2017年7月，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能規(guī)劃》，將人工智能上升到國家戰(zhàn)略層面[1]。目前，對(duì)于醫(yī)學(xué)人工智能尚無明確的定義。劉榮根據(jù)當(dāng)前人工與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢提出了概念，即通過人工智能的方法，輔助或替代人類進(jìn)行醫(yī)療行為的科學(xué)[2]。

人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用又可細(xì)分為醫(yī)學(xué)影像識(shí)別、臨床醫(yī)療智能決策、手術(shù)機(jī)器人、病歷與文獻(xiàn)分析、藥物研發(fā)和健康管理等[3]。隨著大量深度學(xué)習(xí)平臺(tái)的出現(xiàn)和框架開源降低了基礎(chǔ)算法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)門檻，醫(yī)學(xué)人工智能已逐步從實(shí)驗(yàn)室走入應(yīng)用，技術(shù)日臻成熟。目前DeepCare對(duì)乳腺癌細(xì)胞識(shí)別的準(zhǔn)確率達(dá)到92.5%[4]。然而，醫(yī)療領(lǐng)域的人工智能應(yīng)用是一項(xiàng)投入高、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、研發(fā)周期長的行業(yè)，僅靠政府的政策支持無法保證行業(yè)平穩(wěn)而快速發(fā)展。專利保護(hù)是維持技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)久不衰的重要方式[5]，因此有必要從專利信息入手，揭示專利技術(shù)深層動(dòng)態(tài)特性[6]，對(duì)我國醫(yī)學(xué)人工智能產(chǎn)業(yè)競爭力進(jìn)行全面評(píng)估，為實(shí)現(xiàn)技術(shù)新突破提出針對(duì)性建議。

目前對(duì)醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域的研究尚停留在技術(shù)層面，缺少對(duì)行業(yè)發(fā)展的整體綜合態(tài)勢分析和企業(yè)層面的闡釋。因此，本文對(duì)總體趨勢、申請(qǐng)機(jī)構(gòu)和技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行分析，從宏觀層面判定中國區(qū)域整體競爭力，從中觀層面比較國內(nèi)主要研發(fā)機(jī)構(gòu)實(shí)力，從微觀層面深入到技術(shù)領(lǐng)域發(fā)掘我國醫(yī)學(xué)人工智能的技術(shù)特點(diǎn)。

1 數(shù)據(jù)來源

專利數(shù)據(jù)來自國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索與分析系統(tǒng)。檢索式為：(申請(qǐng)日<=20190530 AND IPC分類號(hào)=(A61) ) AND( ( 復(fù)合文本=(自然語言處理) OR 復(fù)合文本=(計(jì)算機(jī)視覺) OR 復(fù)合文本=(深度學(xué)習(xí)) OR 關(guān)鍵詞復(fù)合文本=(人工智能) OR 復(fù)合文本=(智能搜索) OR 復(fù)合文本=(語音識(shí)別) OR 復(fù)合文本=(圖像識(shí)別) OR 復(fù)合文本=(語義檢索) OR 復(fù)合文本=(文本分析) OR 復(fù)合文本=(虛擬助手) OR 復(fù)合文本=(預(yù)測分析) OR 復(fù)合文本=(視覺搜索) OR 復(fù)合文本=(智能系統(tǒng))))，截止時(shí)間為2019年5月30日，共獲取有效專利854件。由于專利公開日期滯后，2018年數(shù)據(jù)存在部分遺漏。

2 專利態(tài)勢分析

2.1 專利數(shù)量趨勢

對(duì)檢索到的專利數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖1)。

圖1 專利數(shù)量變化趨勢

2010年之前，醫(yī)學(xué)人工智能技術(shù)相關(guān)專利數(shù)量較少；2010年開始有所發(fā)展，相較于前一個(gè)階段，專利數(shù)量增多，說明人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)和專利申請(qǐng)近年來開始活躍，但仍未有實(shí)質(zhì)性突破；2012年開始專利數(shù)量增幅較大，特別是2017年的專利數(shù)量是2012年專利數(shù)量的1.68倍，短短幾年的發(fā)展讓人矚目，顯示出醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)θ斯ぶ悄苄录夹g(shù)的興趣和需求。

