指氧飽和度檢測技術專利申請態勢分析

薛艷華 武瑞青

摘要：通過指氧飽和度的檢測可以實現血氧飽和度的連續觀測，可反映人體血氧飽和度的實時變化情況，指氧飽和度在新型冠狀病毒感染的肺炎的臨床分型中有重要的參考價值。本文通過對指氧飽和度測量技術的相關專利進行檢索統計，從專利申請數量、地域分布、專利當前狀態，分析了該技術的專利申請態勢，為國內相關研究提供參考。

關鍵詞：指氧飽和度;專利;申請態勢

Abstract： By means of finger oxygen saturation measurement， continuous observation of blood oxygen saturation can be achieved， which can reflect the real time oxygen saturation of patients. Finger oxygen saturation has important reference value in clinical classification of pneumonia caused by new coronavirus infection. Through the retrieval and statistics of the related patents of finger oxygen saturation measurement technology， we study the number of patent applications， regional distribution of patent applications， current state of patent applications， ?and analyze the situation of patent applications in this field， so as to provide reference for the related research in China.

Key words： finger oxygen saturation; patent; situation of applications

引言

2019年12月，湖北省武漢市出現多例不明原因肺炎病例，后被證實為2019新型冠狀病毒感染引起的急性呼吸道傳染病（即新型冠狀病毒感染的肺炎，以下簡稱新冠肺炎）。隨著疾病認識的深入和診療經驗的積累，2020年2月5日，國家衛健委發布了《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第五版）》，該診療方案中明確：新冠肺炎患者在臨床分型中符合下列任何一條的為重型病患：（1） 呼吸窘迫，RR≥30次份;（2） 靜息狀態下，指氧飽和度≤93%;（3） 動脈血氧分壓/吸氧濃度≤300 mmHg （l mmHg=0. 133 kPa） [1]。可見，指氧飽和度作為新冠肺炎臨床分型的參考指標之一，對后期治療方案的選取有著重要的臨床意義。那么什么是指氧飽和度？為什么指氧飽和度可以作為新冠肺炎的臨床分型的參考指標之一？指氧飽和度測量技術全球及在華專利申請的態勢是怎樣的？以下將對上述問題進行闡述。

一、指氧飽和度介紹

指氧飽和度反映了人體的血氧飽和度，血氧飽和度在《診斷學大辭典》中解釋為血紅蛋白實際結合氧量與應當結合氧量之比，反映動脈血氧與血紅蛋白結合的程度[2]。血氧飽和度在《衛生學大辭典》中解釋為血紅蛋白氧飽和度，血液運輸的O2，主要是與血紅蛋白結合形成存在于紅細胞內，溶解的量極微，常常可以忽略不計，故每100ml血中，血紅蛋白結合O2的最大量即可以認為是血液氧容量，血紅蛋白實際結合的O2量，稱為氧含量，氧含量所占氧容量的百分比稱為血氧飽和度[3]。

人體被新冠病毒感染，病毒侵入到肺部后肺部會產生炎癥反應，如果炎癥反應過度，會導致肺泡內產生大量的滲液，而滲液會阻斷在細胞壁發生的正常氣體交換，氧氣無法進入肺泡壁毛細血管內，從而導致人體缺氧，滲液越多，缺氧越嚴重，嚴重缺氧會導致全身各器官功能下降直至功能衰竭。在《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案 （試行第五版） 》中，還提到人體感染新冠病毒之后的臨床表現為：重癥患者多在發病1周后出現呼吸困難和（或）低氧血癥。嚴重者快速進展為急性呼吸窘迫綜合征、膿毒癥休克、難以糾正的代謝性酸中毒和出凝血功能障礙等[1]。而血氧飽和度便是體現人體攜氧能力的重要參數，對于新冠肺炎病患血氧飽和度的測量是非常重要的。

血氧飽和度檢測主要分為有創檢測和無創檢測（包括磁共振成像血氧檢測和基于光電容積脈搏波的血氧檢測）[4]。有創檢測需要對動脈血管進行插管，利用血氣分析器對采集的人體血液進行測量，這種方式準確度較高，但是不能實現連續檢測，同時由于血氣分析器費用昂貴、體積龐大，使得應用受到了限制。而常用的無創檢測主要是利用光電傳感器采集人體光電容積脈搏波，將其作為信息載體進行連續的血氧飽和度檢測，其具有無創、連續實時檢測、體積小、操作方便等眾多優點，因此廣泛應用于新生兒監護、手術麻醉監護、ICU監護、社區及家庭保健等眾多場景[4]-[5]。

