基于专利文献的磁共振匀场技术成熟度分析研究

储呈晨，李斌，季智勇，王源冰，肖顺

1. 上海交通大学附属第六人民医院 医学装备处，上海 200233；2. 上海交通大学 中国医院发展研究院医院经营研究所，上海 201306

引言

磁共振成像设备的现实生产、装配以及使用过程等因素都不可避免的影响磁体的均匀度，为了得到满意的主磁场均匀度，需要对装配后磁体的磁场进行校正即匀场[1-3]。磁共振成像过程中，主磁场不均匀将会导致产生的图像模糊或者错位、加大对中心频率敏感序列的伪影等现象，进而致使临床无法诊治患者[4]。为了使磁共振成像设备图像得到保障，需要使用先进的匀场技术。国家重点研发计划数字诊疗装备研发重点专项部署了一系列医学影像领域的关键核心技术和部件，如磁共振的梯度线圈、功率放大器、匀场技术等，以实现高端医学影像设备的自主可控。技术战略是企业长期发展的生命线，根据技术发展趋势从而制定相应战略[5-6]，技术成熟度评价是反映技术发展状态和发展趋势的重要工具，上海市医疗设备器械管理质量控制中心于2015年开展医疗器械领域技术成熟度研究[7]。专利文献可用来表征技术研发水平，在一定程度上判断技术生命周期、预测技术成熟度。本文利用专利文献对匀场技术进行技术成熟度分析，探讨相关技术的发展趋势，为我国突破国外技术封锁、为相关部门领导决策提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 专利指标法

专利文献数据是科研产出数据的主要表现形式之一，基于专利文献在不同周期的指标特征判断技术的成熟度阶段。在技术婴儿期（技术萌芽期），专利方面以发明专利为主，并且专利的申请人数量较少，且增长缓慢。成长期，专利类型一般为发明专利，专利数量和申请人数量都在激增。成熟期，专利和申请人数量缓慢，类型转为实用新型专利，专利密度达到最大。衰退期，专利和申请人数量都呈负增长，类型主要是外观设计类专利。

实施专利指标法的步骤为：① 计算技术生长率（v）、技术成熟系数（α）、技术衰老系数（β）和新技术特征系数（N）四个指标；② 分析各个指标历年的变化趋势；③ 判断该技术所处的成熟度阶段[5]（表1）。

表1 专利指标

技术生长率（v）为某技术领域当年的发明专利申请量或授权量占追溯特定时间段该技术领域的发明专利申请累积量或授权累积量的比率，A为追溯特定时间段该技术领域的发明专利申请累积量或授权累积量，见式(1)。

技术成熟系数（α）为某技术领域当年的发明专利申请或授权量占该技术领域发明专利和实用新型专利申请或授权总量的比率，b为该技术领域当年实用新型申请量或授权量，见式(2)。

技术衰老系数（β）为某技术领域发明专利和实用新型专利申请或授权量占该技术领域发明专利、实用新型和外观设计专利申请或授权总量的比率，c为该技术领域当年外观设计专利申请量或授权量，见式(3)。

新技术特征系数（N）由技术生长率和技术成熟度系数推算而来；以a为该技术领域当年发明专利申请量或授权量，见式(4)。

1.2 技术生命周期S曲线

技术从产生到退出市场，被新的技术所替代，是技术的生命周期，S曲线是判断技术生命周期的方法之一[6-8]。S曲线认为一项技术的发展过程，遵循一定的规则轨迹，经历萌芽期、成长期、成熟期、衰退期，故又有“成长曲线”之称，也称为“技术生命周期四阶段理论”。Garter提出Hype Cycle曲线理论，认为典型的新技术从出现到成为主流技术并不是简单上升的，而是经过一个相对曲折的过程。该过程分为5个典型阶段：触发期、期望膨胀期、幻灭期、复苏期、成熟期，称为Hype Cycle[9]。Hype Cycle五阶段论与“S”曲线四阶段论存在着一定的联系。Hype Cycle为两段“S曲线构成，“转折期”为两段S曲线的分界点。通过这一对应转化过程，可弥补“四阶段论S曲线”对技术生命周期划分不够细致的问题。常用的S曲线数学模型主要有Logistic模型和Gompertz模型，应用较多的是Logistic模型，关于t的函数，见式(5)。

其中，y表示某技术的专利累积申请量，k、α和β为常数，t为时间，β为t50的值，记a为t10至 t90所需的时间，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，一般认为，t10为萌芽期，t10至t50为成长期，t50至t90为成熟期，t90之后为衰退期[5,10]。

2 结果

以“磁共振匀场技术”为主题词，在中国知网数据库进行检索，共检索出发明公开、实用新型、发明授权三类专利320件，剔除发明授权37件（与发明公开申请重复）。根据检索出的专利结果对磁共振匀场技术中国专利技术成熟度进行分析。