2.2 技術(shù)生命周期

在專利技術(shù)發(fā)展的不同時(shí)期，專利的申請(qǐng)量與申請(qǐng)人數(shù)存在一般性、周期性規(guī)律。通過分析專利技術(shù)所處的階段，可以預(yù)測該項(xiàng)技術(shù)未來的發(fā)展方向[7]。根據(jù)專利申請(qǐng)量、專利類型和申請(qǐng)人數(shù)在時(shí)間上的變化規(guī)律，專利生命周期在理論上可劃分為萌芽期、發(fā)展期、成熟期和衰退期4個(gè)階段。每個(gè)階段的特征見表1。

本文采用國內(nèi)學(xué)者常用的曲線圖法分析判斷醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域所處的生命周期，從專利申請(qǐng)數(shù)量和申請(qǐng)人數(shù)2個(gè)指標(biāo)構(gòu)建曲線圖(圖2)。

2011年以前為技術(shù)萌芽期，領(lǐng)域內(nèi)專利申請(qǐng)數(shù)量和申請(qǐng)人數(shù)較少，發(fā)展緩慢；2012年后隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，激發(fā)了醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域?qū)＠拇罅慨a(chǎn)出，進(jìn)入技術(shù)發(fā)展期。該階段基礎(chǔ)發(fā)明在橫向和縱向齊頭并進(jìn)[8]，技術(shù)得到進(jìn)一步完善，更加適應(yīng)市場需求，參與合作的企業(yè)增多。從醫(yī)學(xué)人工智能行業(yè)來看，從萌芽期開始參與的企業(yè)，此時(shí)已積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，后續(xù)會(huì)利用這些經(jīng)驗(yàn)和資源深入研發(fā)以實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。對(duì)于新入行企業(yè)，在市場和利益的驅(qū)使下也會(huì)進(jìn)行相關(guān)研發(fā)活動(dòng)，從而推動(dòng)整個(gè)醫(yī)學(xué)人工智能行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。由于世界主要國家專利公開時(shí)間以及所選用數(shù)據(jù)庫本身數(shù)據(jù)的納入和加工有一定的時(shí)間差(如國內(nèi)的專利從申請(qǐng)到公開大概有18個(gè)月的時(shí)間間隔)，很多在2018年申請(qǐng)的專利信息無法檢索到，所以會(huì)出現(xiàn)圖2中下降的假象。由于目前醫(yī)學(xué)人工智能技術(shù)處于發(fā)展期，未來專利申請(qǐng)數(shù)量仍然會(huì)繼續(xù)增加，各創(chuàng)新主體之間的競爭將會(huì)更加激烈。

圖2醫(yī)學(xué)人工智能專利技術(shù)生命周期

2.3 國內(nèi)專利申請(qǐng)分布

從檢索到的所有專利中篩選出國內(nèi)專利，并按照省市進(jìn)行分類和計(jì)算占國內(nèi)專利總數(shù)的比例(表2)。

表2顯示，廣東、北京、江蘇、浙江、天津5省市申請(qǐng)量接近專利總量的一半。

其中廣東省申請(qǐng)數(shù)量最多(達(dá)105件)，是因?yàn)檫@里有具有很強(qiáng)研究實(shí)力的華南理工大學(xué)、廣州綠松生物科技有限公司、深圳先進(jìn)技術(shù)研究院等；其次是北京(達(dá)69件)，是因?yàn)楸本碛斜姸嗫蒲性核?、高校以及高新技術(shù)企業(yè)，如清華大學(xué)、中科院等研究機(jī)構(gòu)均有專利申請(qǐng)。

