“大健康”視域下老年人運(yùn)動(dòng)健身專利情報(bào)分析

韓尚潔，高 明，于 琦，段 卉，郭凱茜

1.山西醫(yī)科大學(xué)體育教學(xué)部，山西 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)生處；3.山西醫(yī)科大學(xué)管理學(xué)院

人口老齡化是世界難題，老年人的健康問題受到國際上多方面的關(guān)注。我國老年人口基數(shù)大、增速快，2050 年占比將達(dá)到34.1%[1]，身體機(jī)能下降是老年人群體普遍面臨的現(xiàn)實(shí)問題，對老年人的生活質(zhì)量與生存指數(shù)有非常大的影響[2]。我國大健康戰(zhàn)略的主要針對人群為老年人，如何提高老年人的健康水平成為有待解決的重點(diǎn)問題。有研究指出，通過體育健身推遲生理學(xué)年齡，維持正常身體機(jī)能、延緩衰老，是老化預(yù)防的關(guān)鍵之一，同時(shí)可以降低發(fā)病率[3]。目前，老年人日益增長的健身需求與缺乏適宜的健身產(chǎn)品已成為國家推進(jìn)大健康戰(zhàn)略亟待解決的問題之一。國內(nèi)關(guān)于運(yùn)動(dòng)健身專利的研究主要針對競技體育項(xiàng)目[4-6]，有針對性地探索老年人運(yùn)動(dòng)健身專利技術(shù)的研究鮮見。利用專利分析方法從知識(shí)的前沿性視角對老年人運(yùn)動(dòng)健身技術(shù)海量專利進(jìn)行定量研究可以為我國“銀發(fā)市場”的發(fā)展及專利申請工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可將研發(fā)人員的注意力快速聚焦到少量更具知識(shí)前沿性特征的專利，為我國老齡化社會(huì)的群眾健身與康復(fù)護(hù)理發(fā)展提供建議與支持。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與檢索策略 專利數(shù)據(jù)來源于Derwent Innovations Index(德溫特世界專利索引)，檢索詞為老年、衰老、老年人與鍛煉、運(yùn)動(dòng)、健身、體育、身體活動(dòng)等。設(shè)定高級檢索式為：TS=(("old people" OR "the aged" OR“elderly people" OR "geriatric*" OR "gerontology"OR "the elderly" OR "senior citizens") AND ("exercis*"OR "sport*" OR "sport activiti*" OR "fitness training"OR "body-building" OR "i-Health”O(jiān)R "physical activit*"OR "body movement"OR "body activiti*"))。索引包括：CDerwent,EDerwent,MDerwent。專利申請日期設(shè)定為1963 年1 月1 日—2020 年12 月31 日，檢 索 時(shí) 間 為2021 年5 月20 日，共計(jì)獲得專利數(shù)據(jù)1 930 條。在清除重復(fù)及數(shù)據(jù)不全的信息后，得到相關(guān)專利1 923 條。

1.2 研究方法 專利數(shù)據(jù)采用文本（WIN，UTF-8）與Excel 格式導(dǎo)出，便于專利數(shù)據(jù)分析和文本挖掘。利用Excel 分析專利申請趨勢與專利國家競爭態(tài)勢，并用VOSviewer 分析軟件[7]中專利權(quán)人共現(xiàn)分析形象地描述與展示主要專利權(quán)人及合作關(guān)系，利用IPC 共類分析展示專利的主要項(xiàng)目申請類別，探索運(yùn)動(dòng)健身專利的新興聚焦熱點(diǎn)。IPC 分類號能代表一組技術(shù)并對應(yīng)具體的技術(shù)領(lǐng)域。專利共類分析可以識(shí)別技術(shù)聚合類別[8]，也可以根據(jù)多個(gè)專利技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)專利的組別來識(shí)別技術(shù)接近度和發(fā)明專利的技術(shù)基礎(chǔ)[9]。本研究采用專利IPC 分類號“組別”進(jìn)行聚類，識(shí)別老年人運(yùn)動(dòng)健身的主要技術(shù)共類領(lǐng)域。

