張犁朦，汪凱，汪勇

安徽省科學技術情報研究所，安徽 合肥230088

數(shù)字X線全景圖像生成技術專利分析

張犁朦，汪凱，汪勇

安徽省科學技術情報研究所，安徽 合肥230088

為了促進我國口腔醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展，了解數(shù)字X線全景圖像生成技術發(fā)展現(xiàn)狀。本文針對數(shù)字X線全景圖像生成技術開展專利分析研究，通過分析全球及國內(nèi)專利的發(fā)展趨勢、主要申請人分布以及不同技術分支的專利布局特點，對產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)現(xiàn)狀進行梳理。并且通過對數(shù)字X線全景圖像技術等重點技術分支的深度解析，制作技術功效矩陣，給出相應技術分支研發(fā)建議和專利布局建議，為我國口腔醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供意見和建議。

全景圖像；數(shù)字化；專利分析；技術發(fā)展方向；技術功效矩陣

引言

20世紀以來，隨著口腔醫(yī)學的不斷發(fā)展，與之密切相關的影像學技術也得到了長足的進步。全景圖像掃描作為口腔X線診斷的重要方式，越來越多的被應用在臨床研究上[1]。全景口腔X射線機利用不同組織對X射線吸收不同的原理，根據(jù)患者頜骨弧線通過步進電機調(diào)整成像軌跡，患者位置不動，X光探測器繞患者臉部旋轉(zhuǎn)，一次成像，并通過圖像分析綜合生成牙床全景圖，為醫(yī)生提供診斷信息[2-3]。

國外的一些知名醫(yī)療器械公司都擁有自主知識產(chǎn)權的口腔X射線全景成像產(chǎn)品，主要包括日本富士公司的FUJI CR系統(tǒng)、德國西門子公司的SIDEXIS系統(tǒng)和Sirona數(shù)字化全景X光機、美國GE公司light speed 64層螺旋機等[4-5]。相比之下，國內(nèi)公司在該技術領域起步較晚，但市場潛力巨大，發(fā)展勢頭較好[6]。

本文圍繞數(shù)字X線全景圖像生成技術，選擇2001年～2015年間的全球發(fā)明專利作為分析樣本，開展數(shù)字X線全景圖像生成技術的研究[7]。通過分析全球及國內(nèi)專利的發(fā)展趨勢、主要申請人分布以及不同技術分支的特點，對產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)及專利布局提出意見和建議[8-9]。

1 數(shù)字X線全景圖像生成技術全球發(fā)展態(tài)勢分析

圖1說明了近年來數(shù)字X線全景圖像生成技術全球?qū)＠l(fā)展趨勢，可大致分為3個發(fā)展階段[10]：

2001年～2004年，基本上處于低位盤整；在這個階段專利年申請量約為十余件，主要布局集中在日本、美國和德國等國家。主要申請人大多集中在德國和日本。

2005年～2009年，隨著口腔診斷技術和圖像處理技術的發(fā)展，專利申請量大幅增長；在2006年發(fā)明專利申請量出現(xiàn)階段性高峰54件，雖然隨后有所起伏，但2009年回升明顯。該階段，雖然專利大多仍然集中在日本和美國，但是韓國、中國的專利申請量逐漸上升，說明該階段新興國家和新興市場逐漸受到大家的關注，而新興市場主體的研發(fā)實力也得到長足的進步，越來越多的申請人在韓國、美國和芬蘭集中。

2009至今，專利申請量緩慢下降。雖然該階段中2012年的專利申請量有所回調(diào)，但整體波動趨勢向下。在這個階段里，雖然美國仍是專利公開第一的國家，但中國和韓國作為新興市場的代表，專利公開量較為集中。與之對應，中國、韓國和意大利的專利申請人也逐漸集中，研發(fā)實力的增長較為突出。

圖1 數(shù)字X線全景圖像生成技術全球?qū)＠l(fā)展趨勢

2 數(shù)字X線全景圖像生成技術國家專利競爭力分析

圖2示出了數(shù)字X線全景圖像生成技術主要專利公開國家/地區(qū)的分布情況[11]。選取排名靠前的國家/地區(qū)進行分析，按照申請量由多到少的順序依次是日本、美國、WIPO、EPO、韓國、中國、德國和芬蘭。其中日本專利公開量占總量的21%，美國占20%。值得一提的是，WIPO和EPO的專利申請量較大。上述情況一方面說明美國、日本、歐洲等國家/地區(qū)是專利的重點布局區(qū)域；另一方面也反映了該技術領域的海外專利布局意識較強。