以上地區(qū)專利申請(qǐng)數(shù)量位居前列，一方面是該地區(qū)的重點(diǎn)大學(xué)、科研院所較多；另一方面是這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，許多國內(nèi)本行業(yè)的領(lǐng)頭企業(yè)坐落于此。省市政府對(duì)于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視和政策鼓勵(lì)也促進(jìn)相關(guān)研究開展。

醫(yī)學(xué)人工智能是涉及學(xué)科較多、技術(shù)復(fù)雜度較高的領(lǐng)域，前期研發(fā)并不能完全依靠企業(yè)自身，需要國家和有關(guān)部門的引導(dǎo)和扶持。

表2 國內(nèi)主要地區(qū)醫(yī)學(xué)人工智能專利申請(qǐng)數(shù)量

3 主要申請(qǐng)人競爭態(tài)勢分析

采用專利組合分析法對(duì)申請(qǐng)人的競爭態(tài)勢進(jìn)行分析。專利組合分析法從專利質(zhì)量和專利活動(dòng)兩個(gè)維度分析申請(qǐng)人的專利競爭實(shí)力，據(jù)此識(shí)別技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者、潛在技術(shù)競爭者、技術(shù)活躍者和技術(shù)落后者(圖3)。其中，專利活動(dòng)指創(chuàng)新主體在某領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量，專利質(zhì)量主要通過有效專利占有率、技術(shù)范圍、國際范圍、權(quán)利要求量4個(gè)指標(biāo)的均值衡量。各指標(biāo)內(nèi)涵[9]見表3。

分析主要申請(qǐng)人專利指標(biāo)計(jì)算結(jié)果(表4、圖4)發(fā)現(xiàn)，皇家飛利浦電子股份公司屬于技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，在專利質(zhì)量和專利數(shù)量上遙遙領(lǐng)先其他申請(qǐng)人；東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會(huì)社屬于潛在技術(shù)競爭者，專利數(shù)量相對(duì)較少但質(zhì)量較高；清華大學(xué)、京東方科技集團(tuán)等屬于技術(shù)活躍者，專利數(shù)量較多但質(zhì)量有待提升。在同族專利規(guī)模和權(quán)利要求數(shù)量方面，我國主要專利申請(qǐng)人普遍低于外國來華公司?；始绎w利浦電子股份公司同族專利平均數(shù)量為8.68，我國申請(qǐng)人最大同族專利平均數(shù)僅為2.73，與外國來華公司還有一定差距。在權(quán)利要求平均數(shù)量上，東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會(huì)社最大為18.13，我國申請(qǐng)人中權(quán)利要求平均數(shù)最低的僅有7.27，差距明顯。其中京東方科技集團(tuán)股份公司相對(duì)比較突出，權(quán)利要求平均數(shù)量為15.18，值得我國其他專利申請(qǐng)人借鑒學(xué)習(xí)。

圖3 專利組合分析二維矩陣

專利指標(biāo)指標(biāo)內(nèi)涵專利活動(dòng)(PAiF)申請(qǐng)人專利申請(qǐng)數(shù)量/該領(lǐng)域申請(qǐng)人專利申請(qǐng)數(shù)量最大值有效專利占有率(Q1)申請(qǐng)人在該領(lǐng)域的有效專利占有率/該領(lǐng)域申請(qǐng)人有效專利占有率最大值技術(shù)范圍(Q2)申請(qǐng)人在該領(lǐng)域申請(qǐng)專利的IPC總量/該領(lǐng)域申請(qǐng)人申請(qǐng)IPC總量最大值國際范圍(Q3)申請(qǐng)人同族專利平均數(shù)量/該領(lǐng)域申請(qǐng)人同族專利平均數(shù)量最大值權(quán)利要求量(Q4)申請(qǐng)人在該領(lǐng)域?qū)＠f明書中權(quán)利要求的平均數(shù)量/該領(lǐng)域?qū)＠髷?shù)量最大值平均專利質(zhì)量(PQiF)Q1至Q4的平均值