2 結(jié)果

2.1 老年人運(yùn)動(dòng)健身專利申請整體態(tài)勢分析 檢索后發(fā)現(xiàn)1963年—1982年無相關(guān)專利。1983年—2020年國際老年人運(yùn)動(dòng)健身專利申請年度趨勢見圖1。1983 年—2020 年國際運(yùn)動(dòng)健身專利申請總量達(dá)到1 923 項(xiàng)，整體呈多項(xiàng)式增長趨勢（y=0.767e0.1575x，R2=0.947）。從時(shí)間軸上可以發(fā)現(xiàn)，1983 年—1996 年的年申請總量未超過10 項(xiàng)，增長無規(guī)律可尋，是老年人運(yùn)動(dòng)健身專利的萌芽發(fā)展期。最早的專利出現(xiàn)在1983 年，是德國的Schlesinge[10]申請的關(guān)于可進(jìn)行體操或訓(xùn)練練習(xí)的支架（并為老年人或體弱者提供額外安全保障）。這一時(shí)期關(guān)于老年人運(yùn)動(dòng)健身技術(shù)和產(chǎn)品方面的專利相對較少，科技投入和重視程度不高。1997 年—2013 年是快速發(fā)展期，由1997年的14項(xiàng)增加到2013 年的132 項(xiàng)，說明越來越多的學(xué)者投入到老年人運(yùn)動(dòng)健身專利技術(shù)的研發(fā)中，同時(shí)也帶動(dòng)本專利技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展。2014 年-2020 年是專利增長的爆發(fā)期，峰值出現(xiàn)在2020 年，達(dá)到了293 項(xiàng)，提示老年人運(yùn)動(dòng)健身專利技術(shù)獲得了快速發(fā)展，具有很大發(fā)展?jié)摿Γ殉蔀槿蜿P(guān)注和研發(fā)的焦點(diǎn)。

圖1 老年人運(yùn)動(dòng)健身專利申請年度趨勢

2.2 老年人運(yùn)動(dòng)健身專利國家競爭分析 專利的國家層面分析有助于識(shí)別全球老年人運(yùn)動(dòng)健身專利技術(shù)的競爭格局，通過分析技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)者與先進(jìn)國家，可以幫助探尋未來合作與競爭對象。專利數(shù)量排名前5位的國家見圖2，中國專利數(shù)量最多，為818 項(xiàng)，占總專利量的1/3。其次為日本433項(xiàng)、美國167項(xiàng)、韓國149項(xiàng)、德國49 項(xiàng)，排序前5 位的國家共計(jì)有專利1 616 項(xiàng)，占總專利量的84.04%，是本領(lǐng)域的主要研發(fā)國家。

圖2 老年人運(yùn)動(dòng)健身專利申請主要國家年度趨勢

從時(shí)間軸來看，日本在此領(lǐng)域起步較早，專利數(shù)量在2008 年以前全球最多，這是因?yàn)槿毡据^早步入了老齡化社會(huì)[11]，目前已是世界上人口老齡化最嚴(yán)重的國家之一，是這一時(shí)期技術(shù)著重者和領(lǐng)導(dǎo)者，但近年來專利技術(shù)研發(fā)有下降趨勢。中國在這一領(lǐng)域?qū)＠暾垥r(shí)間較晚，始于1997 年Wu[12]申請的磁療護(hù)腕專利。我國在2010 年專利申請數(shù)量超越其他國家，并保持波動(dòng)式快速增長，這是由于我國老齡化趨勢加劇和技術(shù)投入增加所致，隨著我國社會(huì)養(yǎng)老制度改革及對老年人健康的持續(xù)關(guān)注，將會(huì)促進(jìn)此領(lǐng)域繼續(xù)飛速發(fā)展。美國在此領(lǐng)域?qū)＠偭颗诺? 位，處于國際先進(jìn)行列。韓國近兩年申請數(shù)量有所增加，也逐漸面臨老齡化社會(huì)帶來的壓力，未來很有可能加大對此領(lǐng)域的扶持。德國和法國與其他主要競爭國相比，專利總數(shù)上較為落后，且近5 年專利申請數(shù)量有所下降。

2.3 老年人運(yùn)動(dòng)健身專利發(fā)明權(quán)人研發(fā)實(shí)力分析

通過對專利權(quán)人研發(fā)實(shí)力分析，可識(shí)別各機(jī)構(gòu)競爭實(shí)力和技術(shù)關(guān)注領(lǐng)域[13]。老年人運(yùn)動(dòng)健身專利領(lǐng)域的高產(chǎn)機(jī)構(gòu)以電子電器類公司居多，日本有4 個(gè)公司位列專利權(quán)人數(shù)量排序前10 位，包括松下電器株式會(huì)社、電報(bào)電話公司、松下電器有限公司等公司，專利共計(jì)61 項(xiàng)。說明在老年人運(yùn)動(dòng)健身領(lǐng)域，日本的公司具有強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力。中國公司有青島瑞箭機(jī)電工程技術(shù)有限公司與佛山市瑞健運(yùn)動(dòng)設(shè)備有限公司，共計(jì)有專利19 項(xiàng)，與同領(lǐng)域的日本公司相比，雖具有一定創(chuàng)新能力和研發(fā)實(shí)力，但仍有一定差距。荷蘭的紐迪希亞公司、飛利浦電子公司共計(jì)有專利23 項(xiàng)，瑞士雀巢公司有8 項(xiàng)。企業(yè)在保證專利數(shù)量的基礎(chǔ)上更應(yīng)加強(qiáng)自身的創(chuàng)新能力，不僅能在競爭中脫穎而出，而且推動(dòng)老年人運(yùn)動(dòng)健身專利技術(shù)的發(fā)展。見圖3。

