基于专利分析及可视化的神经刺激器竞争态势研究

张婷，池慧，欧阳昭连

中国医学科学院/北京协和医学院 医学信息研究所/图书馆，北京 100020

引言

神经刺激器通过产生不同频率、不同幅度的脉冲信号刺激病人神经，以达到治疗各种疑难疼痛疾病的目的[1]。目前神经刺激器领域以植入式神经刺激器发展最快，除了传统人工耳蜗恢复听觉[2]外，美国FDA已经许可临床应用的植入式神经刺激器主要有脊髓刺激治疗疼痛[3]，深部脑刺激治疗帕金森病、震颤和肌张力障碍[4]，迷走神经刺激治疗癫痫和抑郁[5]，骶神经刺激治疗尿失禁[6]等。此外，植入式神经刺激器对20余种神经或精神疾病具有良好的治疗前景[7]。

专利是技术信息最有效的载体，专利分析是情报学中重点技术分析的主要手段和方法[8-9]。本研究通过对神经刺激器领域的专利分析，从总体、技术、区域和竞争对手等方面深入研究该领域的竞争态势，客观反映专利技术的整体概况和发展态势，把握技术创新及技术发展状况。

1 数据来源与方法

1.1 数据来源

数 据 来 源 于Derwent Innovation（DI） 平 台（ 原Thomson Innovation，TI）是国际权威的专利数据库，集全球最全面的国际专利与业内最强大的知识产权分析工具于一身，可提供全球专利信息[10]。本研究采用DI（检索范围：增值专利信息—DWPI和DPCI）进行数据检索、采集，并进行部分可视化，数据检索及采集时间：2018年1月8日。

1.2 分析工具

数据导入到Derwent Data Analyzer分析工具（DDA，原Thomson Data Analyzer，简称TDA）中进行分析，DDA是一个具有强大分析功能的文本挖掘软件，可以对文本数据进行多角度的数据挖掘和可视化的全景分析[11]。本研究用DDA进行数据清洗、专利计量分析及部分可视化。

2 神经刺激器领域总体发展态势分析

截至2018年1月8日，DI数据库共收录神经刺激器专利2935项。从图1可以看出，1984年，神经刺激器领域有了第一项专利申请，此后几年处于发展的空白期。1999年以后进入较快速发展时期，于2015年达到峰值286项。从专利公开情况来看，1987年开始第一项专利公开，比专利申请向后推迟了三年，此后几年专利公开情况一直处于空白，从1997年往后呈现连续的专利公开态势。

图1 神经刺激器专利数量年度分布

图2是神经刺激器领域的专利申请和授权的年度分布情况。DI数据库共收录2935项神经刺激器领域的专利，其中申请数量2522项，授权数量316项，授权/申请量比例为12.53%；授权的316项专利中，有效专利132项，仅占41.77%，不到1/2。

图2 神经刺激器专利申请和专利授权数量年度分布

3 神经刺激器领域技术生命周期分析

大量研究表明，专利技术在理论上一般会遵循技术生命周期的4个阶段进行周期性变化，即：引入期、发展期、成熟期和衰退期[12]。通过神经刺激器领域的专利信息进行统计学上的量化分析，绘制专利技术生命周期图，可以客观掌握技术发展的历史、现状与趋势。由图3可以看出，神经刺激器发展主要经历了三个阶段：

（1）技术萌芽期（1984～1994年）：这一时期专利申请数量和专利申请人数量处于低水平缓慢增长态势，神经刺激器领域发展还不成熟。

（2）技术发展期（1995～2007年）：这一时期专利申请数量和专利申请人数量大致呈线性增长，随着专利申请数量的不断增长，专利权人的数量也在不断增加，表明这一时期有很多创新主体不断加入神经刺激器领域，技术研究受到广泛重视。

（3）技术成熟期（2008年～至今）：这一时期专利申请数量和专利权人数量都有所减少，技术发展趋于稳定，处于一个比较成熟的发展时期。

图3 神经刺激器领域的技术生命周期

4 神经刺激器领域区域竞争态势分析

4.1 技术发源地

通过对专利权人的国籍进行分析可以揭示技术发源地。神经刺激器领域技术发源地的全球分布如图4所示，可以看出，主要的技术发源地在美国、中国、德国等。

图4 神经刺激器领域技术发源地全球分布图

神经刺激器领域专利数量排名前10位的技术发源地如图5所示，分别是美国、中国、德国、加拿大、韩国、以色列、澳大利亚、日本、荷兰和英国。美国的领先优势十分明显，占该领域全球专利数量的37.96%，专利数量远远超过其他9个国家专利数量之和，处于绝对的领先地位。中国和德国分别位列第二、三位，占全球专利数量的4.74%、4.29%。

