磁共振成像重点技术的识别及我国竞争力研究——基于专利视角

蒿巧利，赵晏强，李印结

1. 中国科学院武汉文献情报中心，湖北 武汉 430071；2. 科技大数据湖北省重点实验室，湖北 武汉 430071

引言

磁共振成像作为医学影像主要的检查手段之一，因其良好的软组织分辨力、多平面多参数成像、无需对比剂、无辐射等优势[1-3]受到医生和患者的青睐。但我国磁共振成像设备核心零部件长期依赖进口，国内市场90%以上被通用电气、飞利浦、西门子等外企瓜分，导致我国人均设备量不及美国1/6，磁共振成像检查费用居高不下，究其根源在于技术研发和知识产权落后[4]。通过分析医用磁共振成像专利，毕帆等[5]、储呈晨等[6]发现全球在磁体、梯度、射频线圈和成像等领域发展很快，我国在计算机数据采集和图像重建、射频系统等领域专利申请活跃，但磁体系统和梯度系统专利申请量少，技术突破难度较大；骆清铭等[7]指出我国核磁共振专利申请量世界第二，但创新能力较弱；贾晶晶[8]指出我国近年来磁共振成像专利申请大幅增加。

本文侧重磁共振成像重点技术的定量识别和竞争力研究，通过全球专利数据的社会网络分析，识别磁共振成像的重点技术方向，降低识别的主观性；运用现有技术积累、创新活跃度、技术输出能力、PCT申请、高被引专利等指标，分析我国在重点技术方向竞争力，以期为我国磁共振成像设备跨越发展提供支撑。

1 数据与方法

1.1 数据来源

德温特专利数据库支持标题、摘要、国际专利分类（International Patent Classification，IPC）代码等多字段精确检索，是权威的专利引文索引数据库[9]。在该数据库中，将时间限定为2001—2021年，通过主题词和IPC代码组合检索，共获得磁共振成像专利数据45579条。检全率由检索式的完备性来保证，并通过特定数据集的覆盖率进行评估；检准率通过剔除无关记录来保证，并通过数据抽检进行评估。

1.2 社会网络分析法

利用社会网络分析软件UCINET，通过中介中心性、度中心性等指标衡量节点在网络中的重要性，可以识别某一领域重点技术[10-11]。

1.2.1 中介中心性

衡量社会网络中某一行动者作为中介者的能力。中介中心性越高，中间人的作用越明显，对资源流通的控制能力越强。

1.2.2 度中心性

衡量社会网络中与某一行动者直接相连的节点个数。度中心性越大，越能影响其他节点的活动，越在网络中处于中心位置。

1.3 多维数据综合分析法

基于多维专利指标，分析重点技术领域我国竞争力。

1.3.1 现有技术规模

基于专利数量的现有技术规模是技术实力的直接体现。虽然专利质量不同对生产率的贡献大小不同，但从统计学来讲专利数量依然与生产率、技术实力等正相关[12-13]。

1.3.2 创新活跃度

专利年度增长反映技术创新活跃度，专利年度增长越大创新活跃度越高；年度活跃发明人反映技术研发热度，年度活跃发明人中新出现的发明人越多，技术创新活跃度越高[14]。

1.3.3 技术输出能力

从内生增长理论出发，技术输入和输出均有利于经济长远发展。然而研究表明能显著促进科技创新水平提升的是技术输出而非技术输入[15-16]。

1.3.4 PCT申请

PCT体系申请旨在寻求多国保护，但其有申请程序复杂、获得专利权时间延迟、申请成本高等缺点[17-18]，因此往往具有较高价值的专利申请才通过PCT体系进行。通常PCT申请越多，技术创新能力越强。

1.3.5 高被引专利

文献引用反映技术发展的继承性和关联性，高被引专利具有较高的技术重要性[19]，被引频次与价值正相关[18,20-21]。某地区持有高被引专利越多，技术创新能力越强。

2 重点技术领域识别

表1是专利数量大于2000件的IPC分类号及其含义。虽然IPC分类（相比于德温特专利分类）更侧重按技术内容分类，但是IPC分类并不总与某一技术主题相对应；即便对应，IPC分类含义也可能与科学界公认的技术范畴存在差异。

