智能可穿戴式医疗设备的专利申请分析

李 蓓，吴令珂，马诗惠

（1.中南大学信息安全与大数据研究院，湖南长沙410083；2.湖南师范大学附中梅溪湖中学，湖南长沙410205）

可穿戴式技术的理念最早起源于20世纪60年代的美国麻省理工学院实验室。1961年，麻省理工学院数学教授Edward与另一位开发者合作完成了可穿戴设备的雏形，用于提高赌博胜率［1］。智能可穿戴式医疗设备，指可以直接穿戴于人体身上，融合多媒体、无线通讯、虚拟现实、人机交互等最前沿技术，并结合云端交互、大数据平台等为人们生活带来便利的设备，能够随时检测人体的基础生理数据如心跳血压、呼吸频率、血糖波动等，进行收集、处理、共享和反馈信息，是具有临床监护或者治疗用途的随身衣物和配饰。

智能可穿戴式医疗设备根据穿戴部位的不同，可将其分为头戴式、身着式、手戴式和脚穿式四类［2］。头戴式主要以头盔和智能眼镜等形式出现，例如谷歌眼镜用于整理电子病历信息，在手术中帮助医生正确高效地同步患者病历信息，医生可通过该眼镜以相比纸质或数字记录更快的速度搜索查阅该患者的个人医疗记录。身着式主要以内衣和背心等织物形式出现，常采用以导电纤维和纳米材料制成的传感器制作而成［3］，美国一家公司GOW推出的智能T恤衫针对不同场景设计了四种不同模式，如运动、工作等，能够监测使用者体温和能量消耗等数据，并通过适配的手机App为用户提供查询服务。手戴式是最早出现也是最常见的设备，主要有运动手环、手表、腕带等，能实现连续长时间实时监测心率、血压、温度等生理参数。脚穿式常以智能跑鞋形式出现，如小米公司于2017年推出的一款90分Ultra Smart智能跑鞋，随时可以检测使用者运动的各项数据，并为其提供适合个人的健身计划。

智能可穿戴式医疗设备按照其应用不同又可以分为三大类［4］：一是针对大众的健康跟踪类设备，作为运动、生活、健康管理的辅助产品，实现如心率、呼吸频率、血压等基本生理参数的统计和分析；二是针对特定疾病检测的设备，如血压计、血糖仪等设备，主要用户是有医疗康复需求的患者和医护人员，如由美国初创公司Empatica推出的一款专门为患有癫痫病人设计的智能腕带Embrace Watch，可以帮助预测癫痫发作。腕带上布置的小型电极，可透过皮肤传导微弱电流测量汗腺受刺激情况，与其他手段结合起来后可检测癫痫发作。在患者发病时，可以发出警报给亲属或护理救助人员；第三种穿戴类设备主要用于远程医疗，如第三军医大学的医生通过智能眼镜的视频实时传输、拍照等功能，可以让不在实地的医学专家方便快捷地观察，实时讨论交流并制定治疗方案。

随着社会老龄化现象的日益严重及慢性病人群的不断扩大，人们的健康观念正逐渐发生改变，开始主动寻求监测与预防的方式，以尽早发现可能的患病风险并及时予以治疗。可穿戴式医疗设备不仅极大地迎合了人们医疗健康的日常检测需求，为个人健康状况给出指导意见，也为医护人员更高效准确地收集患者信息与实时监控提供了便利［5］。众多公司开始关注可穿戴医疗领域的研究。专利文献是一种重要的情报源，有效全面地记录了技术信息。通过系统分析专利文献，可以得到目前智能可穿戴式医疗设备行业在全世界和中国境内的发展趋势和技术热点，并预测之后的发展方向，了解市场整体竞争情况，为企业研发决策提供参考［6］。

1 研究方法

1.1 数据来源

中国知识产权总局的专利数据库（http://www.pss-system.gov.cn/）收录了来自中国、美国、欧洲专利局和世界知识产权组织等103个国家、地区和组织的专利数据，以及引文、同族、法律状态等数据信息，拥有丰富且分布广泛的文献量，同时数据收录完整，用词规范，便于检索和后期的技术分析。

1.2 检索策略

检索日期为2017年5月5日。采用以关键词为主、分类号为辅的检索方式，不限年份，共检出有效文献3 976篇。从专利申请到专利公开有18个月或者更长的滞后期，以及数据加工产生的一定延迟，因此2016年到目前的数据仅供参考，检索时采用的分类号和关键词见表1。

