基于T RIZ技术进化论的CT技术发展与成熟度识别研究

陈颖，毕帆，李斌

上海交通大学附属第六人民医院 医学装备处，上海 200233

基于T RIZ技术进化论的CT技术发展与成熟度识别研究

陈颖，毕帆，李斌

上海交通大学附属第六人民医院 医学装备处，上海 200233

目的 基于TRIZ理论中技术进化模式与S-曲线技术预测工具，对医用CT进行技术成熟度识别，并提出相关采购时机建议 方法 通过对文献查阅，综合评述TRL、基于专利与基于文献三大主流技术成熟度评价方法；并以专利计量法为例，划分CT设备生命周期、识别CT技术成熟度 结果 根据专利申请数量-时间曲线判断CT大类设备目前处于成长期；单项技术的S-曲线可经过跃迁构成大类S-曲线族群；根据专利申请人排名情况判断产品市场竞争情况判断CT市场多采用撇脂定价决策 结论 经五代CT技术特征验证，专利计量法可有效识别医学装备技术成熟度，其结果可协助各医疗机构选择适应于自身发展规划且性价平衡的最佳采购时机。

TRIZ技术；专利计量法；技术成熟度；CT

0 引言

计算机X线断层扫描设备（Computed Tomography，CT）由英国物理学家Hounsfield于1971年研制成功，因其图像质量好、诊断价值高，无创、无痛而被标定为放射诊断领域内重大突破。自第一代CT问世以来，短短三十年间CT技术已经发展到了第六代，广泛应用于疾病检测、血管造影、心脏成像、介入治疗等诸多放射医学领域。发达国家对CT技术极为重视，全球CT市场需求也持续稳定增长，但在相对落后的国家，CT设备还只存在于重点大型医疗机构[1]；我国于20世纪70年代末引入CT技术，发展至今仅上海地区已配置各类CT设备逾200台件。一般情况下，医学装备规划配置及询价采购过程中会面临品牌、性能、价格、进度等多重挑战，全面、客观、及时地识别技术成熟水平，将有助于医学装备采购部门科学、合理地制定采购决策。

目前最有效的技术成熟度评价方法是前苏联Altshuler教授于20世纪90年代初提出的基于TRIZ理论的预测方法[2]，Altshuller教授及其领导的研究小组对全世界250万件专利进行整理和研究，最终构建成一套系统化、高实用性的解决发明创造问题与实现技术创新的理论体系。TRIZ理论发现了技术系统在结构上的进化趋势以及技术系统的进化路线，不同领域技术进化模式和进化路线具有共性和可传递性。Altshuller教授认为，技术系统与生物系统一样具有产生、成长、成熟和衰退的生命周期，并将其简化为分段性S-曲线。

1 三大主流技术成熟度识别方法学综述

1.1 基于TRL的技术成熟度识别

技术准备度等级（Technology Readiness Level，TRL）是一种比较系统的技术成熟度评价标准，由美国航空航天局（NASA）于1995年首先提出并应用于航天领域，之后在美国科学技术协会得到初步应用。2001年美国国防部（DOD）开始采纳TRL，并颁发TRL军标指南草案，现在美军要求将TRL应用于所有重要采办计划中。英国国防部在国防采办中也应用了TRL；许多国际技术组织自美军颁发TRL军标指南草案后，也开始评估TRL在项目管理中的适用性并推广应用。利用此TRL研究产品技术成熟度一直持续至今，只是针对不同的产品，各等级具体内容要求会有所变化。

然而就其分级情况而言，更适用于早期实验室阶段产品，针对已上市使用的产品难以界定成熟度等级，方法应用的可扩展性较差。

1.2 基于专利的技术成熟度识别

国内外专利计量法多以TRIZ为理论基础，识别应用主要集中在三个方面[3]：

（1）通过专利数量及技术发展速度来判断技术是处于成长期还是成熟期[4]，本研究第2节将采用该方法进行CT设备技术成熟度评价；

（2）通过产品专利等级与专利被引次数判断产品技术是处于婴儿期还是成长期[5]；

（3）通过研究专利的基本功能，着眼于可降低成本的专利和弥补缺陷的专利，找出这两类特殊专利在产品技术生命周期中的分布情况，据此判断产品技术是处于成熟期还是衰老期[6]。