表2为表1中IPC分类号对应的度中心性和中介中心性。分类号G01R-033/48（核磁共振图像系统）、G01R-033/28（电动式磁强计）、G01R-033/56（图像增强或修正）直接与技术主题相对应，中介中心性较大，对网络信息流通的控制能力较强，为磁共振成像领域关键技术。同时其度中心性较大，在技术网络中处于中心位置，是磁共振成像领域主要技术。因此判断核磁共振图像系统、电动式磁强计、图像增强或修正为磁共振成像领域的三个重点技术。

表1 专利数量大于2000件的IPC分类号及其含义

表2 中介中心性排前20的IPC分类号及其对应专利的中心性数据

3 重点技术领域我国竞争力分析

3.1 核磁共振图像系统

3.1.1 现有技术规模

图1为主要地区专利申请量及全球占比情况。美国申请专利1962件，约占全球申请的44%，排名世界第一；日本申请专利972件，约占全球申请的22%，排名世界第二；中国、德国、欧洲分别申请专利633件、594件、498件，分别约占全球申请的14%、13%、11%。总体来说，美国最强，日本与中国、德国、欧洲处于第二梯队，日本又明显强于中国、德国、欧洲。中国虽具有一定积累，但实力并不突出。

图1 核磁共振图像系统主要地区专利申请量及全球占比

3.1.2 创新活跃度

图2为主要地区专利申请趋势。美国、日本、德国、欧专局研发起步最早，中国研发起步稍晚。从专利年度增长来看，2004—2014年间美国年度专利增长一直大幅领先，2014年开始其年度专利增长转为负数。同年，中国和欧专局年度专利开始大幅增长，难分伯仲。由此可以大致判定中国、欧专局近几年技术创新活跃度最高。结合图3的中国和欧专局基于年份的活跃发明人数量来看，中国、欧专局每年均有大量新的人员投入核磁共振图像系统的研发，表明该领域为热点研发领域。从研发人员的保有量来看，相比于欧专局，中国的发明人总量和已出现的发明人数量稳定增长，拥有稳定增长的技术创新队伍，比欧专局的技术创新活跃度要高。

图2 基于时间的主要地区年度专利申请数量（核磁共振图像系统）

图3 基于年份的美国、中国、欧专局活跃发明人数量（核磁共振图像系统）

3.1.3 技术输出能力

图4为主要地区技术输出情况。美国、欧专局、德国对本土以外其他6个地区均存在技术输出：美国总专利输出达到621件，对欧专局以外的5个地区存在专利顺差；欧专局总专利输出为159件，对本土以外包括美国在内的其他6个地区均存在专利顺差；德国总输出专利相对较少（45件），对美国和欧专局均存在专利逆差。其他国家中，中国、日本、加拿大、韩国专利输出分别为21件、15件、7件和1件。总体来说，美国的技术输出能力最强，欧专局次之，德国第三。

图4 核磁共振图像系统主要地区技术输出

3.1.4 PCT申请

图5为主要地区PCT申请情况。美国、欧专局、日本、中国是提出PCT申请的主要地区，美国PCT申请的数量占比高达全球的约56%，欧专局、日本、中国PCT申请均接近全球的1/5。

图5 核磁共振图像系统主要地区PCT申请对比

3.1.5 高被引专利

根据二八定律，最重要的专利只占20%，将核磁共振图像系统的专利文献按照被引频次高低选取前20%进行技术来源地分析，得到主要地区高被引专利占比（图6）。美国排名第一，持有高被引专利436件，约占高被引专利总体的41%；日本排名第二，持有高被引专利254件，约占高被引专利总体的24%；欧专局和德国分别排名第三和第四，持有高被引专利118和101件，约分别占高被引专利总体的11%和10%。中国排名第五，持有高被引专利86件，约占高被引专利总体的8%。