表1 检索要素表

2 全球智能可穿戴式医疗设备专利申请分析

2.1 专利申请量分析

可穿戴式技术发展历史可分为三个阶段：1）萌芽阶段（1974-1993年），从70年代开始美国和日本的机构在可穿戴式技术领域开始申请相关专利，年均专利较低（＜50项），总体呈缓慢增长趋势。2）成长阶段（1994-2011年），各种电子元件如传感器和微处理的制作向着功耗更低、精度更高的方向不断发展，带动了可穿戴式设备的发展，专利申请量明显提升，中韩日等亚洲国家也逐渐在可穿戴领域开始专利布局。3）快速发展阶段（2012年至今），2012年4月推出的谷歌眼镜引发各界追捧，全球范围内各大机构企业开始加快步伐，不断投资研发出新产品，医疗领域也成为智能可穿戴式设备最具前景的应用领域，专利申请呈爆发式增长趋势。

图1显示出了近10年智能可穿戴式医疗设备专利申请在全球范围内的趋势，2006年到2011年每年的专利申请量稳定在50项左右，到2012年有了明显的上升趋势；2012年到2016年的专利申请量达到3 326项，占总数的84%，是可穿戴式设备的快速发展阶段，由于专利从提交申请到公开有18个月的滞后时间，2016年专利数仅供参考。

上升态势的形成来源于越来越多的机构和企业对该领域的涉足，不断研发出新的可穿戴式医疗产品。2012年谷歌眼镜的问世彻底打开了可穿戴市场的大门，此后2014年更被称为“可穿戴科技之年”。2014年，Google斥资1.3亿美元投资以大数据服务肿瘤医疗行业的创业公司Flatiron Health Flatiron Health，苹果推出的i watch抢占大量智能手表市场，英特尔推出了智能T恤产品，三星发布了一款可穿戴医疗平台Simband。同时无线通信技术、新材料以及低功耗等技术的快速发展也使得可穿戴式医疗设备向更加精细、更便于普及的方向发展。

图1 专利申请全球趋势

2.2 专利申请区域分析

全球共有58个国家/地区在智能可穿戴医疗设备领域进行了专利申请（如图2所示）。专利申请量排名前10的国家/地区依次为：美国、中国、韩国、德国、日本、荷兰、英国、以色列、加拿大和瑞士。美国在可穿戴领域的研究起步早，技术基础也较为雄厚，共申请专利1 788件，占总量的45%，排名第1；其次是中国专利申请1 122件，占比28%；排在第3位的韩国申请专利158件，占比4%；日本和德国各自申请专利121件，并列第4位。从专利申请数量来看，美国在智能可穿戴式医疗设备领域处于领军地位，具有很强的研究实力。

图2 专利申请全球分布

2.3 专利申请技术领域分析

2.3.1 专利申请区域技术构成分析

表2显示了专利申请前5位国家/地区的主要技术构成情况。这些国家/地区的专利主要技术构成基本相似，但各自有不同的侧重点。美国侧重于A61B、G06F、A61N、G06Q和A61M等方面的技术研发,中国侧重于在A61B、G06F、G08B、A61M和H04L等方面进行技术研发，韩国则侧重在A61B、G06F、G06Q和G08B、H04W等方面进行技术研发，日本侧重于A61B、G06F、G06Q、F21L和F21V等方面的技术研发，德国侧重于在A61B、A61M等方面进行技术研发。

表2 专利申请分区域主要技术领域（前5位）

2.3.2 专利申请主要技术领域分析

表3列出了专利申请技术领域前10位IPC小类的分布。从IPC大类分布看，智能可穿戴式医疗设备专利主要分布在A61（医学或卫生学）、G06（计算；推算；计数）和H04（电通信技术）；从IPC小类分布看，A61B专指医学或卫生学的诊断和鉴定，其他排在前5位的还有电数字数据处理（G06F）、电疗（A61N）、信号装置（G08B）和数据处理系统或方法（G06Q），占据了专利申请总量的55.96%。数字信息处理是智能可穿戴式医疗设备的重点研发领域。

表3 专利申请主要技术领域（前10位）

对排名前5（除A61B以外）的IPC小类进行技术趋势分析（近10年），如图3所示，其中曲线1代表G06F，曲线2代表G06Q，曲线3代表G08B，曲线4代表A61N，发现电数字数据处理（G06F）相关的专利申请呈持续增长趋势且高于其他领域的专利申请量，处于该领域核心地位。此外需要关注的是智能可穿戴式医疗设备除用于生命体征的检测外，还可用于治疗疾病，A61N（无创治疗技术，包括电疗、磁疗、超声疗法）的专利申请量一直处于稳步上升的趋势，G08B（信号装置如报警装置）的专利申请量也逐年增长，多用于为老年人或慢性疾病患者及时提供医疗救助，这些领域是近年来的研究热点，将成为智能可穿戴式医疗设备的重点发展方向。

