李文斐　王瑋

[摘要] 該研究介紹了骨科手術(shù)機(jī)器人的全球/中國(guó)專利申請(qǐng)情況，從申請(qǐng)趨勢(shì)、生命周期、首次申請(qǐng)國(guó)家/地區(qū)、技術(shù)分支分布等方面對(duì)該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和技術(shù)分析，從整體上反映技術(shù)發(fā)展的歷程和未來(lái)發(fā)展方向，揭示了當(dāng)前骨科手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)和前景，促使我國(guó)積極探索適應(yīng)未來(lái)骨科機(jī)器人要求的新技術(shù)，占領(lǐng)未來(lái)骨科機(jī)器人發(fā)展的制高點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞] 骨科；手術(shù)機(jī)器人；專利分析

[中圖分類號(hào)] R68 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1672-5654（2018）07（a）-0166-03

近年來(lái)，隨著微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)療圖像技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的共同進(jìn)步，骨科手術(shù)機(jī)器人的研究發(fā)展迅速，產(chǎn)品層出不窮，并逐漸開(kāi)始在臨床應(yīng)用。

20世紀(jì)90年代，骨科手術(shù)機(jī)器人借用了工業(yè)機(jī)器人的本體形式，利用工業(yè)機(jī)器人高精度規(guī)劃和程序化自動(dòng)運(yùn)動(dòng)能力，主要用于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的置換手術(shù)，其中代表性的產(chǎn)品包括Intergrated Surgical Systems公司的ROBODOC手術(shù)機(jī)器人[1]和德國(guó)Ortomaquet公司的CASPER手術(shù)機(jī)器人[2]，ROBODOC手術(shù)機(jī)器人就是用于關(guān)節(jié)置換術(shù)中，負(fù)責(zé)輔助假體的成形、定位和植入，而CASPER手術(shù)機(jī)器人用于十字韌帶的骨隧道加工，也可以用于人工全膝和全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中。2001年英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院開(kāi)發(fā)了一款主從式手術(shù)機(jī)器人ACROBOT[3]，用于完成膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)和微創(chuàng)膝關(guān)節(jié)單髁置換術(shù)。隨后出現(xiàn)了采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的骨科手術(shù)機(jī)器人，和采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)的專用骨科手術(shù)設(shè)備，這種并聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人剛度大、精度高、體積小。

我國(guó)的骨科手術(shù)機(jī)器人起步較晚，整體水平還較低，但是這并不影響國(guó)內(nèi)龐大的市場(chǎng)需求，因此國(guó)內(nèi)企業(yè)亟需對(duì)國(guó)內(nèi)外的骨科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行一定的了解。該研究通過(guò)專利分析，對(duì)骨科手術(shù)機(jī)器人的專利現(xiàn)狀進(jìn)行總體介紹和重點(diǎn)分析，獲取一些有價(jià)值的情報(bào)。

1 骨科手術(shù)機(jī)器人專利申請(qǐng)統(tǒng)計(jì)分析

截至2016年12月，基于專利數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到涉及骨科手術(shù)機(jī)器人的申請(qǐng)共計(jì)934項(xiàng)，其中國(guó)外申請(qǐng)607項(xiàng)，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)327項(xiàng)，基于上述數(shù)據(jù)對(duì)骨科手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行以下分析。

1.1 申請(qǐng)趨勢(shì)分析

如圖1所示，回顧整個(gè)發(fā)展歷程，骨科手術(shù)機(jī)器人的專利申請(qǐng)經(jīng)歷一個(gè)波動(dòng)上升的發(fā)展過(guò)程，大致可以分為以下3個(gè)階段。

①技術(shù)萌芽期（1986—1996年）。1985 年美國(guó)首次使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行腦組織內(nèi)腫瘤的活體組織切片檢查，這一類神經(jīng)外科手術(shù)充分體現(xiàn)了早期的手術(shù)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)——精確定位，從此定位機(jī)器人開(kāi)始進(jìn)入人們的視線，1987年首次出現(xiàn)定位機(jī)器人應(yīng)用于骨科的專利申請(qǐng)。在技術(shù)萌芽期，每年的專利申請(qǐng)量不多，截止到1996年，全球申請(qǐng)量總共才21項(xiàng)，但是為骨科手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

