基于专利的国内外可穿戴式血压测量技术分析

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血压是判断人体是否处于健康状态的一个重要指标。高血压是许多高危心血管疾病的直接诱因，然而高血压的预防和诊断都依赖于准确而实时的血压监测。使用传统的血压测量仪器单次测量血压或间断性测量血压的结果都存在较大差别，不能及时捕捉到人体的实时血压，且设备笨拙，携带不方便，对高血压的预防与监测不能起到良好的积极作用[1]。

目前医疗仪器的发展开始从应用于医院的复杂的大型医疗设备, 转向既适用于医院又适用于家庭和个人的小型穿戴式装置[2]。另一方面,一些特殊领域和行业, 如航空航天、深水作业和运动员训练等对穿戴式医疗仪器(尤其具备血压监测功能)也有迫切需求[3]。为了满足普通人群和相关行业的这类需求, 近年来国内外的研究机构和企业正不断加大相关技术的研发力度，并申请了许多可穿戴式的血压测量技术相关的专利。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文专利数据源于Thomson Innovation专利数据库。为了提高检索的准确性，采取关键词结合IPC分类号和德温特手工代码的方式构造检索策略，检索1980-2016年间的专利文献，检索式为“ABD=(wearable AND “blood pressure”) AND (IC=(A61B000500 OR A61B000502 OR A61B0005021 OR A61B0005022 OR A61B000800 OR A61B000804 or A61B000600) OR MC=( S02-F04C2 OR S05-D01B OR S05-D01B1 OR S05-D01B1A))”，数据检索日期为2016年10月20日，共检索到432条记录，通过DWPI同族专利归并得到227项专利。

专利最新法律状态信息来源于中国知识产权局、美国专利商标局、欧洲专利局以及世界知识产权组织，查询时间为2016年10月。

1.2 研究方法

对下载获取的专利数据，利用汤姆森数据分析器(Thomson Data Analyzer，TDA)和Excel等工具，对专利的时间信息、专利权人、发明人、国别信息、法律状态、专利分类代码、摘要等信息使用统计分析、聚类分析、引文分析、相似度矩阵、自然语言处理并结合文献调研等方法进行研究。

在研究过程中，需要使用叙词表对相关字段数据进行清洗，使用Excel对清洗后的数据进行排序、统计、计算和图表制作；对于最新法律状态信息应结合同族专利信息到对应机构进行查询。

2 可穿戴式血压测量技术专利趋势分析

2.1 专利年度发展趋势分析

从专利的最早优先权年角度统计专利申请的年度情况，发现有关可穿戴式血压测量相关的专利的申请年度分布涵盖1980-2015年(图1)。

图1 可穿戴式血压测量技术专利申请年度分布

从2004年开始，公开的相关专利数量迅速增长，到2006年单年专利公开量达到第一次顶峰(29件)；2007-2008年，专利申请有所减少(分别为5件、8件)，可能是受金融危机的影响，研发投入有所减少；2009年开始该领域每年的专利申请量又回归

高位(20件)，并且在其后的几年相对稳定(16件、10件、17件、24件、26件)。考虑到专利从提交申请到公开再到被数据库收录有18个月左右的时间延迟， 2015年的专利数量会有一定的时滞效应。因此，2015年的数据仅做为参考。

2.2 专利研发地域分析

专利的最早优先权国一般是这项技术的研发机构所在国家，分析可穿戴式血压测量技术的最早优先权国分布情况可以更真实地反应该技术的研究主要集中在哪些国家或地区。统计Thomson Innovation收录的各国专利数据，通过对最早优先权国字段进行分析，发现主要研发地区为美国(140件)、中国大陆(48件)、韩国(12件)、日本(10件)(图2)。美国专利申请量最多，占所有已公开专利量的61.7%，说明美国在该技术领域中的研发规模和实力处于领先地位。

