和Web of Science核心合集為數(shù)據(jù)來源，借助可視化的科學計量學研究工具CiteSpace，從爆發(fā)詞檢測角度對健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域進行技術(shù)機會分析，得出了以下結(jié)論。通過專利數(shù)量隨時間的積累變化可知，在2007-2016年這10年間健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的專利增長符合指數(shù)增長模型，說明該領(lǐng)域正處于生命周期的成長期，是目前迅速發(fā)展的、成長中的、具有極大研發(fā)潛能的熱點領(lǐng)域。通過對各專利權(quán)人的累計專利申請數(shù)量作統(tǒng)計分析可知，健康醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的研究以三星電子公司(Samsung Electronics Co Ltd)、佐爾醫(yī)療公司(Zoll Medical Corp)和艾力夫電子技術(shù)服務(wù)有限公司(Aliphcom)的技術(shù)研發(fā)較為活躍。綜合利用專利與科技論文數(shù)據(jù)進行爆發(fā)詞檢測和爆發(fā)詞聚類，可以發(fā)現(xiàn)減少可穿戴設(shè)備的電力耗損,提高其監(jiān)測及動作識別的精確度,提升其綜合健康管理功能,完善無線通信技術(shù),促進云計算在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展,多傳感器融合及拓展可穿戴設(shè)備在慢性病(尤其是帕金森氏病與慢性心力衰竭)領(lǐng)域的應(yīng)用為該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)機會。