“大健康”视域下老年人运动健身专利情报分析

韩尚洁，高 明，于 琦，段 卉，郭凯茜

1.山西医科大学体育教学部，山西 030001；2.山西医科大学学生处；3.山西医科大学管理学院

人口老龄化是世界难题，老年人的健康问题受到国际上多方面的关注。我国老年人口基数大、增速快，2050 年占比将达到34.1%[1]，身体机能下降是老年人群体普遍面临的现实问题，对老年人的生活质量与生存指数有非常大的影响[2]。我国大健康战略的主要针对人群为老年人，如何提高老年人的健康水平成为有待解决的重点问题。有研究指出，通过体育健身推迟生理学年龄，维持正常身体机能、延缓衰老，是老化预防的关键之一，同时可以降低发病率[3]。目前，老年人日益增长的健身需求与缺乏适宜的健身产品已成为国家推进大健康战略亟待解决的问题之一。国内关于运动健身专利的研究主要针对竞技体育项目[4-6]，有针对性地探索老年人运动健身专利技术的研究鲜见。利用专利分析方法从知识的前沿性视角对老年人运动健身技术海量专利进行定量研究可以为我国“银发市场”的发展及专利申请工作提供数据基础，可将研发人员的注意力快速聚焦到少量更具知识前沿性特征的专利，为我国老龄化社会的群众健身与康复护理发展提供建议与支持。

1 资料与方法

1.1 数据来源与检索策略 专利数据来源于Derwent Innovations Index(德温特世界专利索引)，检索词为老年、衰老、老年人与锻炼、运动、健身、体育、身体活动等。设定高级检索式为：TS=(("old people" OR "the aged" OR“elderly people" OR "geriatric*" OR "gerontology"OR "the elderly" OR "senior citizens") AND ("exercis*"OR "sport*" OR "sport activiti*" OR "fitness training"OR "body-building" OR "i-Health”OR "physical activit*"OR "body movement"OR "body activiti*"))。索引包括：CDerwent,EDerwent,MDerwent。专利申请日期设定为1963 年1 月1 日—2020 年12 月31 日，检 索 时 间 为2021 年5 月20 日，共计获得专利数据1 930 条。在清除重复及数据不全的信息后，得到相关专利1 923 条。

1.2 研究方法 专利数据采用文本（WIN，UTF-8）与Excel 格式导出，便于专利数据分析和文本挖掘。利用Excel 分析专利申请趋势与专利国家竞争态势，并用VOSviewer 分析软件[7]中专利权人共现分析形象地描述与展示主要专利权人及合作关系，利用IPC 共类分析展示专利的主要项目申请类别，探索运动健身专利的新兴聚焦热点。IPC 分类号能代表一组技术并对应具体的技术领域。专利共类分析可以识别技术聚合类别[8]，也可以根据多个专利技术领域共现专利的组别来识别技术接近度和发明专利的技术基础[9]。本研究采用专利IPC 分类号“组别”进行聚类，识别老年人运动健身的主要技术共类领域。

2 结果

2.1 老年人运动健身专利申请整体态势分析 检索后发现1963年—1982年无相关专利。1983年—2020年国际老年人运动健身专利申请年度趋势见图1。1983 年—2020 年国际运动健身专利申请总量达到1 923 项，整体呈多项式增长趋势（y=0.767e0.1575x，R²=0.947）。从时间轴上可以发现，1983 年—1996 年的年申请总量未超过10 项，增长无规律可寻，是老年人运动健身专利的萌芽发展期。最早的专利出现在1983 年，是德国的Schlesinge[10]申请的关于可进行体操或训练练习的支架（并为老年人或体弱者提供额外安全保障）。这一时期关于老年人运动健身技术和产品方面的专利相对较少，科技投入和重视程度不高。1997 年—2013 年是快速发展期，由1997年的14项增加到2013 年的132 项，说明越来越多的学者投入到老年人运动健身专利技术的研发中，同时也带动本专利技术领域的迅猛发展。2014 年-2020 年是专利增长的爆发期，峰值出现在2020 年，达到了293 项，提示老年人运动健身专利技术获得了快速发展，具有很大发展潜力，已成为全球关注和研发的焦点。

图1 老年人运动健身专利申请年度趋势

2.2 老年人运动健身专利国家竞争分析 专利的国家层面分析有助于识别全球老年人运动健身专利技术的竞争格局，通过分析技术领域领导者与先进国家，可以帮助探寻未来合作与竞争对象。专利数量排名前5位的国家见图2，中国专利数量最多，为818 项，占总专利量的1/3。其次为日本433项、美国167项、韩国149项、德国49 项，排序前5 位的国家共计有专利1 616 项，占总专利量的84.04%，是本领域的主要研发国家。