图2 可穿戴血压测量技术专利研发主要国家和地区分布

2.3 主要专利权人分析

227件可穿戴式血压测量技术相关专利共涉及近100家公司270个自然人、20多家学术机构。对专利权人字段进行清洗归并后，通过统计分析，找出主要的专利权人。主要专利权人的专利概况，包含专利申请数量、专利申请涉及的年份以及最近3年的专利申请情况见表1。

从表1可见，主要专利权人有飞利浦、Nellcor Puritan Bennett、香港中文大学、Sotera Wireless和Valencell。近3年主要的专利权人中，比较活跃的有Nellcor Puritan Bennett公司、SAMSUNG公司、深圳星脉搏医疗科技公司和Google。

表1 可穿戴式血压测量技术主要专利权人专利概况

2.3.1 主要专利权人专利布局路径分析

企业或者机构进行本地或海外专利布局的主要路径是专利申请或专利收购，还有一些大公司通过公司并购来获取被并购公司的专利权，进行专利布局。通过分析企业专利布局的路径，可以了解企业争夺目标技术领域专利权、占领目标市场的意图和战略。

专利申请量排名第一的是荷兰飞利浦公司。通过分析飞利浦的18件专利，发现其进入这一领域的时间比较晚，最早的专利申请是在2011年，并且只有3件专利是飞利浦依靠本土研发团队研发的，另外15件都是通过交易获取的海外专利权。2016年4月飞利浦通过专利信托联盟Allied Security Trust AST I(或间接通过专利资产运营公司EMPIRE IP LLC[4])收购了来自美国萨拉托加的独立发明人Bao Tran发明的15件美国专利。通过分析专利人字段变更信息，发现2014年12月 Bao Tran将其中的10件打包转让给纽约的EMPIRE IP LLC公司，10件专利的原始专利标题都为“Health Monitoring Appliance”，并且共用了同一个专利优先权号：US20070265533A1，可见这是一个保护很好的专利组合，具有很高的价值。专利组合是利用专利之间的相关性和差异性，形成一个比较完整、保护范围更大、竞争优势更强的专利集合体，其整体价值大于单件专利的价值之和。从实践来看，大型企业采用的专利策略往往具有“规模化”和“攻击型”特征。强大的经济实力使这些企业能够通过自主研发或购买专利的方式，打造庞大的专利组合。

由此可见，飞利浦作为医疗器械行业的巨头，十分重视可穿戴式血压测量相关的技术，有布局美国市场的意愿。尽管进入这一领域比较晚，研发实力有限，但是能够积极实施专利收购引进战略，借助专利信托联盟购买有价值的专利，并在这些专利基础上进行改进创新开发利用，申请新的专利，迅速提升自己在该领域的技术实力。其专利布局路径采取的是专利收购为主、专利申请为辅的方式。

申请量排名第二的是香港中文大学，是排名靠前的机构中唯一的科研机构，其主要发明人为张元亭教授。检索SCI论文数据库，发现张元亭教授于2001年首次提出“可穿戴无袖带(Cuff-less)血压连续测量”的技术概念，介绍了采用ECG信号和PPG信号之间的脉搏波传输时间差计算收缩压、舒张压和平均血压的一种方法[5]。2014年8月，张元亭教授作为IEEE医学与生物工程学会院士，担任了IEEE 1708标准工作组主席，参与制定了国际电气与电子工程师协会(IEEE)发布的“可穿戴无袖带血压测量仪标准(IEEE Std1708-2014)”[6]，显示了香港中文大学在可穿戴无袖带血压测量领域有强大科研实力。其专利布局路径采取的是专利申请的方式，并且努力推动其专利成为标准专利。

排名并列第二的是位于爱尔兰的Nellcor Puritan Bennett 公司。该公司的专利主要由其内部研发团队开发的，代表人物有Addison P S、Watson J N。通过研究公司关系发现，Nellcor Puritan Bennett 公司是柯惠医疗(Covidien)的独立品牌子公司，2015年柯惠通过并购被美国知名医疗科技公司美敦力(Medtronic)控制[7]，说明医疗巨头美敦力公司在该领域的专利布局路径主要是通过资本运作，公司并购来获取相关专利技术。