图5 神经刺激器领域排名前10位的技术发源地

4.2 目标市场

专利申请的国家/地区通常是产品的销售地，即目标市场。神经刺激器领域目标市场的全球分布如图6所示。通过神经刺激器专利的全球分布图，可以整体把握市场分布情况。

图7是排名前10位的目标市场，可以看出，神经刺激器领域的目标市场依次为美国、世界知识产权组织、中国、日本、德国、欧盟、俄罗斯、韩国、法国和英国。美国依然排在第一位，是全球专利布局数量最多的国家，专利数量占全球专利数量的53.15%；世界知识产权组织的国际专利申请位于第二位，专利数量占全球总量的23.71%，表明国际市场是各国争夺的焦点；从目标市场分布来看，亚洲在全球份额中占10.66%，中国是亚洲最主要的目标市场，其次是日本，专利数量占全球份额分别是4.80%、4.53%，韩国只有1.33%。

图6 神经刺激器领域目标市场全球分布图

图7 神经刺激器领域排名前10位的目标市场

5 神经刺激器领域竞争对手分析

神经刺激器领域专利申请数量排名前20位的专利权机构如图8所示。美国有16家，占4/5，表明美国的技术创新活动十分活跃，在全球引领整个神经刺激器领域的发展。美国的这16家专利权机构包括13家公司，2所大学和1家基金会，表明美国企业在神经刺激器领域的技术创新占据主导地位，是技术创新的主要力量。16家机构的专利数量之和占全球神经刺激器领域专利总量的39.59%，体现出美国雄厚的技术实力。13家公司分别是：美敦力公司（394项）、波士顿科学公司（280项）、Advanced Neuromodulation Systems Inc（102项）、领先仿生有限公司（95项）、Cyberonics Inc（46项）、重见光明医疗设备公司（31项）、NeuroPace Inc（28项）、BioControl Medical Ltd（23项）、格雷特巴奇公司（23项 ）、Northstar Neuroscience Inc（22项 ）、NDI Medical（20项）、ElectroCore（19项）和Spinal Modulation Inc（16项）；2所大学分别是：凯斯西储大学（19项）和斯坦福大学（18项）；还有1家是克利夫兰临床基金会（26项）。

除了美国之外，还有日本、澳大利亚、荷兰和德国各有1家机构跻身前20位，分别是：日本的奥林巴斯光学有限公司（25项）、澳大利亚的科利耳公司（22项）、荷兰的飞利浦公司（16项）和德国的Cerbomed GmbH公司（16项）。亚洲国家只有日本有1家跻身前20位，中国1家都没有，表明中国在国际上还处于相对弱势的地位。对中国专利权机构进行提取分析，排在前三位的分别是：苏州鼎迈医疗科技有限公司（11项）、清华大学（10项）和北京品驰医疗设备有限公司（7项），其中有2家企业，表明中国企业在神经刺激器领域的技术创新中发挥了重要作用。这三家机构中，清华大学和北京品驰医疗设备有限公司有着密切合作，很好的体现了产、学、研结合。

图8 神经刺激器领域专利申请数量排名前20位的专利权机构

6 神经刺激器领域技术竞争态势分析

6.1 技术构成

通过揭示神经刺激器专利的具体技术分类，以识别其技术研究的分布情况。国际专利分类（International Patent Classification，IPC）是一种国际公认的专利分析系统，IPC代码以功能分类和应用分类相结合[13]。通过对神经刺激器专利的国际分类号进行分析，从不同的角度来反映技术的集中点和研究热点，从而掌握技术构成和技术现状。