图2 老年人运动健身专利申请主要国家年度趋势

从时间轴来看，日本在此领域起步较早，专利数量在2008 年以前全球最多，这是因为日本较早步入了老龄化社会[11]，目前已是世界上人口老龄化最严重的国家之一，是这一时期技术着重者和领导者，但近年来专利技术研发有下降趋势。中国在这一领域专利申请时间较晚，始于1997 年Wu[12]申请的磁疗护腕专利。我国在2010 年专利申请数量超越其他国家，并保持波动式快速增长，这是由于我国老龄化趋势加剧和技术投入增加所致，随着我国社会养老制度改革及对老年人健康的持续关注，将会促进此领域继续飞速发展。美国在此领域专利总量排第3 位，处于国际先进行列。韩国近两年申请数量有所增加，也逐渐面临老龄化社会带来的压力，未来很有可能加大对此领域的扶持。德国和法国与其他主要竞争国相比，专利总数上较为落后，且近5 年专利申请数量有所下降。

2.3 老年人运动健身专利发明权人研发实力分析

通过对专利权人研发实力分析，可识别各机构竞争实力和技术关注领域[13]。老年人运动健身专利领域的高产机构以电子电器类公司居多，日本有4 个公司位列专利权人数量排序前10 位，包括松下电器株式会社、电报电话公司、松下电器有限公司等公司，专利共计61 项。说明在老年人运动健身领域，日本的公司具有强大的研发实力。中国公司有青岛瑞箭机电工程技术有限公司与佛山市瑞健运动设备有限公司，共计有专利19 项，与同领域的日本公司相比，虽具有一定创新能力和研发实力，但仍有一定差距。荷兰的纽迪希亚公司、飞利浦电子公司共计有专利23 项，瑞士雀巢公司有8 项。企业在保证专利数量的基础上更应加强自身的创新能力，不仅能在竞争中脱颖而出，而且推动老年人运动健身专利技术的发展。见图3。

图3 老年人运动健身专利发明权人合作图谱

2.4 老年人运动健身专利的技术共类分析 使用VOSviewer_1.6.16 对老年人运动健身IPC 分类号进行数据抽取分析后，发现共有2 367 种。为了便于展示与分析，按照频次选取出现10 次以上IPC 分类号，共计110 种，设定共类图谱展示阈值为Attraction=3、republican=0，最小聚类范围为5，发现老年人运动健身专利的共类主要集中在5 个簇团，见图4。通过专利分类号分析研发聚焦与热点。

图4 老年人运动健身专利的技术共类图谱

第1 个专利共类簇团包括的热点领域由2 个IPC组构成，分别为A63B（体操、体育锻炼、爬山、游泳或击剑用的器械、球类、训练器械）和A61H（理疗装置），包括A63B-024/00、A63B-069/00、A63B-071/06、A61H-003/00、A61H-003/04 等。其中涉及训练器械用的电气或电子控制器方面数量最多，如使用虚拟现实内容对老年人进行障碍测试和运动培训的计算机终端系统[14]。特殊运动用的训练用品、器械方面主要涉及运动训练与游戏设备，如划船运动的智能老年肌肉训练装置，具有语音指导和视觉设备的脚踏自行车[15]，游戏、运动设备包括提供病人进行理疗运动游戏的电子设备[16]。被动锻炼器械门类包括步行模拟器设备、坐到站/站到坐的机构、坐姿垂直运动系统的健康促进装置、老年人使用的平衡板辅助托架组件、肌肉训练的泡沫树脂运动装置、步行支撑系统、步行支撑机器人等。在此类团中，塑料、石墨、铝、金属、聚氯乙烯（PVC）等多种材料的应用，拓展了老年人运动健身的稳固性与轻便性。运动训练设备专利多由安装架、支撑单元、护板、万向轮、电机、训练组件、活动连接等组成，能有效地辅助老年人进行身体练习，提升身体机能。

第2 个专利共类簇团包括的热点领域主要由IPC号A63B 的子项构成，包括A63B-023/12、A63B-023/035、A63B-021/00、A63B-021/055、A63B-021/02 等。专利主要涉及除了专门适用于人体特定部位的训练器以及增强或促进关节、肌肉生长的训练器械等。如老年人使用的手指训练器、老人坐式康复护理健身器、老年人智能腰部肌肉锻炼机、中老年病人的弯曲手臂肌肉康复锻炼装置、老年病人的大型胸肌力量训练架、老年病人的中风摆臂推力装置、老年病人扩展后部肌肉运动架、可增强下肢肌肉并在易于躺卧的位置弯曲膝盖床具、骨骼肌刺激的设备以及基于老年病人的步行速度、身体平衡、肌肉力量等预测诊断运动能力指数的设备等。此类团专利多在接受运动指令信息、分析生物特征信息、识别环境参数、加速度传感器、调节训练负荷等方面进行了开发创新。

第3 个专利共类簇团包括的热点领域主要由2 个IPC 组构成，分别为A63B 和A61H，包括A63B-023/04、A61H-001/02、A63B-023/02、A63B-023/00、A61H-001/00等。这部分专利共类以老年人康复装置与设备为主，例如身体冲击装置、将未骨折的骨骼校直或简单拉伸的体外装置、扩展老年病人展后部肌肉的运动架、对心率和体温的生物统计数据以及运动次数等运动数据的辅助感测设备、老年人病人特定康复水平的视频游戏、具有紧急停止功能和驱动功能的含有诊断微型计算机模块的老年人安全健身设备等。此类团专利旨在研发最大限度地提高活动效果，尤其是在老年人肌肉能力恢复、运动数据捕获、运动康复游戏开发等方面进行了较深入的拓展。