排名第四的是美国的Sotera Wireless公司。该公司发布的核心产品之一是一款叫做ViSi Mobile的腕戴式测量仪，其具备的连续无创血压(cNIBP)监测功能已获得美国FDA批准[8]。Sotera Wireless是一家专注于病患监控的新创小公司，其创始人Banet Matthew John是一名技术专家。通过分析专利发明人字段发现该公司的大部分相关专利都是由其亲自担任发明人。

排名第五的是Valencell公司，它是一家位于美国北卡三角洲专注于生物传感器的新创公司[9]其多件专利引起了苹果公司和Fitbit公司的关注。有消息称Valencell公司和苹果公司、Fitbit公司就几件可穿戴技术专利产生了纠纷[10]。通过分析专利发明人字段发现，该公司的专利主要是由自己的研发团队开发的，代表人物有 Steven LeBoeuf，Jesse Tucker, Michael Aumer。据美国彭博资讯(Bloomberg)披露[11]，他们同时也是该公司的联合创始人。

以上分析说明，在可穿戴式血压测量技术领域，香港理工大学、Sotera Wireless和Valencell公司在专利布局路径上主要采取自主创新；大型公司(如飞利浦和美敦力)主要采取专利收购或公司并购获取相关专利来进行专利布局的方式。

2.3.2 主要专利权人专利相似性分析

我们基于5位主要专利权人拥有的专利分类代码(德温特手工代码)所代表的技术主题，利用TDA分析工具，进行两两间相关性计算，得到主要专利权人技术相似度矩阵(图3)。矩阵显示，关键专利权人在该领域拥有的专利分类代码会有相似或不同。矩阵中的数字是两家机构间的相似度值。表格中数字部分的背景颜色越浅，表示技术重叠越少；颜色越深，表示技术相关性越强。矩阵计算任意两家机构间的相似度，相似度取值在0和1之间。其中0表示无相关，1表示完全相关。

图3 可穿戴式血压测量技术领域主要专利权人技术相似度矩阵

从图3可以看出，专利技术相似度较高的是香港中文大学、Sotera Wireless公司和Nellcor Puritan Bennett这3家机构(系数>0.5)，他们都偏重于无袖带测量技术；而Philips和Valencell公司与上述3家机构的技术相似度不高，使用的是不同的技术。

3 无袖带血压测量技术专利分析

利用TDA工具，对可穿戴式血压测量技术的专利的摘要内容进行自然语言拆分处理。对处理后的词组进行统计分析，筛除无意义词，发现心电信号(ECG sign)、光电容积脉搏波(photoplethysmograph PPG signal)、无袖带(Cuffless)、连续非侵入式血压测量(cNIBP)这些关键词出现的频率比较高。在中国国家知识产权局检索中国申请专利数据，分析该技术在中国的最新情况。通过研读相关专利，了解到这是一种利用生物电极和光电传感器测量脉搏波传输时间(或速度), 并利用血压测量金标准对传输时间与动脉血压之间的关系进行校准，确定血压的技术。这种血压监测技术不需要充气袖带，避免了袖带充气带来的不便，更加便于随身穿戴，可以实时连续测量，得到的数据也比较准确，这对于高血压的预防与监测能起到良好的作用，业界将这一技术方向称为“无袖带血压测量技术”。由于该技术使用的传感器设计简单且成本低廉，相关产品未来也较容易进入市场获得消费者认可[3]，因此国内厂商对这类专利技术应该重点关注。

通过使用上述限定关键词，利用TDA工具从前面检索的227篇专利中筛选出属于无袖带血压测量技术的相关专利61篇，下面对其进行重点分析。

3.1 无袖带血压测量技术主要专利权人分析

在61篇无袖带式无袖带血压测量技术专利中，专利申请量排名前5的公司或机构如图4所示。这5家机构依次是香港中文大学、Nellcor Puritan Bennett公司、Sotera Wireless、美国的DxTek Inc公司、深圳先进技术研究院(Shenzhen Siat)。