1.3 基于文献的技术成熟度识别

文献法同样以TRIZ作为理论基础，相关技术成熟度识别应用主要集中在以下三点：

（1）通过文献中关键词分析产品技术成熟度：当产品技术相关文献中的关键词由描述产品技术一般特性转向描述材料特性、工艺特性，或转向实施系统特性分析时，表明产品技术开始步入成熟阶段[7]；

（2）通过比较期刊论文与会议论文数量来分析产品技术成熟度：当会议文献数量多于期刊文献时，表明产品技术还处于人们的争论之中，技术远未接近成熟；而当期刊论文数量开始多于会议论文时，技术开始逐渐接近成熟[8]；

（3）2003年，Martino[9]根据不同研发阶段科技文献性质及数量变化的特点，画出了产品技术的各类文献数量的变化曲线图。在基础研究阶段上，SCI的论文数量由少到多、逐渐下降；在试验开发阶段上，专利数量经历了与前述相同的变化阶段。在专利数量变化过程中，若发明专利数量开始下降，而外观设计开始增加，则表明技术步入成熟期。

上述基于文献计量的研究方法均具有一定的参考性，但在实际操作过程中耗时长，检索精度易受人为因素影响，且各项技术应用领域不同，难以找寻规律。

2 以CT为例：基于专利计量法的技术成熟度识别

研究对美国科学情报研究所（ISI）发布的德温特专利数据库（Derwent Innovation Index，DII）进行检索，限定专利申请年限为1978～2013年，获得专利申请总量曲线及年度变化曲线如图1～2所示。

图 1 全球CT专利申请数量累计增长曲线

图 2 全球CT专利申请数量年度变化曲线

根据原始数据显示，目前CT专利申请依旧处于高增长态势，自2008年起，全球每年CT专利申请数量持续超过1200件，就其总量态势而言，可以初步判断目前CT设备发展正处于成长期内。此外，根据增量同比分析，CT专利申请的增速峰值主要出现在1984年、1999年及2002年，另自2005年以来，同比数据持续降低，直至2013年出现猛增，考虑到专利自申请至公开存在一定延迟，该年数据仅供参考。

研究综合考虑全球CT专利申请趋势及CT设备发展历程，以此进行技术成熟度识别，将CT生命周期划分为以下四个阶段：

（1）婴儿Ⅰ期（1978～1983年）：这一阶段相关专利申请数量始终保持在个位数。设备技术特点符合第一、第二代CT特征，采用旋转/平移扫描模式，应用范围多局限于头颅，不适用于运行性较大的器官；

（2）婴儿Ⅱ期（1984～1998年）：这一阶段CT专利申请数量增速较为稳定，单年度申请数量从十余件上升至五十余件，累计申请近五百件。验证这一阶段起始的标志性创新事件是1985年滑环技术（Slip-ring Technology）的研制成功及1989年单螺旋CT（Spiral CT）的诞生，旋转/旋转扫描模式是第三、第四代CT的重要特征，其扫描周期控制在5 s以内，扫描伪影大为减少。

（3）成长Ⅰ期（1999～2001年）：1999年CT专利申请数量与上一年度相比增长70%，此后单年度CT专利申请数量突破百件。验证这一阶段起始的创新标志性事件是2000年GE、Philips、Siemens、Toshiba等公司相继推出16排螺旋CT，这一技术更新使CT设备真正实现了扫描中体素采集的各向同性；

（4）成长Ⅱ期（2002～2012年）：2002年CT专利申请数量与上一年度相比增长83%，全球CT专利申请累计数量超过1000件，验证这一阶段起始的标志性创新事件是2002年美国GE公司推出了e-Speed电子束CT，将扫描速度提升至多层螺旋CT的8-10倍，扫描周期仅需50 ms[1]，第五代CT的问世成功解决了心脏动态扫描问题，并且结合了多层螺旋CT的多种图像重建和后处理技术，使得图像质量大幅提升，由于这一技术与多层螺旋CT硬件结构上发生了变化，因而研究将其定义为Ⅱ期。

这一阶段内多层螺旋CT也得到了长足的发展，2004年北美放射年会上推出了64排CT（亦称“容积CT”），其重要贡献在于解决了更快的扫描速度、更大的覆盖范围与更薄层厚的采集三者兼容[10]。

需要特别注意的是，根据CT发展历史表现来看，单一生命周期阶段内可能出现多次2～3年的增速放缓现象，由于2005～2012年的增速放缓持续较久，研究认为CT技术已然发展至另一个阶段，就近年来产业界对双源CT与能谱CT的研发投入及客户需求等市场表现情况而言，2005～2012年间CT技术应当处于研发瓶颈状态，而非成熟表现，2013年的猛增数据极有可能是新一代突破性技术诞生的表现。

