基于專利文獻的磁共振勻場技術成熟度分析研究

儲呈晨，李斌，季智勇，王源冰，肖順

1. 上海交通大學附屬第六人民醫院 醫學裝備處，上海 200233；2. 上海交通大學 中國醫院發展研究院醫院經營研究所，上海 201306

引言

磁共振成像設備的現實生產、裝配以及使用過程等因素都不可避免的影響磁體的均勻度，為了得到滿意的主磁場均勻度，需要對裝配后磁體的磁場進行校正即勻場[1-3]。磁共振成像過程中，主磁場不均勻將會導致產生的圖像模糊或者錯位、加大對中心頻率敏感序列的偽影等現象，進而致使臨床無法診治患者[4]。為了使磁共振成像設備圖像得到保障，需要使用先進的勻場技術。國家重點研發計劃數字診療裝備研發重點專項部署了一系列醫學影像領域的關鍵核心技術和部件，如磁共振的梯度線圈、功率放大器、勻場技術等，以實現高端醫學影像設備的自主可控。技術戰略是企業長期發展的生命線，根據技術發展趨勢從而制定相應戰略[5-6]，技術成熟度評價是反映技術發展狀態和發展趨勢的重要工具，上海市醫療設備器械管理質量控制中心于2015年開展醫療器械領域技術成熟度研究[7]。專利文獻可用來表征技術研發水平，在一定程度上判斷技術生命周期、預測技術成熟度。本文利用專利文獻對勻場技術進行技術成熟度分析，探討相關技術的發展趨勢，為我國突破國外技術封鎖、為相關部門領導決策提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 專利指標法

專利文獻數據是科研產出數據的主要表現形式之一，基于專利文獻在不同周期的指標特征判斷技術的成熟度階段。在技術嬰兒期（技術萌芽期），專利方面以發明專利為主，并且專利的申請人數量較少，且增長緩慢。成長期，專利類型一般為發明專利，專利數量和申請人數量都在激增。成熟期，專利和申請人數量緩慢，類型轉為實用新型專利，專利密度達到最大。衰退期，專利和申請人數量都呈負增長，類型主要是外觀設計類專利。

實施專利指標法的步驟為：① 計算技術生長率（v）、技術成熟系數（α）、技術衰老系數（β）和新技術特征系數（N）四個指標；② 分析各個指標歷年的變化趨勢；③ 判斷該技術所處的成熟度階段[5]（表1）。

表1 專利指標

技術生長率（v）為某技術領域當年的發明專利申請量或授權量占追溯特定時間段該技術領域的發明專利申請累積量或授權累積量的比率，A為追溯特定時間段該技術領域的發明專利申請累積量或授權累積量，見式(1)。

技術成熟系數（α）為某技術領域當年的發明專利申請或授權量占該技術領域發明專利和實用新型專利申請或授權總量的比率，b為該技術領域當年實用新型申請量或授權量，見式(2)。

技術衰老系數（β）為某技術領域發明專利和實用新型專利申請或授權量占該技術領域發明專利、實用新型和外觀設計專利申請或授權總量的比率，c為該技術領域當年外觀設計專利申請量或授權量，見式(3)。

新技術特征系數（N）由技術生長率和技術成熟度系數推算而來；以a為該技術領域當年發明專利申請量或授權量，見式(4)。

1.2 技術生命周期S曲線

技術從產生到退出市場，被新的技術所替代，是技術的生命周期，S曲線是判斷技術生命周期的方法之一[6-8]。S曲線認為一項技術的發展過程，遵循一定的規則軌跡，經歷萌芽期、成長期、成熟期、衰退期，故又有“成長曲線”之稱，也稱為“技術生命周期四階段理論”。Garter提出Hype Cycle曲線理論，認為典型的新技術從出現到成為主流技術并不是簡單上升的，而是經過一個相對曲折的過程。該過程分為5個典型階段：觸發期、期望膨脹期、幻滅期、復蘇期、成熟期，稱為Hype Cycle[9]。Hype Cycle五階段論與“S”曲線四階段論存在著一定的聯系。Hype Cycle為兩段“S曲線構成，“轉折期”為兩段S曲線的分界點。通過這一對應轉化過程，可彌補“四階段論S曲線”對技術生命周期劃分不夠細致的問題。常用的S曲線數學模型主要有Logistic模型和Gompertz模型，應用較多的是Logistic模型，關于t的函數，見式(5)。

其中，y表示某技術的專利累積申請量，k、α和β為常數，t為時間，β為t50的值，記a為t10至 t90所需的時間，因此α=Ln81/a。以k表示y的最大值，f(t10)=10%k，f(t50)=50%k，f(t90)=90%k，一般認為，t10為萌芽期，t10至t50為成長期，t50至t90為成熟期，t90之后為衰退期[5,10]。

2 結果

以“磁共振勻場技術”為主題詞，在中國知網數據庫進行檢索，共檢索出發明公開、實用新型、發明授權三類專利320件，剔除發明授權37件（與發明公開申請重復）。根據檢索出的專利結果對磁共振勻場技術中國專利技術成熟度進行分析。