圖2 數(shù)字X線全景圖像生成技術主要專利公開國家/地區(qū)分布圖

根據(jù)圖3的分析，我們將上述6個主要的專利公開國分成3類。

第一類是以日本和美國作為代表的傳統(tǒng)技術強國。上述兩個國家的專利申請總量占全球?qū)＠慕?1%。在過去的15年里，其專利數(shù)量的變化主要呈現(xiàn)以下幾個特點：

圖3 數(shù)字X線全景圖像生成技術主要專利公開國發(fā)展趨勢

（1）專利年申請量大。不管在哪個發(fā)展階段，與其他幾個國家相比，美國和日本的年申請量都占有絕對優(yōu)勢。

（2）發(fā)展趨勢各有特點。其中在2010年以前，美國和日本的發(fā)展趨勢類似，2004年前數(shù)量較少，在2005年～2009年迎來發(fā)展高峰。不同的是日本的專利在隨后出現(xiàn)明顯的下降趨勢，而美國的專利申請量則在2012年出現(xiàn)回升。其原因可能是因為日本作為該領域最大的技術優(yōu)勢國家，其專利數(shù)量大多是本國申請人申請，隨著該技術的不斷成熟，在全球?qū)＠找嫦禄拇筅厔菹?，日本的公司在該技術領域的專利產(chǎn)出也隨之減少。而美國的專利公開數(shù)量則是因為其作為全球最大的市場國，會有新興的技術研發(fā)公司不斷地在美國申請專利，從而造成2009年后專利數(shù)量并沒有出現(xiàn)明顯下降。

第二類是以韓國和中國作為代表的新興市場國家。上述國家的專利申請量占全球總量的20%左右。其專利申請量的變化特點主要是：專利發(fā)展沒有明顯的高峰和下降階段。在2005年以前專利數(shù)量都相對較少，而2006年以后出現(xiàn)較大增長。在主要研發(fā)國家近年來專利數(shù)量明顯減少的時候，上述國家并沒有出現(xiàn)明顯的變化，特別是中國，依然保持增長態(tài)勢。在2005年以前上述國家基本上沒有專利積累，2006年后可能是因為市場及消費需求的帶動出現(xiàn)專利的強勢增長，但在下文中的申請人分析中可以看到，韓國專利申請量的提升一大部分是由于其公司研發(fā)實力的增長；而中國并沒有明顯的研發(fā)類公司產(chǎn)生，其增長更多是由于市場因素。

第三類是以德國和芬蘭為代表的傳統(tǒng)技術強國。近15年來，在數(shù)字X線全景圖像生成技術領域的專利申請量較少，僅占全球?qū)＠暾埩康?%左右。其發(fā)展的主要特點是：

（1）技術研發(fā)存量較好。在該階段的前兩年這兩個國家都有專利儲備，特別是將視線拓展到更長年份跨度，與新興市場相比，上述國家在口腔CT領域都有較強儲備。

（2）近年來技術后續(xù)研發(fā)較弱。德國和芬蘭的專利申請在2010年后基本上沒有專利公開，可能上述國家的研發(fā)重點已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移。

（3）專利數(shù)量相對較少。與前面所述的幾類國家相比，德國和芬蘭的專利申請大多是作為技術研發(fā)的本國申請人提出，而全球別的國家并沒有將其作為市場國的布局需求。

3 數(shù)字X線全景圖像生成技術主要專利申請人分析

圖4展示的是數(shù)字X線全景圖像生成技術領域?qū)＠暾埲松暾埩颗琶闆r，全球范圍內(nèi)排名前10位的申請人全部是外國企業(yè)。其中日本的企業(yè)有5家，分別是排名第4的電視系統(tǒng)公司、排名第5的株式會社吉田制作所；排名第6的日本森田株式會社（morita），以及排名并列第10的axion公司和Japan science and technology corporation。韓國公司有2家，分別是排名第1的怡友公司和第8的生物技術公司；德國西諾德公司（sirona）排名第3；芬蘭的ajat公司排名第2、普蘭梅卡（planmeca）排名第8；法國公司trophy、意大利的cef l a排名第7。