图6 核磁共振图像系统主要地区高被引专利对比

根据上述5项指标将美国、中国、欧专局进行粗略排名，并通过综合研发实力雷达图进行直观展示（图7）。美国除技术创新活跃度排名第二外，其他4项均排第一；欧专局除现有技术规模较小以外，其他项均表现不俗。中国技术创新活跃度全球第一，现有技术规模全球第三，技术输出能力、PCT申请、高被引专利3项竞争力较弱。

图7 核磁共振图像系统美国、中国、欧专局综合研发实力雷达图

3.2 电动式磁强计

3.2.1 现有技术规模

图8为主要地区专利申请量及全球占比情况。美国申请专利964件，约占全球申请的40%，排名世界第一；日本申请专利602件，约占全球申请的25%，排名世界第二；德国、中国、欧洲分别申请专利392件、264件、261件，约分别占全球申请的16%、11%、11%。总体来说，美国的现有技术规模最大，日本次之，中国一般。

图8 电动式磁强计主要地区专利申请量及全球占比

3.2.2 创新活跃度

图9为主要地区专利申请趋势。日本年度专利申请整体呈下降趋势；美国和德国自2009年后（特别是2012年后）年度专利申请出现短暂增加，2014年后下降趋势明显；中国自2010年后年度专利申请的增长趋势最为明显；欧专局和加拿大的年度专利申请变化不大。由此，可以大致判定近年中国技术创新活跃度最高，美国第二。结合图10即基于年份的活跃发明人数量来看，近年中国在新增人员和研发人员保有量两方面均稳定增长，拥有稳定增长的技术创新队伍；美国的新增人员和研发人员保有量一直保持在较高水平，但增长趋势不明显；欧专局在新增人员和研发人员保有量方面波动较大。

图9 基于时间的主要地区年度专利申请数量（电动式磁强计）

图10 基于年份的美国、中国、欧专局活跃发明人数量（电动式磁强计）

3.2.3 技术输出能力

图11为主要地区技术输出情况。日本总专利输出119件，对本土和加拿大以外的4个地区存在技术输出；美国总专利输出82件，对本土以外其他5个地区均存在技术输出，且对欧专局以外的4个地区存在专利顺差；中国和德国总专利输出分别为65和61件，二者均对本土和加拿大以外的4个地区存在技术输出；加拿大和欧专局专利输出分别为29和11件。总体来说，日本的技术输出能力最强，美国次之，中国、德国稍弱。

图11 电动式磁强计主要地区技术输出情况

3.2.4 PCT申请

图12为主要地区PCT申请情况。美国、欧专局、中国、日本、加拿大、德国是提出PCT申请的主要地区。美国PCT申请约占全球的55%，欧专局、中国和日本的PCT申请约分别占全球的22%、13%和13%。

图12 电动式磁强计主要地区PCT申请对比

3.2.5 高被引专利

图13为主要地区高被引专利占比。美国排名第一，持有高被引专利297件，约占高被引专利总体的48%；日本排名第二，持有高被引专利89件，约占高被引专利总体的14%；欧专局和德国分别排名第三和第四，持有高被引专利69和36件，约分别占高被引专利总体的11%和6%；中国排名第五，持有高被引专利26件，约占高被引专利总体的4%。

图13 电动式磁强计主要地区高被引专利对比

根据上述5项指标将美国、中国、欧专局进行粗略排名，并通过综合研发实力雷达图进行直观展示（图14）。美国除技术创新活跃度、技术输出能力排名第二外，其他三项均排第一；欧专局的PCT申请排名第二，高被引专利和技术创新活跃度均排名第三，技术产出规模和技术输出能力排名相对靠后。中国技术创新活跃度全球第一，PCT申请和技术输出能力均排名第三，技术产出规模和高被引专利两项竞争力较弱。

图14 电动式磁强计美国、中国、欧专局综合研发实力雷达图

3.3 图像增强或修正

3.3.1 现有技术规模

图15为主要地区专利申请量及全球占比情况。美国申请专利1225件，占全球申请的48%，排名世界第一；中国申请专利483件，占全球申请的19%，排名世界第二；德国、欧专局和日本分别申请专利424件、306件、257件，分别占全球申请的17%、12%和10%。总体来说，美国最强；中国排名第二，与美国差距明显，相对于德国、欧专局等优势不大。