单一生命周期阶段内的多次增速放缓现象也表明在CT设备技术发展的“大S”曲线下，是由各阶段多种技术的“小S”曲线跃迁而成，如婴儿期下包含了单排、双排、4排、8排四种CT技术从胎儿期-婴儿期-成长期-成熟期-衰老期的完整生命周期，而在8排CT进入衰老期的同时，也开启了16排CT的胎儿期时代，S-曲线族示意图如图3所示。

图 3 技术成熟度S-曲线族示意图

3 技术成熟度评价对医学装备采购的指导意义

中国专利法规定可以获得专利保护的发明创造有发明、实用新型和外观设计三种，其中发明专利是最主要的一种。根据我国专利法实施细则，发明是指“对产品、方法或其改进所提出的新的技术方案”；实用新型专利又称为“小发明”或“小专利”，是指“对产品的形状、构成或者其组合所提出的适用于实用的新的技术方案”，其创造性及技术水平低于发明专利；而外观设计专利是指“对产品的形状、图案、色彩或者其结合所做的富有美感并适于工业上应用的新设计”，它与发明或实用新型完全不同，即外观设计不是技术方案。

专利申请人情况可以很好地反映产品市场竞争情况，因而研究通过我国国家知识产权局互联网检索数据库平台，对1985～2013年间发明专利及实用新型专利申请人进行了检索，获取如下排名：① 东芝；② 通用；③ 西门子；④飞利浦，其余厂家申请专利均不足50件。

从上述检索结果不难看出，CT研发产业存在着高垄断性，据相关报道[11]，在相对垄断的市场格局下，跨国公司在制定产品价格时，通常会参考竞争对手的同行价格，在少数厂家形成的行业中，企业之间形成了定价默契；诸如CT这类需要投资巨额研发成本，且受专利保护、价格弹性小的产品常会采用撇脂定价策略。撇脂定价法（Marketskimming Pricing），又称高价法或吸脂定价，即在产品刚刚进入市场时将价格定位在较高水平，在竞争者研制出相似产品前，尽快收回投资，并取得相当的利润；然后随着时间的推移，再逐步降低价格使新产品进入弹性大的市场。

研究认为，与医学装备技术成熟度呈现S-曲线族相反，撇脂决策下的产品定价呈现反S-曲线，以医院等级进行简略划分，当产品处于婴儿期时，技术概念新颖，易形成科研热潮，但产品性能未必最优，价格更是泡沫虚高，无论是从资金投入角度出发，还是就面对不成熟产品的调度与应对能力而言，都较为适合于融医、教、研于一体的三级甲等综合性医院；当产品技术发展进入成长期时，性能通常有所提升，市场上出现竞争品牌，此时厂家面对已安装一代产品的客户常会提出低价、甚至免费升级建议，其他三级医院和部分二甲医院可在这一阶段规划采购；当产品技术发展进入成熟期，性价比会达到最优，此时是大多数二级医院规划采购的最佳时机。

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Analysis of CT Technology Development and Maturity Based on TRIZ Technology Evolution

CHEN Ying, Bi Fan, LI Bin
Department of Medical Equipment, the 6thPeople’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200233, China

Objective To evaluate the CT (Computed Tomography) technology maturity on the basis of evolution patterns and S-curve forecasting tools in TRIZ theories so as to propose suggestions for the time of CT procurement. Methods The study made a comprehensive review of TRL-based, patent-based and literature-based technology maturity evaluation methods through literature search and review. It also took the patent measurement as an example to divide the life cycle of CT and evaluate its technology maturity. Results According to the patent number - time curve, CT was currently in the growth stage. And the S-curve of a single technology could constitute the S-curve of a whole technology in certain category via transitions. The ranking of patent applicants could be used to determine the situation of marketing competition. The study indicated that most CT suppliers used the skimming pricing decisions. Conclusion Through verifi cation of the technical features of the fi rst to the fi fth generation CT, the patent measurement proved its effectiveness in technology maturity evaluation. And its result was helpful for various medical institutes to make a choice of the best and performance/price-balanced procurement time that were suitable for their development planning.

TRIZ; patent measurement; technology maturity; computed tomography

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.003

1674-1633(2015)05-0010-04

2014-12-08

李斌，（教授级）高级工程师，硕士研究生导师。作者邮箱：18930172423@189.cn