表4 主要申請(qǐng)人指標(biāo)

圖4主要申請(qǐng)人專利競爭力對(duì)比

4 專利技術(shù)分析

4.1 技術(shù)IPC申請(qǐng)趨勢

IPC分類號(hào)分為部、大類、小類、大組和小組，可以進(jìn)行技術(shù)領(lǐng)域的區(qū)分。

本文選取IPC分類號(hào)中的小類進(jìn)行分析(圖5)，通過分析發(fā)現(xiàn)醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域的專利技術(shù)主要分布在A61B(診斷外科)、A61H(理療裝置)、A61N(電磁療、放射療和超聲波療)、G06F(電數(shù)據(jù)處理)和B25J(裝有操作裝置的容器)等小類。從年度申請(qǐng)趨勢上來看，A61B申請(qǐng)量始終遙遙領(lǐng)先其他小類，從2012年開始A61H申請(qǐng)量雖有波動(dòng)但始終位于第二位。

圖5 IPC號(hào)年度申請(qǐng)趨勢

4.2 技術(shù)熱點(diǎn)分析

國際專利分類號(hào)標(biāo)注了專利的所屬類別，專利數(shù)量體現(xiàn)了技術(shù)的熱門程度。表5顯示，識(shí)別圖形、圖像分析以及數(shù)字計(jì)算和數(shù)據(jù)處理等專利數(shù)量較多，是專利申請(qǐng)的熱點(diǎn)，電磁共振或核磁共振、放射診斷儀器和用于診斷目的的測量等是專利申請(qǐng)中關(guān)注度較高的基礎(chǔ)技術(shù)。此外，醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域?qū)W者還較為關(guān)注基因治療、診斷方法或儀器以及用戶與計(jì)算機(jī)交互的輸入/輸出等。

表5 我國醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域熱門技術(shù)

對(duì)上述統(tǒng)計(jì)的專利申請(qǐng)書中權(quán)利要求和說明書進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)技術(shù)點(diǎn)比較分散，但也存在一些頻率較高的詞匯，如深度循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像識(shí)別、圖像分析等。此外，與醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相關(guān)的磁共振重建、三維重建和斷層成像等技術(shù)也是我國醫(yī)學(xué)人工智能行業(yè)研發(fā)的重要方向。醫(yī)學(xué)影像學(xué)包括醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)圖像處理兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究方向，兩個(gè)方向的專利研發(fā)活動(dòng)齊頭并進(jìn)，如涉及醫(yī)學(xué)成像的熱消融區(qū)域識(shí)別成像、激發(fā)熒光斷層成像和自然圖像隨機(jī)森林成像，以及涉及醫(yī)學(xué)圖像處理的腔鏡視像增強(qiáng)、矢狀位圖像處理和數(shù)字血管造影圖像中分割血管數(shù)據(jù)等詞匯均有相關(guān)的專利申請(qǐng)。

5 結(jié)論與建議

5.1 我國醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域現(xiàn)狀

通過對(duì)我國醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域整體態(tài)勢進(jìn)行分析，可以了解該領(lǐng)域在我國的發(fā)展現(xiàn)狀。

5.1.1 專利活躍度高，關(guān)注實(shí)踐應(yīng)用

我國在該領(lǐng)域的發(fā)展具有一定優(yōu)勢。目前醫(yī)學(xué)人工智能技術(shù)處于技術(shù)發(fā)展階段，研發(fā)活動(dòng)多，屬于技術(shù)活躍者。相較已進(jìn)入技術(shù)成熟期的日、歐、美等國家，我國的專利活躍度保持較高水平，每年專利公開數(shù)量在全球所占比例不斷攀升。從技術(shù)內(nèi)容看，我國專利技術(shù)關(guān)注實(shí)踐應(yīng)用，特別是人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的應(yīng)用，聚焦視像處理、數(shù)據(jù)計(jì)算和核磁共振等分支研究，同時(shí)兼顧診斷測量、檢測方法和系統(tǒng)的創(chuàng)新等。