图15 主要地区专利申请量及全球占比（图像增强或修正）

3.3.2 创新活跃度

图16为主要地区专利申请趋势。2005年后（特别是2011年后）主要地区的年度专利申请数量均明显增长。其中美国的增长幅度最大，中国第二，欧专局第三。由此，可以大致判定美国技术创新活跃度最高，中国次之，欧专局第三。结合图17的基于年份的活跃发明人数量来看，美国、中国和欧专局在新增人员和研发人员保有量两方面均呈现增长趋势，均拥有不断增长的技术创新队伍。比较来讲，美国人员的增长幅度最大、稳定增加趋势最明显，中国次之，欧专局第三。

图16 基于时间的主要地区年度专利申请数量（图像增强或修正）

图17 基于年份的美国、中国、欧专局活跃发明人数量（图像增强或修正）

3.3.3 技术输出能力

图18为主要地区技术输出情况。日本总专利输出139件，其中119件的输出地为美国；中国总专利输出114件，对本土和加拿大以外的其他4个地区均存在技术输出且均表现为专利顺差；美国总专利输出77件，对本土和韩国以外的其他4个地区均存在技术输出；德国和韩国总专利输出分别为69和62件；欧专局和加拿大总专利输出分别为39和21件。总体来说，日本的技术输出能力最强，中国次之，美国、德国、韩国等又弱于中国。

图18 主要地区技术输出情况（图像增强或修正）

3.3.4 PCT申请

图19为主要地区PCT申请情况。美国、中国、欧专局、日本、加拿大等是提出PCT申请的主要地区。美国PCT申请约占全球的63%，中国PCT申请约占全球的23%，欧专局、日本和加拿大的PCT申请约分别占全球的18%、13%和11%。

图19 主要地区PCT申请对比（图像增强或修正）

3.3.5 高被引专利

图20为主要地区高被引专利占比。美国排名第一，持有高被引专利252件，约占高被引专利总体的36%；中国、德国和欧专局分别排名第二、第三和第四，持有高被引专利117、84和77件，约分别占高被引专利总体的17%、12%和11%；其他地区，日本、韩国和加拿大分别持有高被引专利58、35和31件。

图20 主要地区高被引专利对比（图像增强或修正）

根据上述5项指标将美国、中国、欧专局进行粗略排名，并通过综合研发实力雷达图进行直观展示（图21）。美国除技术输出能力排名第三外，其他4项均排名第一；欧专局的技术创新活跃度和PCT申请排名第三，现有技术规模和高被引专利排名第四，技术输出能力排名第六，整体竞争力较弱。中国5项指标均排名第二，技术输出能力强于美国，整体竞争力较强。

图21 美国、中国、欧专局综合研发实力雷达图（图像增强或修正）

4 讨论与总结

本文以磁共振成像技术为研究对象，基于德温特专利引文索引，首先利用UCINET软件开展社会网络分析，借助专利记录数量、度中心性、中介中心性等指标，识别出G01R-033/48（核磁共振图像系统）、G01R-033/28（电动式磁强计）、G01R-033/56（图像增强或修正，如减法或平均技术）3个重要技术方向。接着，借助现有技术规模、技术创新活跃度、技术输出能力、PCT申请、高被引专利等5个指标，依次研究我国在3个重点技术方向的综合表现。

在核磁共振图像系统和电动式磁强计两个领域中国的竞争力较弱，存在较大的被卡脖子风险：① 核磁共振图像系统。技术创新活跃度全球第一，现有技术规模全球第三，PCT申请、高被引专利、技术输出能力等3项排名靠后；② 电动式磁强计。技术创新活跃度全球第一，PCT申请和技术输出能力均排名全球第三，技术产出规模和高被引专利两项排名靠后。建议加强以上2个领域的研发，在逐步扩大技术规模的同时，重视培育高价值专利[22]，重视专利技术[23]的输出。

在图像增强或修正领域中国的竞争力仅次于美国。5项指标均排名第二，技术输出能力强于美国。建议加强研发逐步缩小与美国的差距，并通过有效实施专利战略[24-25]，增强核心竞争力。