图3 专利申请技术趋势（前4位）

2.4 专利申请人分析

2.4.1 专利主要申请人分析

表4列出了各国家/地区申请人总数统计，表5列出了统计年限内申请专利总数超过16项的主要申请人，11个机构来自于美国（7家）、韩国（2家）和荷兰（2家）。美国的申请人数量和专利申请量均排名第1，在智能可穿戴式医疗设备领域发展成熟。中国在智能可穿戴式医疗设备领域申请量居第2位，但相比美国缺少竞争实力有绝对优势的企业和科研机构，申请人分布较为分散。申请总量排名第1的ZOLL MEDICAL是美国的一家康复医疗产品公司，申请专利个数达到66项，反映出该公司在智能可穿戴式医疗设备领域雄厚的技术研发实力以及对专利保护的重视程度；第2位的BODYMEDIA INC（44项）拥有14年生产健康监测臂环的经验，于2013年被Jawbone公司收购完成；第3位的是韩国的三星电子集团（申请总数30项），近年来主要专注于对输入和输出装置领域的研发。

表4 各国家/地区申请人统计（前10位）

表5 专利主要申请人统计（前10位）

2.4.2 专利申请人技术优势分析

图4列出了智能可穿戴式医疗设备全球专利主要申请人的技术领域统计，对前5位机构进行详细分析，ZOLL MEDICAL公司侧重于A61方面（A61N1/39：20/66电疗，刺激用）可穿戴式医疗设备用于治疗康复领域的技术研发。BODYMEDIA集团则主要侧重在G06方面（G06F17/30：28/44电数字数据处理下的信息检索及其数据库结构）的研究。SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD集团主要侧重于G06方面（G06F3/00：7/30用于将所要处理的数据转变成为计算机能够处理的形式的输入装置；用于将数据从处理机传送到输出设备的输出装置，例如，接口装置）智能可穿戴式医疗设备输入和输出装置领域的研究。LG ELECTRONICS集团主要侧重在H04方面（H04M1/725：4/16电话通信）的研究。JOHNSON&JOHNSON VISION CARE集团则主要侧重于G06方面（G06F17/00：3/11数据识别；数据表示；记录载体；记录载体的处理结构的细节，例如，在该载体中电路的装配）电路装配领域的研究。

图4 全球专利主要申请人技术分布（前10位）

3 中国智能可穿戴式医疗设备专利申请分析

检索中国知识产权总局的专利数据库，不限年份，得到智能可穿戴式医疗设备专利申请在中国范围内1 122篇，数据检索日期为2017年5月5日。

3.1 专利申请量分析

3.1.1 申请趋势分析

图5显示了智能可穿戴式医疗设备专利的中美申请趋势对比，其中曲线1代表美国，曲线2代表中国。与美国相比，中国进入时间较短，最早的专利申请在1994年，但近5年的专利呈爆发式增长态势，逐渐赶超国外。

图5 中美专利申请趋势对比

3.1.2 专利申请主要应用类型

中国的主要应用类型有智能手环、智能手表、智能腕带、智能鞋、康复设备、智能内衣等。从整体申请量上来看，特别集中于手戴式智能设备如运动手环，专利申请数量最多（58项），其次是智能手表（46项）和智能腕带（26项），说明此类产品的产业化程度和市场响应度较高，详见图6。

图6 中国专利申请类型前10位统计

3.1.3 各地区专利申请量分析

在中国各省市的专利申请量排名前10位的地区依次为北京、深圳、江苏、上海、山东、安徽、广东、成都、南京和杭州，与这些地区在电子产品方面的研发水平密切相关。北京在该领域处于领先地位，申请专利96项，占该领域专利总量的10.90%，排名第1；其次是深圳，申请专利84项，占比9.54%。江苏和上海各自申请专利77项（8.75%）和67项（7.61%），分别排在第3、第4位。

3.2 专利申请技术领域分析

表6 中国专利申请主要技术领域（前10位）

中国专利申请研究方向主要集中在G06F，特别是该大类下IPC号G06F19/00（40/70）专门适用于特定应用的数字计算或数据处理的设备或方法；G08B：主要集中于G08B21/04（23/52）响应无活动能力的报警器，例如老年人的跌倒检测报警器；H04L：主要集中于H04L29/08（42/46）传输控制规程；G08C：主要集中于G08C17/02（42/45）测量值、控制信号或类似信号的传输系统，用无线电线路；A61N：主要集中于 A61N1/36（16/30）电疗，刺激用；A61F：主要集中于A61F5/00（23/38）骨骼或关节非外科处理的矫形方法或器具。

3.3 职务发明申请分析

3.3.1 职务发明主要申请人分析

在中国范围内共涉及764位申请人，其中职务发明的来源主要是各类企业（388项），占比67%，其次是大专院校（137项），占比23%，机关团体（34项）占比6%和科研单位（23项）占比4%。