指氧飽和度檢測裝置在使用時將光電傳感器設置于指部（通常是通過指夾夾持在手指端部），操作簡單，是上述無創檢測中最常用的方式。

指氧飽和度檢測裝置的基本結構主要包括探頭單元、信號傳輸單元、處理單元，其中血氧檢測傳感器設置在探頭部分，主要包括光發射元件和光接收元件，根據處理單元的具體呈現方式可以將指氧飽和度檢測裝置分為臺面式、掌上式、指夾式，如圖1所示。

指氧飽和度檢測通過測量指部光電容積脈搏波（PPG）并將其作為信息載體進行計算得到。PPG是通過光電容積脈搏描記法得到的脈搏波信號。光電容積脈搏描記法中，采用紅光-紅外光作入射光照射人體組織，用光電探測器檢測出射光，光電探測器將光信號轉換為電信號形成的就是PPG。基于PPG測量血氧飽和度的方式可以分為透射式和反射式，如圖2所示。

其中，雙波長的脈搏血氧飽和度檢測技術是傳統的檢測技術，雙波長透射式測量技術的原理為：由雙波長發光二極管及一個光電晶體管組成感測器，雙波長發光二極管用于發射紅光和紅外光，例如波長為660nm的和940nm的光，入射光透過手指的組織時，皮膚、脂肪、肌肉、靜脈血等組織對入射光產生相對恒定的衰減，對光的吸收是恒定不變的，形成直流分量，而動脈血也會對光強度產生衰減，對光的吸收量隨動脈血管搏動變化，形成交流分量，當血管充盈時，對光的衰減最明顯，根據檢測的衰減后的透射光來檢測血氧飽和度。而在反射式測量中，雙波長發光二極管和光電晶體管位于組織的同側，光源發出的光透過組織經過多次散射后，反射光被光電晶體管接收，根據檢測的反射光來檢測血氧飽和度。由于雙波長脈搏血氧飽和度檢測技術在血氧飽和度較高時，具備高的靈敏度，而在低血氧飽和度測量時，靈敏度并不理想，因此，近年來還出現了多波長的脈搏波血氧飽和度測量方式，通過增加不同波長的光來提高檢測精度。

二、指氧飽和度檢測技術專利分析

本文利用incoPat數據庫，采用關鍵詞及分類號相結合的方式進行該技術的專利文獻檢索，檢索截止日期為2020年2月10日。通過該數據庫共檢索到全球專利申請6344件（incoPat簡單同族合并為4635個專利族），中國專利申請1101件，以下針對上述檢索結果進行專利分析，以下分析以件為單位。

2.1指氧飽和度檢測技術全球專利態勢分析

由圖3可以看出，在2001-2018年期間，指氧飽和度檢測技術的全球申請量隨時間整體呈現穩中有進的增長勢頭。隨著傳感器技術、電子技術、信息處理技術、計算機及網絡技術的飛速發展，以及在實際應用中新問題新需求的產生，2013-2016年期間的專利申請數量增長速度較其他區間有所加快，并在2016年達到了歷史峰值516件，2017-2019年期間的專利申請數量有所回落。值得注意的是2006年、2012年的專利申請數量也分別呈現了一個局部的小高峰。

圖4示出了各國家或地區的申請人在指氧飽和度檢測技術領域的專利申請數量占比，可以看出，申請量排名前三的國家依次為：美國、中國以及日本。其中，美國申請人申請總量最大，約占43%，反映美國在該領域的研究投入大，對專利保護的重視程度高;中國申請人申請量約占13%;日本申請人申請量約占12%。上述三國申請人的總申請量占全球申請量的68%，顯示出美中日在該領域雄厚的技術實力。上述數據說明中國在該領域占有一席之地，但與美國還存在一定差距。（薛艷華 武瑞青等同第一作者）

由圖5可以看出，全球申請人重視在美國、中國、日本三個國家的專利布局，由于美國擁有MASIMO以及Nellcor Puritan Bennett公司（已被柯惠COVIDIEN收購），而這些公司都是老牌的血氧儀研發公司，因此該領域全球專利申請中在美國市場的專利布局最多。同時還可以看出，該領域還存在一定比例的國際申請，由此可以看出，該領域的申請人重視專利技術的多邊保護。

由圖6可以看出，總申請量在全球排名前十的申請人中，三星是韓國公司，其他均是美中日國家的公司，其中美國的MASIMO和柯惠COVIDIEN（已被美敦力收購）、荷蘭的飛利浦在申請量上具有突出的優勢，由此可見，美國的申請量不但多，并且相對集中。值得注意的是，中國的超思也躋身前十，說明了中國的企業開始注重該領域的研發及專利布局，且具備一定的實力。需要說明的是，申請人柯惠的專利申請數量中合并了申請人為柯惠COVIDIEN、TYCO（泰科醫療，為柯惠的前身）、Nellcor Puritan Bennett公司（已被柯惠收購）的專利申請，其中Nellcor Puritan Bennett公司在其中占比最大。