第4 个专利共类簇团包括的热点领域由2 个IPC组构成，分别为A23L（食品、食料或非酒精饮料及其制备或处理）和A61P（化合物或者药物制剂的特定治疗活性），包括A23L-001/305、A23L-001/30、A61P-043/00、A23L-001/29、A61P-003/02 等。这部分的专利技术主要是老年人运动健身补充饮食和改善受试者运动训练结果的营养补品。主要以实现体重的维持与增加、提升饱腹感、促进肌肉生长与维持、改善线粒体活动、增加脂肪酸的代谢、减少氧化应激、维持健康成年人的免疫功能、改善运动训练的效果为主要目的。如AXIOM食品公司的Janow 等[17-18]申请的大米蛋白分离物（包含特定量的亮氨酸和赖氨酸），可以增加最大耗氧量以及运动时间、提高运动表现。大冢制药有限公司（SAKA-C）申请的疲劳恢复剂和免疫刺激剂[19]，可减轻肌肉疼痛和疲劳感，抑制运动过程中肌肉蛋白的分解并防止肌肉蛋白的减少，防止异物侵入体内，维持老年人的骨骼肌，改善肠道菌群的平衡以及预防或治疗肌肉萎缩。东洋新雅居(TOYS-C)研发的鳞翅目科的雄性蕨类组合物[20]，可以抑制糖化产物和葡萄糖苷酶，改善老年人的关节或软骨异常情况，保持步行功能。综上，如何通过营养、饮食来保持与促进老年人身体机能是这一共类簇团的热点。

第5 个专利共类簇团包括的热点领域主要由4 个IPC 组构成，分别为A61B、G06F（电数字数据处理）、A41D（外衣、防护服和衣饰配件）、A45B（手杖类物品），包括A61B-005/00、A61B-005/11、G06F-019/00、A61B-005/22、A41D-013/00、A45B-003/00 等。这部分专利共类中大多是应用数字进行计算或数据处理的设备或方法，包括老年人的姿势状态监测系统、运动事件识别和视频同步系统、肌肉力量增强系统、户外步行反馈系统、基于虚拟现实和动作交互的人体肢体康复监测系统、老年人在多项动作时的生活活动保健系统、慢跑运动的训练辅助系统、沉浸式虚拟现实图像显示系统、基于小波变换数据处理技术的便携式心脏智能贴片系统、智能家庭老年人健康管理系统、人工智能算法模型系统等，这些专利系统一般都更倾向于开发智能信息接收预处理系统、生物信号传感器系统、计算机终端处理系统、智能健康云平台等，使老年人有现实感，为其创造一个适宜的锻炼环境与景象，分析并促进锻炼与健身效果。

3 讨论

本研究针对老年人运动健身的专利进行分析，分别从总体趋势、国家竞争实力变化、发明权人研发实力、技术共类的热点等多个层面，整理归纳出了老年人运动专利发展整体态势以及主要专利权人构成与关注点。

从整体趋势上看，老年人运动健身目前正处于快速发展时期，具有很大发展潜力。中国专利技术总量最高，这与我国加大对老年人运动健身领域的关注和研发有关。我国还应继续加大政策扶持，进行此专利领域的长远布局，同时开展多方位、多层次的跨国合作，尤其是与本专利领域的同类国家（如日本、韩国等）实现优势互补，为我国发展“银色”产业保驾护航。

从专利权人的角度而言，老年人运动健身专利权人主要集中在日本、中国等研发机构和个人，我国的研发机构处于领导者仍相对较少，还需继续探索新的技术领域和研发方向。因此，我国应引导研究机构和科研人员关注技术发展态势，强化应对人口老龄化的科技创新能力，顺应国家大健康产业与发展规划，进一步促进老年人运动健身专利技术的蓬勃发展。

老年人运动健身专利技术领域是一门综合护理学、老年学、创伤学、运动学、营养学、现代通信信息与智能科技而成的跨领域应用综合体。通过关键专利技术的主要节点和链接路径的分析表明，A63B、A61H、A23L、A61B、G06F、A41D、A45B 等是专利技术的主要技术类别，关联程度较高。电子信息、医疗监测、功能恢复、健身器械、人工智能等多领域交织，集成化、精密化、多元化、智能化是未来老年人运动健身专利技术的主要发展方向，具有智能传感层、惯性或压力传感器模块、网络硬件、内部储存、GPS 定位模块、信息传输模块、数据分析模块、电源模块、反馈装置等是这一领域智能化的基本配置。

未来在处理器利用率、处理时间、存储需求、执行指示计算的准确性等方面都需要有所提高。减少能量需求、处理资源需求、减少体积与重量，更加娱乐化、趣味化、家庭实用化是老年人智能健身设备的突破点。我国未来的研发方向应多关注高新技术富集的老年人智能运动健身设备的研发，积极寻找技术突破点，占领技术制高点。