圖3 老年人運(yùn)動(dòng)健身專利發(fā)明權(quán)人合作圖譜

2.4 老年人運(yùn)動(dòng)健身專利的技術(shù)共類分析 使用VOSviewer_1.6.16 對老年人運(yùn)動(dòng)健身IPC 分類號進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取分析后，發(fā)現(xiàn)共有2 367 種。為了便于展示與分析，按照頻次選取出現(xiàn)10 次以上IPC 分類號，共計(jì)110 種，設(shè)定共類圖譜展示閾值為Attraction=3、republican=0，最小聚類范圍為5，發(fā)現(xiàn)老年人運(yùn)動(dòng)健身專利的共類主要集中在5 個(gè)簇團(tuán)，見圖4。通過專利分類號分析研發(fā)聚焦與熱點(diǎn)。

圖4 老年人運(yùn)動(dòng)健身專利的技術(shù)共類圖譜

第1 個(gè)專利共類簇團(tuán)包括的熱點(diǎn)領(lǐng)域由2 個(gè)IPC組構(gòu)成，分別為A63B（體操、體育鍛煉、爬山、游泳或擊劍用的器械、球類、訓(xùn)練器械）和A61H（理療裝置），包括A63B-024/00、A63B-069/00、A63B-071/06、A61H-003/00、A61H-003/04 等。其中涉及訓(xùn)練器械用的電氣或電子控制器方面數(shù)量最多，如使用虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容對老年人進(jìn)行障礙測試和運(yùn)動(dòng)培訓(xùn)的計(jì)算機(jī)終端系統(tǒng)[14]。特殊運(yùn)動(dòng)用的訓(xùn)練用品、器械方面主要涉及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與游戲設(shè)備，如劃船運(yùn)動(dòng)的智能老年肌肉訓(xùn)練裝置，具有語音指導(dǎo)和視覺設(shè)備的腳踏自行車[15]，游戲、運(yùn)動(dòng)設(shè)備包括提供病人進(jìn)行理療運(yùn)動(dòng)游戲的電子設(shè)備[16]。被動(dòng)鍛煉器械門類包括步行模擬器設(shè)備、坐到站/站到坐的機(jī)構(gòu)、坐姿垂直運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的健康促進(jìn)裝置、老年人使用的平衡板輔助托架組件、肌肉訓(xùn)練的泡沫樹脂運(yùn)動(dòng)裝置、步行支撐系統(tǒng)、步行支撐機(jī)器人等。在此類團(tuán)中，塑料、石墨、鋁、金屬、聚氯乙烯（PVC）等多種材料的應(yīng)用，拓展了老年人運(yùn)動(dòng)健身的穩(wěn)固性與輕便性。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備專利多由安裝架、支撐單元、護(hù)板、萬向輪、電機(jī)、訓(xùn)練組件、活動(dòng)連接等組成，能有效地輔助老年人進(jìn)行身體練習(xí)，提升身體機(jī)能。

第2 個(gè)專利共類簇團(tuán)包括的熱點(diǎn)領(lǐng)域主要由IPC號A63B 的子項(xiàng)構(gòu)成，包括A63B-023/12、A63B-023/035、A63B-021/00、A63B-021/055、A63B-021/02 等。專利主要涉及除了專門適用于人體特定部位的訓(xùn)練器以及增強(qiáng)或促進(jìn)關(guān)節(jié)、肌肉生長的訓(xùn)練器械等。如老年人使用的手指訓(xùn)練器、老人坐式康復(fù)護(hù)理健身器、老年人智能腰部肌肉鍛煉機(jī)、中老年病人的彎曲手臂肌肉康復(fù)鍛煉裝置、老年病人的大型胸肌力量訓(xùn)練架、老年病人的中風(fēng)擺臂推力裝置、老年病人擴(kuò)展后部肌肉運(yùn)動(dòng)架、可增強(qiáng)下肢肌肉并在易于躺臥的位置彎曲膝蓋床具、骨骼肌刺激的設(shè)備以及基于老年病人的步行速度、身體平衡、肌肉力量等預(yù)測診斷運(yùn)動(dòng)能力指數(shù)的設(shè)備等。此類團(tuán)專利多在接受運(yùn)動(dòng)指令信息、分析生物特征信息、識(shí)別環(huán)境參數(shù)、加速度傳感器、調(diào)節(jié)訓(xùn)練負(fù)荷等方面進(jìn)行了開發(fā)創(chuàng)新。