图4 无袖带式血压测量技术主要专利权人专利申请量

从表1和图4可以发现，香港中文大学、Nellcor Puritan Bennett、Sotera Wireless这3家机构也是可穿戴式血压测量技术的主要专利权人。通过专利数量的对比发现这3家机构在可穿戴式血压测量领域的专利也主要集中在无袖带式无袖带血压测量这一技术方向上从而佐证了这3家机构技术相似度较高，而Philips、Valencell公司的技术相似度不高，说明Philips和Valencell没有大量布局无袖带式血压测量技术。

3.2 无袖带血压测量技术重点专利分析

专利在公开之后通常会被后续的技术开发者引用，专利引用分为申请人引用和审查员引用。假如后续专利的申请人未在专利说明书中引用在先专利，专利进入审查阶段时，审查员也一定会对后申请专利进行新颖性检索，了解相关在先专利技术的背景，再到在后专利申请书(或者审查说明书)中引用在先专利技术。

被频繁引用的专利具有明显的技术发展优势。按照这一假设，一类技术的尖端部分能够被划分出来。制药企业的研究证明，被多家同行企业频繁引用的专利均是与优秀新产品相联系的专利。因此，当特定文献中某一专利的共被引用次数越高时，这项技术越可能包含一种重要的技术发展趋势，很多后来的专利很可能是在此基础上发展起来的。这些高共被引专利可以被认为是这一技术领域内的核心重点专利。

从所有施引专利的专利权人中，找出施加引用最多的5位专利权人，按施加引用次数排序依次为Nellcor Puritan Bennett、Philips、Sotera Wireless、Shenzhen Siat、Univ Chinese Hong Kong。这5位专利权人引用了无袖带血压测量技术领域的33篇相关专利，其中能够被多位专利权人同时引用的专利可以被认为是这一技术领域内的核心重点专利。统计每篇专利的施引专利权人字段，数据清洗后，利用TDA工具进行聚类分析，得到专利共被引聚类图(图5)。

图5 专利共被引聚类图

图5中每个小圆点代表一件被引专利，不同深浅颜色的放射形区域代表不同专利权人所引用的专利，专利权人名后面括号里的数字表示该专利权人引用过的专利数量。被4位专利人引用过的专利是US5865755A，被3位专利权人同时引用过的专利有(CN101193588A、US5857975A、US20050261598A1、US7544168B2、CN100560019C、CN101234016A、CN1698536A)，被Nellcor Puritan Bennett和Sotera Wireless同时引用过的专利有US20050216199A1、US20050228296A1、US20050228297A1、US20050228300A1、US8560245B2、US7455643B1、US8554297B2。上述得到的15件专利可以说是无袖带血压测量技术领域的共高被引专利，是该领域的核心专利，应引起研发人员足够的重视。这些共高被引专利的名称、专利权人信息和法律状态等信息见表2。

分析共高被引专利法律状态有效性和国别保护范围，可以找出在技术研发和产品生产中应该高度关注的竞争对手的核心专利，尤其是尚在保护期的专利。这些有效核心专利有海尔思-斯玛(HEALTH SMART)公司的专利号为WO2006100676A3的专利，香港中文大学的专利号为US7479111B2的专利，Sotera公司的专利号为US20050228296A1、US20050228297A1、US8554297B2的专利，Nellcor Puritan Bennett公司的专利号为US8560245B2、US7455643B1的专利。

表2 无袖带血压测量技术高共被引专利及其法律状态信息

3.3 无袖带血压测量技术在华专利分析

考虑到专利申请数据收录的及时性，对无袖带血压测量技术中国专利进行了单独检索，共检索到中国大陆申请的专利27件(去除同族专利)，检索数据库为国家知识产权局中外专利数据库检索服务及分析平台，检索时间为2016 年10月。统计27件专利的法律状态，得到如图6所示的无袖带血压测量技术在华专利法律状态占比图。