②蓬勃發(fā)展期（1997—2009年）。20 世紀(jì)90 年代骨科手術(shù)機(jī)器人的進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段，隨著計(jì)算機(jī)輔助外科技術(shù)的發(fā)展，骨科手術(shù)機(jī)器人主要應(yīng)用于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的置換手術(shù)。在這一階段，專利申請(qǐng)明顯增多，進(jìn)入該領(lǐng)域的申請(qǐng)人也逐漸增加，雖然該時(shí)期，申請(qǐng)量出現(xiàn)幾次微小調(diào)整，但整體穩(wěn)步增長(zhǎng)。

③高速發(fā)展期（2010年—至今）。在這一階段，骨科手術(shù)機(jī)器人飛速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品推陳出新，性能也越來(lái)越完善，政策扶持導(dǎo)致市場(chǎng)需求量增大，專利申請(qǐng)量突飛猛增。

回顧整個(gè)骨科手術(shù)機(jī)器人專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)的發(fā)展歷程，骨科手術(shù)機(jī)器人全球申請(qǐng)量總體呈現(xiàn)波動(dòng)上升狀態(tài)。針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)，最早從1999年已經(jīng)開(kāi)始重點(diǎn)布局，并且專利申請(qǐng)量整體一直保持上升趨勢(shì)，可見(jiàn)各大廠商對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的重視程度。與之相比國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人起步較晚，2003年才開(kāi)始專利申請(qǐng)，數(shù)量上也存在差距，但是從2013年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量突飛猛增，并帶動(dòng)了全球申請(qǐng)量的增長(zhǎng)，2014年的全球?qū)＠暾?qǐng)量幾乎是2012年的2倍。

1.2 生命周期

從圖2的骨科手術(shù)機(jī)器人生命周期圖可以看出，近幾年來(lái)，隨著技術(shù)成熟和政策扶持，骨科手術(shù)機(jī)器人逐漸贏得市場(chǎng)追捧，迎來(lái)了快速發(fā)展的成長(zhǎng)期。該時(shí)期市場(chǎng)逐漸擴(kuò)大，介入的企業(yè)增多，相關(guān)專利申請(qǐng)量和專利申請(qǐng)人數(shù)也激增。

國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住這次機(jī)遇，具有優(yōu)勢(shì)的企業(yè)可以自主研發(fā)新技術(shù)，開(kāi)拓空白市場(chǎng)，尋求不同方向，擺脫對(duì)國(guó)外巨頭的依賴，實(shí)現(xiàn)彎道超車，中小企業(yè)由于技術(shù)實(shí)力薄弱，可以采用模仿創(chuàng)新戰(zhàn)略，規(guī)模較小的企業(yè)可進(jìn)一步選擇跟隨創(chuàng)新戰(zhàn)略。

1.3 首次申請(qǐng)國(guó)家/地區(qū)分布

圖3展示了骨科手術(shù)機(jī)器人首次專利申請(qǐng)國(guó)家/地區(qū)分布情況。從技術(shù)首次專利申請(qǐng)國(guó)家/地區(qū)的角度分析，美國(guó)以57%的占比成為全球最重要的骨科手術(shù)機(jī)器人輸出國(guó)，相較于整個(gè)定位機(jī)器人，美國(guó)在骨科手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)更加明顯；隨著最近幾年大量國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的加入，中國(guó)以24%躍居第二，而韓國(guó)以4%列居第三。

在所有國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專利中，發(fā)明占69%，其中16%授權(quán)，實(shí)用新型占31%，這是由于大量國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人發(fā)明專利都是在2013之后申請(qǐng)的，目前大都處于審查中。