第3 個(gè)專利共類簇團(tuán)包括的熱點(diǎn)領(lǐng)域主要由2 個(gè)IPC 組構(gòu)成，分別為A63B 和A61H，包括A63B-023/04、A61H-001/02、A63B-023/02、A63B-023/00、A61H-001/00等。這部分專利共類以老年人康復(fù)裝置與設(shè)備為主，例如身體沖擊裝置、將未骨折的骨骼校直或簡單拉伸的體外裝置、擴(kuò)展老年病人展后部肌肉的運(yùn)動(dòng)架、對心率和體溫的生物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及運(yùn)動(dòng)次數(shù)等運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的輔助感測設(shè)備、老年人病人特定康復(fù)水平的視頻游戲、具有緊急停止功能和驅(qū)動(dòng)功能的含有診斷微型計(jì)算機(jī)模塊的老年人安全健身設(shè)備等。此類團(tuán)專利旨在研發(fā)最大限度地提高活動(dòng)效果，尤其是在老年人肌肉能力恢復(fù)、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)捕獲、運(yùn)動(dòng)康復(fù)游戲開發(fā)等方面進(jìn)行了較深入的拓展。

第4 個(gè)專利共類簇團(tuán)包括的熱點(diǎn)領(lǐng)域由2 個(gè)IPC組構(gòu)成，分別為A23L（食品、食料或非酒精飲料及其制備或處理）和A61P（化合物或者藥物制劑的特定治療活性），包括A23L-001/305、A23L-001/30、A61P-043/00、A23L-001/29、A61P-003/02 等。這部分的專利技術(shù)主要是老年人運(yùn)動(dòng)健身補(bǔ)充飲食和改善受試者運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練結(jié)果的營養(yǎng)補(bǔ)品。主要以實(shí)現(xiàn)體重的維持與增加、提升飽腹感、促進(jìn)肌肉生長與維持、改善線粒體活動(dòng)、增加脂肪酸的代謝、減少氧化應(yīng)激、維持健康成年人的免疫功能、改善運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的效果為主要目的。如AXIOM食品公司的Janow 等[17-18]申請的大米蛋白分離物（包含特定量的亮氨酸和賴氨酸），可以增加最大耗氧量以及運(yùn)動(dòng)時(shí)間、提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。大冢制藥有限公司（SAKA-C）申請的疲勞恢復(fù)劑和免疫刺激劑[19]，可減輕肌肉疼痛和疲勞感，抑制運(yùn)動(dòng)過程中肌肉蛋白的分解并防止肌肉蛋白的減少，防止異物侵入體內(nèi)，維持老年人的骨骼肌，改善腸道菌群的平衡以及預(yù)防或治療肌肉萎縮。東洋新雅居(TOYS-C)研發(fā)的鱗翅目科的雄性蕨類組合物[20]，可以抑制糖化產(chǎn)物和葡萄糖苷酶，改善老年人的關(guān)節(jié)或軟骨異常情況，保持步行功能。綜上，如何通過營養(yǎng)、飲食來保持與促進(jìn)老年人身體機(jī)能是這一共類簇團(tuán)的熱點(diǎn)。

第5 個(gè)專利共類簇團(tuán)包括的熱點(diǎn)領(lǐng)域主要由4 個(gè)IPC 組構(gòu)成，分別為A61B、G06F（電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理）、A41D（外衣、防護(hù)服和衣飾配件）、A45B（手杖類物品），包括A61B-005/00、A61B-005/11、G06F-019/00、A61B-005/22、A41D-013/00、A45B-003/00 等。這部分專利共類中大多是應(yīng)用數(shù)字進(jìn)行計(jì)算或數(shù)據(jù)處理的設(shè)備或方法，包括老年人的姿勢狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)事件識(shí)別和視頻同步系統(tǒng)、肌肉力量增強(qiáng)系統(tǒng)、戶外步行反饋系統(tǒng)、基于虛擬現(xiàn)實(shí)和動(dòng)作交互的人體肢體康復(fù)監(jiān)測系統(tǒng)、老年人在多項(xiàng)動(dòng)作時(shí)的生活活動(dòng)保健系統(tǒng)、慢跑運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練輔助系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)圖像顯示系統(tǒng)、基于小波變換數(shù)據(jù)處理技術(shù)的便攜式心臟智能貼片系統(tǒng)、智能家庭老年人健康管理系統(tǒng)、人工智能算法模型系統(tǒng)等，這些專利系統(tǒng)一般都更傾向于開發(fā)智能信息接收預(yù)處理系統(tǒng)、生物信號傳感器系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)終端處理系統(tǒng)、智能健康云平臺(tái)等，使老年人有現(xiàn)實(shí)感，為其創(chuàng)造一個(gè)適宜的鍛煉環(huán)境與景象，分析并促進(jìn)鍛煉與健身效果。