5.1.2 技術(shù)壟斷程度高，核心專利欠缺

我國在該領(lǐng)域也存在不容忽視的劣勢。專利技術(shù)壟斷使我國難以發(fā)展核心技術(shù)，對(duì)基礎(chǔ)研究重視不夠?qū)е禄A(chǔ)專利缺乏。我國雖然專利數(shù)量相對(duì)較多，但質(zhì)量一般，如被引頻次少、基礎(chǔ)專利少等。究其原因是我國科研機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)研究水平低，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同化生產(chǎn)不足，企業(yè)等研發(fā)主體參與度不夠。

5.2 建議

5.2.1 學(xué)科交叉，構(gòu)建“1+N”研究格局

在技術(shù)研發(fā)方面，努力打造“1+N”的基礎(chǔ)研究技術(shù)格局，即以重點(diǎn)攻破1～2個(gè)技術(shù)點(diǎn)為主，以此帶動(dòng)外圍相關(guān)專利技術(shù)為輔?；谖覈t(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域基礎(chǔ)研究有所欠缺，而且是投入多、風(fēng)險(xiǎn)高和研發(fā)周期長的產(chǎn)業(yè)，短時(shí)間無法實(shí)現(xiàn)所有技術(shù)點(diǎn)齊頭并進(jìn)，采取這種措施符合現(xiàn)階段發(fā)展規(guī)律。可以從醫(yī)學(xué)影像學(xué)的人工智能入手，圍繞圖像識(shí)別、人機(jī)交互和數(shù)據(jù)處理等找尋突破點(diǎn)。在研究方式上采用交叉學(xué)科的研究方法，組織影像學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)據(jù)通信等不同學(xué)科的人員進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，協(xié)同研發(fā)。

5.2.2 打破壟斷，完善專利布局

在專利申請(qǐng)方面，一旦具備技術(shù)條件就盡可能著手國內(nèi)的專利布局?，F(xiàn)階段跨國公司已在我國進(jìn)行專利布局，雖未形成全面的專利網(wǎng)絡(luò)，但對(duì)我國研發(fā)活動(dòng)產(chǎn)生不小影響。因此，應(yīng)鼓勵(lì)高?？蒲袡C(jī)構(gòu)和企業(yè)盡快將研發(fā)成果轉(zhuǎn)化為專利，搭建醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域的專利保護(hù)群。為應(yīng)對(duì)國外申請(qǐng)人在我國申請(qǐng)核心專利的窘境，研發(fā)人員可從方法優(yōu)化、材質(zhì)替換等渠道進(jìn)行核心專利的外圍專利布局，盡量規(guī)避核心專利對(duì)我國技術(shù)研發(fā)的干擾。同樣，研發(fā)人員要認(rèn)真分析和學(xué)習(xí)國外核心專利，開拓思路，一旦技術(shù)條件成熟就進(jìn)行海外的專利布局。

5.2.3 加強(qiáng)引導(dǎo)，營造寬松研發(fā)氛圍

在專利市場環(huán)境方面，政府及相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)引導(dǎo)，切實(shí)解決我國醫(yī)學(xué)人工智能產(chǎn)業(yè)化程度低和研發(fā)效率不盡人意的局面。搭建中西部和沿海地區(qū)的溝通橋梁，鼓勵(lì)中西部高校和企業(yè)向沿海地區(qū)學(xué)習(xí)，積極開展研發(fā)活動(dòng)，尤其要重視基礎(chǔ)研究，營造良好的創(chuàng)新研發(fā)氛圍。具體措施如建立知識(shí)產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟、財(cái)政補(bǔ)貼和政策利導(dǎo)等，進(jìn)一步提升我國的專利質(zhì)量和數(shù)量，最終實(shí)現(xiàn)提高我國專利競爭力的目標(biāo)。