表7列出在中国的职务发明主要申请人，10位申请人有4位属于大专院校，6位属于企业。吉林大学和浙江大学并列第1位，各有8项申请，反映出大专院校有较强的技术研发实力，并列第2位的是京东方科技集团、北京白象新技术以及成都智信优创有限公司，各拥有6项相关申请。

表7 中国职务发明主要申请人（前10位）

图7列出了中国专利主要申请人的技术领域统计，与全球主要申请人的技术领域相比，分布较为零散，技术热点由G06Q（其他类目不包含的专门适用于行政、商业、金融、管理、监督或预测目的的处理系统或方法）和H04M（电话通信）转为G01C（测量距离、水准或者方位；勘测；导航；陀螺仪；摄影测量学或视频测量学）和H04L（数字信息的传输，例如电报通信）。

图7 中国专利申请主要申请人技术分布（前10位）

4 结论

通过对智能可穿戴设备专利文献的检索，对其在全世界范围内以及中国境内的申请数量、发明人、区域、研发技术分布等项目进行统计和分析，得到以下结果：

（1）智能可穿戴式医疗设备的技术发展仍然处于快速增长期，越来越多的机构和企业不断进入该领域，研发出了新的可穿戴式医疗产品，其中手戴式产品研发潜力最大，此类产品的产业化程度和市场响应度较高，企业与科研机构更愿意进行投资研究。

（2）美国、中国、韩国成为智能可穿戴式医疗设备的重要市场。其中美国在可穿戴领域的研究起步早，在智能可穿戴医疗设备领域处于领军地位，具有很强的研究实力。中国在该领域虽然进入时间较短，但近5年的专利呈爆发式增长态势，逐渐赶超国外步伐。

（3）全球范围内智能可穿戴式医疗设备的专利技术主要分布在电数字数据处理、数据处理系统或方法、信号装置和电疗这些领域。总体来看，数字信息处理是智能可穿戴式医疗设备的重点研发领域，但近年来可穿戴式医疗设备治疗疾病方向和预警方向的应用逐渐增多，预示这些领域是近年来的研究热点，将成为智能可穿戴式医疗设备的重点发展方向。中国的专利技术主要分布在电数字数据处理、数据处理系统或方法、信号装置和数字传输相关领域，其中与全球趋势差别最明显的是电疗领域的专利申请，全球范围内该领域专利申请占比4.32%，中国只占比2.25%，提示中国申请人在该领域可进行有效专利布局。

（4）全球范围内智能可穿戴式医疗设备的主要申请人均为企业，主要来自美国、韩国和荷兰。而中国的主要专利申请人为高校，与国外公司相比，中国企业作为主要的研发机构，研发实力差距较大，专利申请较为分散，主要原因可能是中国企业在该领域的研究起步较晚导致优势积累不明显，高校和企业之间可以加强合作，促进产业技术成果转化。北京、深圳、江苏处于该领域的领先地位，申请专利较多。目前专利权有效率较低，反映出中国专利申请的质量还有待提高。

虽然我国近年来在智能可穿戴式医疗设备领域申请了较多的专利，但没有足以和国外企业技术实力抗衡的机构，专利申请较为分散且质量还有待提高。目前可穿戴设备在医疗健康的研发投入仍然持续走高，我国应该充分利用已在IT行业、无线通信等领域形成的强竞争力，激励行业内已有实力基础的机构加强自主创新能力，同时也大力扶持中小型机构在该领域进行全面覆盖，力争在智能可穿戴式医疗设备领域的国际市场取得进一步的发展［7-8］。

［1］闫亚飞,王溯,陈小莉,等.可穿戴设备国际专利技术研发态势分析［J］.新材料产业,2016（12）:8-16.

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［3］谢凌钦,石萍,蔡文杰.可穿戴式智能设备关键技术及发展趋势［J］.生物医学工程与临床,2015（6）:635-640.

［4］封顺天.可穿戴设备在医疗健康领域的关键技术及应用场景分析［J］.电信技术,2016（5）:32-34.

［5］魏春晓,赵景焕,张文静,等.心率测量穿戴设备技术综述（一）——国内外发展状况和主要国家及主要申请人分析［J］.广东化工,2015（23）:121-122.

［6］颜延,邹浩,周林,等.可穿戴技术的发展［J］.中国生物医学工程学报,2015（6）:644-653.

［7］董涛,贺慧.中国专利质量报告——实用新型与外观设计专利制度实施情况研究［J］.科技与法律,2015（2）:220-305.

［8］高芳,赵志耘,张旭,等.基于专利的全球可穿戴设备竞争态势分析——以智能手表为例［J］.电子产品世界,2015（7）:8-10.