3 討論

本研究針對老年人運(yùn)動(dòng)健身的專利進(jìn)行分析，分別從總體趨勢、國家競爭實(shí)力變化、發(fā)明權(quán)人研發(fā)實(shí)力、技術(shù)共類的熱點(diǎn)等多個(gè)層面，整理歸納出了老年人運(yùn)動(dòng)專利發(fā)展整體態(tài)勢以及主要專利權(quán)人構(gòu)成與關(guān)注點(diǎn)。

從整體趨勢上看，老年人運(yùn)動(dòng)健身目前正處于快速發(fā)展時(shí)期，具有很大發(fā)展?jié)摿ΑＶ袊鴮＠夹g(shù)總量最高，這與我國加大對老年人運(yùn)動(dòng)健身領(lǐng)域的關(guān)注和研發(fā)有關(guān)。我國還應(yīng)繼續(xù)加大政策扶持，進(jìn)行此專利領(lǐng)域的長遠(yuǎn)布局，同時(shí)開展多方位、多層次的跨國合作，尤其是與本專利領(lǐng)域的同類國家（如日本、韓國等）實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，為我國發(fā)展“銀色”產(chǎn)業(yè)保駕護(hù)航。

從專利權(quán)人的角度而言，老年人運(yùn)動(dòng)健身專利權(quán)人主要集中在日本、中國等研發(fā)機(jī)構(gòu)和個(gè)人，我國的研發(fā)機(jī)構(gòu)處于領(lǐng)導(dǎo)者仍相對較少，還需繼續(xù)探索新的技術(shù)領(lǐng)域和研發(fā)方向。因此，我國應(yīng)引導(dǎo)研究機(jī)構(gòu)和科研人員關(guān)注技術(shù)發(fā)展態(tài)勢，強(qiáng)化應(yīng)對人口老齡化的科技創(chuàng)新能力，順應(yīng)國家大健康產(chǎn)業(yè)與發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)一步促進(jìn)老年人運(yùn)動(dòng)健身專利技術(shù)的蓬勃發(fā)展。

老年人運(yùn)動(dòng)健身專利技術(shù)領(lǐng)域是一門綜合護(hù)理學(xué)、老年學(xué)、創(chuàng)傷學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、現(xiàn)代通信信息與智能科技而成的跨領(lǐng)域應(yīng)用綜合體。通過關(guān)鍵專利技術(shù)的主要節(jié)點(diǎn)和鏈接路徑的分析表明，A63B、A61H、A23L、A61B、G06F、A41D、A45B 等是專利技術(shù)的主要技術(shù)類別，關(guān)聯(lián)程度較高。電子信息、醫(yī)療監(jiān)測、功能恢復(fù)、健身器械、人工智能等多領(lǐng)域交織，集成化、精密化、多元化、智能化是未來老年人運(yùn)動(dòng)健身專利技術(shù)的主要發(fā)展方向，具有智能傳感層、慣性或壓力傳感器模塊、網(wǎng)絡(luò)硬件、內(nèi)部儲(chǔ)存、GPS 定位模塊、信息傳輸模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、電源模塊、反饋裝置等是這一領(lǐng)域智能化的基本配置。

未來在處理器利用率、處理時(shí)間、存儲(chǔ)需求、執(zhí)行指示計(jì)算的準(zhǔn)確性等方面都需要有所提高。減少能量需求、處理資源需求、減少體積與重量，更加娛樂化、趣味化、家庭實(shí)用化是老年人智能健身設(shè)備的突破點(diǎn)。我國未來的研發(fā)方向應(yīng)多關(guān)注高新技術(shù)富集的老年人智能運(yùn)動(dòng)健身設(shè)備的研發(fā)，積極尋找技術(shù)突破點(diǎn)，占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)。