表1是专利数量排名前10位的国际专利分类号，10个IPC的专利数量较为悬殊。排在第一位的是A61N，有2638条记录，处于绝对的数量优势地位，远远超过其他9个IPC专利数量之和的两倍，是神经刺激器领域的专利数量最多的技术点，其含义是“电疗、磁疗、放射疗、超声波疗”，表明该领域主要是集中在神经刺激器相关疗法的研究。从目前的发展来看，主要是以电刺激为主。排在第二位的是A61B，有437条记录，其含义是“诊断、外科和鉴定用的仪器、器械和方法”，主要是关于神经刺激器生物电流的测定。专利数量排在第三位的是A61F，有157条记录，其含义是“可植入的设备或方法”，主要是植入式神经刺激器的相关研究。植入式神经刺激是以一定程度的电流脉冲刺激靶点神经，以调整或恢复脑部、神经或肌肉的功能，使症状缓解的一种方法。

表1 神经刺激器领域专利数量排名前10位的国际专利分类号

在临床上，多种神经疾病或精神疾病仍然缺乏有效的根治方法，患者需要多年甚至终生服药，且有一定比例的患者长期服药后会产生严重的副反应，此时植入式神经刺激器则成为可能的替代疗法[7]。排在第四位的是A61M，有154条记录，其含义是“将介质输入人体内或输到人体上的器械”，主要是“引起知觉状态改变的其他装置或方法”，例如直接神经刺激诱导或终止睡眠或麻醉。A61H专利数量排在第五位，有104条记录，其含义是“理疗装置”，在神经刺激器领域主要是指“寻找或刺激体内反射点的装置”，理疗用的定位或刺激人体特定反射点的仪器。此外，其他几个技术点专利数量少于100条记录，主要是关于“导电连接及集电器等”“电子数据处理系统”“医用配制品”“传感器、助听器等”和“可植入材料”等技术。

6.2 技术趋势

图9是排名前10位IPC的专利申请数量年度分布情况。从图中可以看出，A61N（电刺激疗法）专利数量优势明显，专利年度申请数量也远远高于其他技术领域。神经刺激器领域最早有专利申请是在1984年，涉及A61N的专利最早也是在1984年。从1990年开始，A61N即呈现连续的专利申请，电刺激疗法是神经刺激器领域最主要的技术研究方向。1991年，A61B（生物电流测定）和A61H（理疗装置）也开始有专利申请，是关于神经刺激器“生物电流测定”和“刺激人体特定反应的装置”的相关技术，是神经刺激器领域较早开展技术研究的领域。A61B从1996年进入一个连续专利申请的时期，A61H从1991年开始有专利申请，之后基本处于连续的专利申请时期。从图9中可以看出，A61N于2005年达到峰值258条记录，此后专利数量稍有回落；2009年后进入一个稳定发展时期，专利数量维持在100条记录以上。此外，A61F（植入式神经刺激器）从1995年开始有专利申请，1997年后开始呈现专利申请，是关于植入式神经刺激器的研究，是目前发展较快的神经刺激器，并在很多领域出现重要产品。A61M（介入设备）和 H01R（导电连接及集电器）分别从1996年和2000年以后也处于持续专利申请时期，表明这几个技术点是神经刺激器领域比较重要的技术构成。

7 结论

通过对神经刺激器专利进行分析发现，其技术发展呈现以下特点：

（1）神经刺激器领域处于技术成熟发展时期。专利申请数量和专利权人数量都有所减少，技术发展趋于稳定，处于一个比较成熟的发展时期。神经刺激器的专利公开态势表明近几年该领域发展较为稳定。从授权专利情况来看，有效专利仅占41.77%，表明技术发展没有大的突破，技术发展趋于成熟稳定。

图9 神经刺激器领域排名前10位的IPC专利数量年度分布情况

（2）神经刺激器领域的技术发源地和目标市场都是以中国和美国为主，同时国际市场也是各国争夺的重要目标；国外企业是研发的主导力量。

（3）神经刺激器领域专利最重要的技术研究方向是“电刺激疗法”，是最早的技术点，同时也是一直受关注的技术点。此外，“植入式神经刺激器”是目前发展最快的领域，对二十余种神经或精神疾病具有良好的治疗前景。

通过对神经刺激器的专利进行分析，并结合可视化，进行深入全面研究，有助于了解神经刺激器领域的全球竞争态势，立足我国现状，从情报学角度提供基于数据和事实的研究证据，为我国神经刺激器领域研发提供新的研究视角。