2.2指氧飽和度檢測技術中國專利態勢分析

由圖7可以看出，中國專利申請在2001-2008年期間開始起步，并保持一定的增長速度，2009-2010年期間處于平臺期，2011-2015年期間為快速增長期，并在2015年達到歷史峰值149件，2015年之后又呈現理性回落，值得注意的是2013年申請量表現為局部波谷，但仍高于2010年之前的年申請量。由此說明，該領域的中國專利布局起步較晚，但是2011年之后，中國專利申請量整體上升了一個臺階，表明該領域申請人對中國市場的重視程度越來越高，中國申請人專利法律意識也逐漸增強，重視專利申請，國內申請量逐步快速增長。

由圖8可以看出，在該領域的中國專利申請數量來看，主要以國內申請人為主，占比69%，國內申請人申請與國外來華專利申請在總量上相差較大。在國外來華的專利申請中，主要由荷蘭、美國、日本等醫療設備強國的來華申請構成，可見上述國家的申請人重視中國市場并且在積極部署專利壁壘，但國產監護設備企業也具有其自身優勢。

由圖9可以看出，中國專利申請主要集中于廣東、北京、天津、江蘇、河北等地區，其中廣東省位于首位，北京其次，且這兩個地區的申請量明顯突出于其他地區。廣東省作為老牌的醫療領域的研發強省，該地區醫療企業數量眾多，例如深圳邁瑞、理邦等等，北京地區具有北京超思電子技術有限責任公司，該公司的指氧飽和度檢測裝置在中國市場具有一定的地位。

由圖10可以看出，總申請量在全球排名前七的申請人中，飛利浦為荷蘭公司，其余均為國內申請人，其中包括了天津大學這一科研類型申請人。同時，還可以看出，北京超思、康泰醫學在該領域的專利投入是比較多的。排名后三位的均是廣東省企業，說明該領域中廣東申請人較為分散。值得注意的是，MASIMO公司、早期的Nellcor Puritan Bennett公司雖然在該領域具有重要的地位，但是在中國的專利布局卻較為薄弱。

由圖11可以看出，授權有效的專利占比較高，說明創新主體較為重視中國專利布局，該領域中專利權的穩定性和價值都相對較高，結合圖11展示的處于實質審查的案件占比較高以及圖7展示的2014-2018年申請量增長的趨勢，說明說明了在該領域進行中國專利布局的申請人近幾年的研發投入力度較大，專利申請仍處于相對活躍的狀態。

三、總結

指氧飽和度作為新冠肺炎臨床分型的參考指標之一，無論是在診斷還是治療效果評價方面都具有重要意義。同時，由于指氧飽和度檢測可應用于多種場景，尤其是家庭醫療，伴隨著人類對于自身健康狀況關注需求的增強，指氧飽和度檢測技術所具備的市場價值是巨大的，其檢測技術和設備的相關專利也必然是各大企業爭相申請的。

就全球專利申請而言，來自美國的專利申請人在全球專利申請量中占比最高，占比其次的是來自中國的專利申請人;全球申請人在該領域重視在美國和中國市場的專利布局;美國的技術起步早，技術成熟度高，其中最具代表性的申請人有MASIMO、早期的Nellcor Puritan Bennett公司（已被柯惠COVIDIEN收購）等，它們無論是專利申請量還是專利申請質量，均處于行業領先位置。

就在華專利申請而言，國內申請人占比最大，來自中國的專利申請人中，占據一定市場地位的北京超思申請量占據第一位;就在華專利申請的專利狀態來看，該領域進行中國專利布局的申請人近幾年的研發投入力度較大，專利申請仍處于相對活躍的狀態。值得一提的是，近幾年中國專利申請量有明顯的提高，說明國內外的申請人對中國市場關注度不斷提升，國內申請人應當抓住機遇，需求技術突破點，加強公司、科研院校之間的合作，在尋求提高專利申請量的同時，重視專利申請的質量，提高市場競爭力。

參考文獻

[1]. 《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第五版）》

[2]. 楊志寅，《診斷學大辭典》，華夏出版社，2004年4月1日

[3]. 《衛生學大辭典》，華夏出版社，1999年7月

[4]. 朱珍民等，連續測量血氧飽和度的視覺方法，集成技術，2017年11月，第6卷第6期

[5]. 萇飛霸等，基于光電容積脈搏波法血氧飽和度測量系統研究，工業儀表與自動化裝置，2015年第5期