2.1 專利指標法分析

考慮專利公開和專利授權公開時間較申請日期有1～3年左右時間的審核期，因此，本以專利申請日期作為專利技術形成時間，對中國知網專利數據庫進行統計。統計該技術領域當年發明專利申請量、追溯5年時間內該技術領域的發明專利申請累積量、當年實用新型申請量、外觀設計專利申請量等指標，見表2。

根據表2的數據計算技術生長率（v）、技術成熟系數（α）、技術衰老系數（β）、新技術特征系數（N）見圖1，根據圖1各指標的變化趨勢，判斷磁共振勻場技術所處的技術成熟度階段。

表2 2005—2020年磁共振勻場技術相關專利數量（件）

技術生長率在2009年前交替緩慢增長，技術成熟度系數不變，因此，磁共振勻場技術中國專利處于萌芽期（嬰兒期）；2010—2012年技術生長率和技術成熟度系數增幅明顯，因此，勻場技術處于成長期；2013年以后技術生長率和技術成熟度系數有減緩趨勢，可認為2013年磁共振勻場技術進入成熟期，截至2020年，技術衰老系數一直維持不變，可認為勻場技術仍處于成熟期，尚未進入衰老期，見圖1。

圖1 基于專利指標法磁共振勻場技術成熟度分析

2.2 技術生命周期S曲線

利用Loglet Lab軟件對磁共振成像設備勻場技術的專利申請量數據擬合出Logistic曲線，Logistic關鍵參數為k、A/年t50、r、R2和P值，其對應的統計量分別為367、13.7、2016、0.321、0.996和2.13×10-21可以判斷其生命周期的各個階段，根據擬合出的生命周期曲線進行技術成熟度評價（圖2）。統計學參數顯示，P＜0.01模型通過顯著性檢，R2=0.996擬合優度極佳。

圖2 基于專利數據的勻場技術的技術生命周期S曲線

由擬合出的S曲線式(6)可知t1=2002，t10=2009，t50=2016，t90=2023，t99=2031，因此， 根據 S曲線預測2002—2009 年為勻場技術的萌芽期，2010—2016年為成長期，2017年進入成熟期，預計至2023年仍處于成熟期，預測2024年之后為衰退期，2031年需要新技術革新。

3 討論

王山等[6]對技術生命周期判斷方法進行了研究綜述，目前相關學者利用S曲線法對3D打印技術、射頻識別技術、石墨烯技術、車聯網產業技術、電信技術、石油產業二氧化碳注入技術、3D 電視技術等相關技術[10-13]進行發展現狀及發展趨勢研究。利用技術生命周期判斷方法對醫學裝備領域進行技術預測和專利戰略方面鮮有研究。從專利文獻分析可知，專利申請量前3的機構分別是西門子邁迪特（深圳）磁共振有限公司（7%）、德國西門子公司（6%）和上海聯影醫療科技有限公司（5%）。2009年沈陽東軟波譜磁共振技術有限公司申請了勻場孔板磁場調試系統的專利標志者中國勻場技術進入成長期；同期西門子邁迪特(深圳)磁共振有限公司的一批中國專家也申請了一系列專利；隨后至2012年，奧泰醫療系統有限責任公司、蘇州安科醫療系統有限公司、寧波鑫高益磁材有限公司、深圳市貝斯達醫療器械有限公司、上海聯影醫療科技有限公司先后申請了勻場技術相關專利[14-20]，2018年蘇州朗潤醫療系統有限公司公開了“基于三維梯度雙回波的動態勻場方法”的專利，至此國內主要磁共振生產廠家均申請了勻場技術相關專利，表明磁共振勻場技術進入到成熟期。

4 結論

本文對磁共振勻場技術專利進行數據分析和挖掘，判斷技術生命周期，反映技術發展狀態和未來發展趨勢，利用專利指標法和技術生命周期S曲線法進行磁共振勻場技術成熟度分析研究。本文采用計量法中的專利指標法進行技術生命周期判斷，采用模型化法中的技術生命周期S曲線進行技術程度預測，均得出磁共振勻場技術目前處于成熟期的結論。兩者結論的不同之處在于專利指標法提示在2013年進入成熟期，而S曲線結果表明在2016年進入成熟期；兩者結論相同之處在于提示2010年進入成長期。考慮到專利指標法的優勢是數據易于采集分析，劣勢在于對技術生命周期的各階段關鍵時間點的劃分需要主觀判斷，而S曲線法依賴于技術發展規律并模型化，不僅可以判斷不同時期的技術成熟度，也可預測技術發展的趨勢。未來技術成熟度分析的方向傾向于定量分析為主，定性分析為輔的發展趨勢，因此，本來采用專利指標法和技術生命周期S曲線相結合的分析方法進行技術成熟度分析，后期將關注深層次的文本挖掘、機器學習等提高技術生命周期判定準確性的方法。通過本文采取的技術生命周期判斷、技術成熟度預測的方法應用于醫學裝備領域，可用于企業或政府相關部門的技術預測，優先發展技術選擇決策，確定重點技術領域、扶持新興技術、完善成熟技術、淘汰衰退技術，具備實用價值。