從上述重點申請人分析中可以看到：① 口腔CT領域傳統(tǒng)的重點公司在全景圖像生成技術領域并不占絕對優(yōu)勢，例如，德國西諾德、芬蘭普蘭梅卡等公司排名較后，相比之下，新興的韓國怡友公司、芬蘭ajat公司在該技術領域研發(fā)實力較強；② 日本的研發(fā)實力雄厚，日本公司雖然沒有排名前三，但是這些公司中有一半都是日本公司，其中不乏口腔醫(yī)療的傳統(tǒng)公司森田，還包括AXION和電視系統(tǒng)公司等電子信息領域發(fā)展較好的公司；③ 韓國申請人雖然技術儲備的年代并不長，但是研發(fā)實力和發(fā)展勢頭強勁；④ 中國的重點公司與國外相比，研發(fā)實力還存在一定差距。

圖4 數(shù)字X線全景圖像生成技術全球主要專利申請人排名

4 數(shù)字X線全景圖像生成技術分類研究

全景圖像生成技術是口腔醫(yī)療領域電子控制技術和圖像處理技術的交叉學科，該技術按圖像產(chǎn)生方式可以分為直接拍攝全景圖像和CT數(shù)據(jù)生成全景圖像兩種[12]。直接拍攝全景圖像是通過直接拍攝的方式獲取口腔中所有牙齒的X線二維投影圖像，直觀地顯示所有牙齒的分布情形；CT數(shù)據(jù)生成全景圖像是獲取口腔部位的CBCT數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)處理合成為全景圖像。從數(shù)據(jù)來看，“直接拍攝全景圖像”技術作為目前的研發(fā)熱點，專利產(chǎn)出占總量的84%，見圖5。

圖5 數(shù)字X線全景圖像生成技術及主要分類

從圖6可知，兩種技術分支都有各自的發(fā)展特點，“直接拍攝全景圖像”技術從上世紀90年代就開始有專利布局，到2002年一直處于緩慢增長階段；2003年以后雖然每年的專利申請數(shù)量有所波動，但增長趨勢明顯，在2009年和2012年達到了階段性高峰。相比之下，“CT數(shù)據(jù)生成全景圖像”技術主要依賴于錐形束（CBCT）技術的發(fā)展，通過錐形束CT采集數(shù)據(jù)，所以起步稍晚。本文中，我們對“直接拍攝全景圖像”技術進行深入分析，將其分解為13類技術手段和10個主要技術方向，進行技術發(fā)展脈絡和聚類功效分析[13]，通過構(gòu)建技術功效矩陣，為數(shù)字X線全景圖像生成技術的主要發(fā)展和專利布局提出意見和建議[14-16]。

圖6 數(shù)字X線全景圖像主要技術分支專利申請趨勢

5 專利布局和研發(fā)方向分析

從圖7可以看出，“建立多軌道”是專利產(chǎn)出最為集中的技術手段，專利數(shù)量占比約為17%，而該技術手段主要用于解決“牙弓線的擬合”問題。值得一提的是，雖然“擬合牙弓線”有其它技術手段可以實現(xiàn)，如：咬合裝置的優(yōu)化、預處理、圖像處理和圖像分析識別等，但是“多軌道”技術手段是目前為止手段唯一、且技術方向也相對確定的最優(yōu)方案。因此，采用該技術手段進行“牙弓線擬合”的研發(fā)時，可能少走很多彎路，省卻很多重復性工作，便于提高工作效率。

其次，采用“圖像處理”和“圖像分析識別”技術手段的專利占比超過27%。這兩種手段作為軟件處理的代表性手段能夠解決大多數(shù)技術問題，不僅在針對病變識別、擬合牙弓線和防畸變、去模糊這些技術方向上解決效果較好，而且在減少輻射劑量、保持放大率恒定、實現(xiàn)特定擺設、拍攝多樣化等技術方向都能夠達到預期的技術效果，因而得到了科研人員的廣泛青睞與應用，特別是中國的專利申請大多集中在這兩個主要的技術手段。目前，這兩個技術手段可能是未來一段時間內(nèi)研發(fā)和專利產(chǎn)出的熱點。建議：一方面可以深化這兩個技術手段在現(xiàn)有技術問題解決方式和解決效果上的研究；另一方面，也可以探索其在其他技術方向上的應用。

“射源控制”、“探測器改進”、“射源與探測器配合”以及“咬合裝置”上的操作主要是圍繞全景機設備的主要構(gòu)件，通過外圍硬件的調(diào)整和控制達到全景圖像的優(yōu)化。這4種技術手段的專利數(shù)量之和占總量的38%。其中，射源控制、探測器改進、射源與探測器配合3種技術手段，主要是圍繞射源和探測器開展研究，集中在多功能、實現(xiàn)特定拍攝、減少脊柱干擾和保持放大率恒定等技術方向。這些技術方向和前面所說的圖像處理和圖像分析識別形成互補。由于該部分技術內(nèi)容大多涉及全景CT機的基礎硬件設備，對于中國公司來說研發(fā)難度較大，目前，還沒有較為典型的中國專利產(chǎn)出。但是作為全景圖像生成的關鍵技術分支，有些問題很難通過軟件手段徹底解決，所以在產(chǎn)品的研發(fā)實踐中本部分的知識產(chǎn)權風險不能簡單無視。