从图6可以看出，授权专利占59%。其中有效专利只占22%，大部分授权专利由于未缴专利费而造成专利权终止，这些失效专利主要来自香港中文大学，说明我国专利的转化和实施率不足。在华无袖带血压测量技术领域主要的专利权人、专利法律状态和专利的保护年限等见表3。

图6 无袖带血压测量技术在华专利法律状态

机 构专利申请总数/件未决申请专利/件授权专利/件授权专利平均寿命/年有效专利/件有效专利平均寿命/年涉及专利号 法律状态香港中文大学180144.646.5CN100361625C发明专利授权有效4件;CN100518630C未缴纳年费专利权终止10件CN101708121ACN100456859C无效专利略去迪克斯泰克(DETEK)10110110CN1263421C授权海尔思-斯玛特(HEALTH SMART)100000CN101193588A发明专利申请公布后的视为撤回北京京精医疗设备有限公司101717CN201320166Y实用新型授权吉林大学101111CN204562131U实用新型授权江苏理工学院110000CN103876723A进入实质审查阶段中国科学院电子学研究所110000CN104545854A进入实质审查阶段新加坡科技研究局110000CN104114084A进入实质审查阶段上海理工大学100000CN101828908A发明专利申请公布后的视为撤回天津心康科技发展有限公司110000CN105796079A专利申请未决

从表3可见，美国迪克斯泰克公司(DETEK INC)对专利的保护意识较强，其专利号为CN1263421C的专利已在华申请专利保护达10年，说明很有价值。我国(包括港澳台地区)研发机构申请的专利数量虽然较国外公司多，但是寿命都比较短，2003年就开始申请专利的香港中文大学的有效专利的平均寿命才6.5年，授权专利的平均寿命才4.6年；14件授权专利中只有4件还有效，专利失效率较高。

此外，中国大陆地区研发机构授权专利数量占比不高，已授权专利仅为2件实用新型专利，没有发明专利。虽然近2年来，中国科学院电子学研究所、江苏理工大学、天津心康科技进入了该领域，各申请了1件发明专利，但尚处在申请/审查阶段。与无袖带血压测量技术领域的美国企业相比，中国的企业研发投入显得十分不足。值得注意的是，该技术领域国外的主要专利权人，如Nellcor Puritan Bennett和Sotera，还没有在中国大陆成功申请相关专利。

3.4 无袖带血压测量技术专利发展建议

以上分析发现，无袖带血压测量技术的核心专利的被保护地点主要位于美国，国内企业如有相关产品希望进入美国市场，尤其要注意是否会对这些专利造成侵权。建议依据上文中给出的核心专利的专利号获取专利全文，进行参考分析，并进行外围布局申请，必要时通过谈判与核心专利的掌握者达成交叉授权协议。

无袖带血压测量技术前景广阔，虽然国外主要专利权人在国内暂时还没申请专利，国内机构也应保持警惕，加强研发投入，研发相关专利和产品。对于已经获得专利权的专利，专利权人应当关注专利权利的动态变化，及时缴纳各种所需费用，维持专利的有效性，适时投入生产或转让。

4 结论

本文通过对全球可穿戴式血压测量技术领域的专利的统计分析、聚类分析、引文分析、相似度分析并结合文献调研等方法，得出如下结论：2006年，可穿戴式血压测量技术进入快速发展时期；美国和中国是全球可穿戴式血压测量技术的主要研发和受理国家，但是中国的企业类专利权人未形成明显的技术竞争优势，技术转化率不高；利用脉搏波传输时间来测算血压的无袖带式血压测量技术是可穿戴式血压测量领域的一个重要热门方向；无袖带式连续血压测量技术的核心专利主要集中在Sotera等美国公司手中，我国在专利研发跟进和技术转移转化方面不足。