所有國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專利（包括3項(xiàng)PCT申請(qǐng)）均沒(méi)有在海外布局，體現(xiàn)出國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專利布局意識(shí)薄弱，并沒(méi)有考慮將來(lái)出口海外，這也與國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人大多是高校有關(guān)。

在總共225項(xiàng)國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專利中，高校/研究所有116項(xiàng)，占據(jù)一半以上，其中有一項(xiàng)是與企業(yè)合作的共同申請(qǐng)，10項(xiàng)是與醫(yī)院合作的共同申請(qǐng)，因此目前產(chǎn)學(xué)研合作還比較少，使得高校/研究所的科技成果無(wú)法產(chǎn)業(yè)化。醫(yī)院作為該領(lǐng)域特有的申請(qǐng)主體，在骨科手術(shù)機(jī)器人研發(fā)、臨床實(shí)驗(yàn)等方面扮演著重要的角色，尤其是高校的附屬醫(yī)院，其占據(jù)很大比例。

1.4 骨科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)分支分布

從圖4的骨科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)分支分布可以看出，作為骨科手術(shù)機(jī)器人的核心技術(shù)，涉及定位導(dǎo)航技術(shù)的專利申請(qǐng)有388項(xiàng)，占總申請(qǐng)量的41%，定位導(dǎo)航技術(shù)是申請(qǐng)人布局的重點(diǎn)領(lǐng)域，也是本領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)。其次為末端執(zhí)行器及其控制、整機(jī)結(jié)構(gòu)、臂及其控制、控制架構(gòu)。

由于骨科機(jī)器人最早是由工業(yè)機(jī)器人演變而來(lái)，早期申請(qǐng)人還是關(guān)注整機(jī)設(shè)備、臂及其末端執(zhí)行器等基礎(chǔ)部件的研究。隨后為了使機(jī)器人更好地適應(yīng)骨科手術(shù)的需要，申請(qǐng)人開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)注定位導(dǎo)航技術(shù)、圖像采集、驅(qū)動(dòng)單元等骨科機(jī)器人的技術(shù)細(xì)節(jié)，其中定位導(dǎo)航技術(shù)的申請(qǐng)量所占份額較大，一直是申請(qǐng)人布局的重點(diǎn)技術(shù)，也是技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。近十年來(lái)關(guān)于傳感器、圖像處理、數(shù)據(jù)通信等相關(guān)專利申請(qǐng)?jiān)絹?lái)越多，表明上述技術(shù)分支是近期的專利布局新熱點(diǎn)，目前申請(qǐng)量還不多，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人應(yīng)該加大研發(fā)投入，尋求技術(shù)突破，占領(lǐng)相關(guān)市場(chǎng)。

2 總結(jié)和建議

本文從專利角度出發(fā)研究骨科手術(shù)機(jī)器人的全球/國(guó)內(nèi)申請(qǐng)狀況，從申請(qǐng)趨勢(shì)、生命周期、首次申請(qǐng)國(guó)家/地區(qū)、技術(shù)分支分布等方面對(duì)該領(lǐng)域申請(qǐng)進(jìn)行了梳理和分析。從全球發(fā)展趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，骨科手術(shù)機(jī)器人相關(guān)專利申請(qǐng)逐年遞增，特別對(duì)于國(guó)內(nèi)發(fā)展，隨著國(guó)內(nèi)老齡化程度加深，相關(guān)技術(shù)必將是未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)；從技術(shù)創(chuàng)新來(lái)看，我國(guó)近年來(lái)申請(qǐng)量明顯提高，但技術(shù)創(chuàng)新有待提高，在發(fā)展初期可以借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Bauer A. Total Hip Replacement-Robotic Assisted Technique. Oxford： Oxford University Press，2004：83-96.

[2] Siebert W， Mai S， Kober R， etal. Technique and first clinical results of robot-assisted total knee replacement. Knee，2002（9）：173-180.

[3] Jakopec M，Harris SJ，Rodriguez Y，et al.The first clinical application of a “hands-on” robotic knee surgery system. Comput Aided Surg，2001（6）：329-339.

（收稿日期：2018-00-00）