圖7 數(shù)字X線直接拍攝全景圖像技術功效矩陣

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

通過上述分析，本文可得出以下結(jié)論：

（1）數(shù)字化全景圖像生成技術發(fā)展十分迅速，2006年～2009年出現(xiàn)峰值，但近兩年由于技術成熟度逐漸增高，一些主要的功能逐漸被CBCT圖像掃描所替代，新的技術發(fā)展點還不明確，所以專利數(shù)量增長趨緩。

（2）日本、美國、韓國和中國已經(jīng)成為本領域主要的專利公開國，特別是后兩者專利申請量增速已經(jīng)超過德國和芬蘭。該領域重點申請人中大多為日本、韓國和芬蘭公司。其中，日本的研發(fā)實力雄厚，韓國和芬蘭的一些新興的技術研發(fā)公司的排位靠前，如韓國怡友公司和生物技術公司、芬蘭的ajat公司等。

（3）與上述國家相比，中國的公司數(shù)量和專利數(shù)量相對較少，研發(fā)實力還有一定差距。但隨著市場環(huán)境的不斷成熟，近年來中國專利的申請量出現(xiàn)大幅度增長。

6.2 建議

針對我國數(shù)字X線全景圖像生成技術的發(fā)展，本文提出以下建議：

未來幾年，我國數(shù)字X線全景圖像生成技術的長期可持續(xù)發(fā)展，需要根據(jù)自身特點制定科學的發(fā)展策略。

從宏觀上來看，數(shù)字X線全景圖像生成技術的發(fā)展需要政策長期穩(wěn)定的支撐，通過對專利信息的分析利用，梳理重點企業(yè)和研究機構(gòu)加以扶持和培育。制定有針對性的整合科研資源，促進產(chǎn)學研結(jié)合、協(xié)同發(fā)展。

在具體技術的研發(fā)上，應該制定有針對性的專利布局戰(zhàn)略。

（1）對“多軌道”技術解決“牙弓線的擬合”問題，近年來該技術手段的發(fā)展勢頭穩(wěn)定，應該優(yōu)先考慮，并做適當?shù)膶＠季帧?/p>

（2）“圖像處理”和“圖像分析識別”作為一種常用的技術手段，國內(nèi)已有一定的專利產(chǎn)出和布局，目前還有一定的開發(fā)空間。一方面可以深化其在現(xiàn)有技術方向上的研究；另一方面，也可以探索其在其它技術方向上的應用。

（3）“射源控制”、“探測器改進”、“射源與探測器配合”3種技術方案涉及全景機的硬件設備，這部分內(nèi)容對于中國公司來說研發(fā)難度較大，但是作為全景圖像生成的關鍵技術分支，在產(chǎn)品的研發(fā)實踐中本部分的知識產(chǎn)權風險不能忽視。

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本文編輯 王博潔

Analysis on Patent of Digital X-ray Panoramic Image Generation

ZHANG Li-meng, WANG Kai, WANG Yong
Science and Technology Information Institute of Anhui Province, Hefei Anhui 230088, China

In order to stimulate the development of domestic dental medical industry and to understand the development situation of digital X-ray panoramic image generation technology, the paper analyzed and researched on patent of digital X-ray panoramic image generation, and the status of industrial technology research and development was sorted out through analyzing the development trend of global and domestic patents, the principal applicant distributions as well as patent portfolio characteristics of different technology branches. In addition, with the deep analysis on some important branches of digital X-ray panoramic image technology, the technical eff i ciency matrix was made so as to give some appropriate recommendations on technical branch research as well as patent layout. The paper also put forward some suggestions and countermeasures for the development of dental medical industry in China.

panoramic image; digitization; patent analysis; technology development direction; technical eff i ciency matrix

R816.98；G306.7

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.04.041

1674-1633(2017)04-0148-04

2016-06-02

2016-06-30

2015年國家知識產(chǎn)權局專利信息利用支撐項目《口腔CT領域?qū)＠治鲅芯俊罚?015ZC00110）。

作者郵箱：lemmonzh@163.com