2.1 专利指标法分析

考虑专利公开和专利授权公开时间较申请日期有1～3年左右时间的审核期，因此，本以专利申请日期作为专利技术形成时间，对中国知网专利数据库进行统计。统计该技术领域当年发明专利申请量、追溯5年时间内该技术领域的发明专利申请累积量、当年实用新型申请量、外观设计专利申请量等指标，见表2。

根据表2的数据计算技术生长率（v）、技术成熟系数（α）、技术衰老系数（β）、新技术特征系数（N）见图1，根据图1各指标的变化趋势，判断磁共振匀场技术所处的技术成熟度阶段。

表2 2005—2020年磁共振匀场技术相关专利数量（件）

技术生长率在2009年前交替缓慢增长，技术成熟度系数不变，因此，磁共振匀场技术中国专利处于萌芽期（婴儿期）；2010—2012年技术生长率和技术成熟度系数增幅明显，因此，匀场技术处于成长期；2013年以后技术生长率和技术成熟度系数有减缓趋势，可认为2013年磁共振匀场技术进入成熟期，截至2020年，技术衰老系数一直维持不变，可认为匀场技术仍处于成熟期，尚未进入衰老期，见图1。

图1 基于专利指标法磁共振匀场技术成熟度分析

2.2 技术生命周期S曲线

利用Loglet Lab软件对磁共振成像设备匀场技术的专利申请量数据拟合出Logistic曲线，Logistic关键参数为k、A/年t50、r、R2和P值，其对应的统计量分别为367、13.7、2016、0.321、0.996和2.13×10-21可以判断其生命周期的各个阶段，根据拟合出的生命周期曲线进行技术成熟度评价（图2）。统计学参数显示，P＜0.01模型通过显著性检，R2=0.996拟合优度极佳。

图2 基于专利数据的匀场技术的技术生命周期S曲线

由拟合出的S曲线式(6)可知t1=2002，t10=2009，t50=2016，t90=2023，t99=2031，因此， 根据 S曲线预测2002—2009 年为匀场技术的萌芽期，2010—2016年为成长期，2017年进入成熟期，预计至2023年仍处于成熟期，预测2024年之后为衰退期，2031年需要新技术革新。

3 讨论

王山等[6]对技术生命周期判断方法进行了研究综述，目前相关学者利用S曲线法对3D打印技术、射频识别技术、石墨烯技术、车联网产业技术、电信技术、石油产业二氧化碳注入技术、3D 电视技术等相关技术[10-13]进行发展现状及发展趋势研究。利用技术生命周期判断方法对医学装备领域进行技术预测和专利战略方面鲜有研究。从专利文献分析可知，专利申请量前3的机构分别是西门子迈迪特（深圳）磁共振有限公司（7%）、德国西门子公司（6%）和上海联影医疗科技有限公司（5%）。2009年沈阳东软波谱磁共振技术有限公司申请了匀场孔板磁场调试系统的专利标志者中国匀场技术进入成长期；同期西门子迈迪特(深圳)磁共振有限公司的一批中国专家也申请了一系列专利；随后至2012年，奥泰医疗系统有限责任公司、苏州安科医疗系统有限公司、宁波鑫高益磁材有限公司、深圳市贝斯达医疗器械有限公司、上海联影医疗科技有限公司先后申请了匀场技术相关专利[14-20]，2018年苏州朗润医疗系统有限公司公开了“基于三维梯度双回波的动态匀场方法”的专利，至此国内主要磁共振生产厂家均申请了匀场技术相关专利，表明磁共振匀场技术进入到成熟期。

4 结论

本文对磁共振匀场技术专利进行数据分析和挖掘，判断技术生命周期，反映技术发展状态和未来发展趋势，利用专利指标法和技术生命周期S曲线法进行磁共振匀场技术成熟度分析研究。本文采用计量法中的专利指标法进行技术生命周期判断，采用模型化法中的技术生命周期S曲线进行技术程度预测，均得出磁共振匀场技术目前处于成熟期的结论。两者结论的不同之处在于专利指标法提示在2013年进入成熟期，而S曲线结果表明在2016年进入成熟期；两者结论相同之处在于提示2010年进入成长期。考虑到专利指标法的优势是数据易于采集分析，劣势在于对技术生命周期的各阶段关键时间点的划分需要主观判断，而S曲线法依赖于技术发展规律并模型化，不仅可以判断不同时期的技术成熟度，也可预测技术发展的趋势。未来技术成熟度分析的方向倾向于定量分析为主，定性分析为辅的发展趋势，因此，本来采用专利指标法和技术生命周期S曲线相结合的分析方法进行技术成熟度分析，后期将关注深层次的文本挖掘、机器学习等提高技术生命周期判定准确性的方法。通过本文采取的技术生命周期判断、技术成熟度预测的方法应用于医学装备领域，可用于企业或政府相关部门的技术预测，优先发展技术选择决策，确定重点技术领域、扶持新兴技术、完善成熟技术、淘汰衰退技术，具备实用价值。