数字X线全景图像生成技术专利分析
张犁朦，汪凯，汪勇
安徽省科学技术情报研究所，安徽 合肥230088
[摘 要]为了促进我国口腔医疗行业的发展，了解数字X线全景图像生成技术发展现状。本文针对数字X线全景图像生成技术开展专利分析研究，通过分析全球及国内专利的发展趋势、主要申请人分布以及不同技术分支的专利布局特点，对产业技术研发现状进行梳理。并且通过对数字X线全景图像技术等重点技术分支的深度解析，制作技术功效矩阵，给出相应技术分支研发建议和专利布局建议，为我国口腔医疗产业的发展提供意见和建议。
[关键词]全景图像；数字化；专利分析；技术发展方向；技术功效矩阵
引言
20世纪以来，随着口腔医学的不断发展，与之密切相关的影像学技术也得到了长足的进步。全景图像扫描作为口腔X线诊断的重要方式，越来越多的被应用在临床研究上[1]。全景口腔X射线机利用不同组织对X射线吸收不同的原理，根据患者颌骨弧线通过步进电机调整成像轨迹，患者位置不动，X光探测器绕患者脸部旋转，一次成像，并通过图像分析综合生成牙床全景图，为医生提供诊断信息[2-3]。
国外的一些知名医疗器械公司都拥有自主知识产权的口腔X射线全景成像产品，主要包括日本富士公司的FUJI CR系统、德国西门子公司的SIDEXIS系统和Sirona数字化全景X光机、美国GE公司light speed 64层螺旋机等[4-5]。相比之下，国内公司在该技术领域起步较晚，但市场潜力巨大，发展势头较好[6]。
本文围绕数字X线全景图像生成技术，选择2001年～2015年间的全球发明专利作为分析样本，开展数字X线全景图像生成技术的研究[7]。通过分析全球及国内专利的发展趋势、主要申请人分布以及不同技术分支的特点，对产业技术研发及专利布局提出意见和建议[8-9]。
1 数字X线全景图像生成技术全球发展态势分析
图1说明了近年来数字X线全景图像生成技术全球专利发展趋势，可大致分为3个发展阶段[10]：
2001年～2004年，基本上处于低位盘整；在这个阶段专利年申请量约为十余件，主要布局集中在日本、美国和德国等国家。主要申请人大多集中在德国和日本。
2005年～2009年，随着口腔诊断技术和图像处理技术的发展，专利申请量大幅增长；在2006年发明专利申请量出现阶段性高峰54件，虽然随后有所起伏，但2009年回升明显。该阶段，虽然专利大多仍然集中在日本和美国，但是韩国、中国的专利申请量逐渐上升，说明该阶段新兴国家和新兴市场逐渐受到大家的关注，而新兴市场主体的研发实力也得到长足的进步，越来越多的申请人在韩国、美国和芬兰集中。
2009至今，专利申请量缓慢下降。虽然该阶段中2012年的专利申请量有所回调，但整体波动趋势向下。在这个阶段里，虽然美国仍是专利公开第一的国家，但中国和韩国作为新兴市场的代表，专利公开量较为集中。与之对应，中国、韩国和意大利的专利申请人也逐渐集中，研发实力的增长较为突出。
图1 数字X线全景图像生成技术全球专利发展趋势
2 数字X线全景图像生成技术国家专利竞争力分析
图2示出了数字X线全景图像生成技术主要专利公开国家/地区的分布情况[11]。选取排名靠前的国家/地区进行分析，按照申请量由多到少的顺序依次是日本、美国、WIPO、EPO、韩国、中国、德国和芬兰。其中日本专利公开量占总量的21%，美国占20%。值得一提的是，WIPO和EPO的专利申请量较大。上述情况一方面说明美国、日本、欧洲等国家/地区是专利的重点布局区域；另一方面也反映了该技术领域的海外专利布局意识较强。
图2 数字X线全景图像生成技术主要专利公开国家/地区分布图
根据图3的分析，我们将上述6个主要的专利公开国分成3类。
第一类是以日本和美国作为代表的传统技术强国。上述两个国家的专利申请总量占全球专利的近41%。在过去的15年里，其专利数量的变化主要呈现以下几个特点：
图3 数字X线全景图像生成技术主要专利公开国发展趋势
（1）专利年申请量大。不管在哪个发展阶段，与其他几个国家相比，美国和日本的年申请量都占有绝对优势。
（2）发展趋势各有特点。其中在2010年以前，美国和日本的发展趋势类似，2004年前数量较少，在2005年～2009年迎来发展高峰。不同的是日本的专利在随后出现明显的下降趋势，而美国的专利申请量则在2012年出现回升。其原因可能是因为日本作为该领域最大的技术优势国家，其专利数量大多是本国申请人申请，随着该技术的不断成熟，在全球专利日益下滑的大趋势下，日本的公司在该技术领域的专利产出也随之减少。而美国的专利公开数量则是因为其作为全球最大的市场国，会有新兴的技术研发公司不断地在美国申请专利，从而造成2009年后专利数量并没有出现明显下降。
第二类是以韩国和中国作为代表的新兴市场国家。上述国家的专利申请量占全球总量的20%左右。其专利申请量的变化特点主要是：专利发展没有明显的高峰和下降阶段。在2005年以前专利数量都相对较少，而2006年以后出现较大增长。在主要研发国家近年来专利数量明显减少的时候，上述国家并没有出现明显的变化，特别是中国，依然保持增长态势。在2005年以前上述国家基本上没有专利积累，2006年后可能是因为市场及消费需求的带动出现专利的强势增长，但在下文中的申请人分析中可以看到，韩国专利申请量的提升一大部分是由于其公司研发实力的增长；而中国并没有明显的研发类公司产生，其增长更多是由于市场因素。
第三类是以德国和芬兰为代表的传统技术强国。近15年来，在数字X线全景图像生成技术领域的专利申请量较少，仅占全球专利申请量的6%左右。其发展的主要特点是：
（1）技术研发存量较好。在该阶段的前两年这两个国家都有专利储备，特别是将视线拓展到更长年份跨度，与新兴市场相比，上述国家在口腔CT领域都有较强储备。
（2）近年来技术后续研发较弱。德国和芬兰的专利申请在2010年后基本上没有专利公开，可能上述国家的研发重点已经发生转移。
（3）专利数量相对较少。与前面所述的几类国家相比，德国和芬兰的专利申请大多是作为技术研发的本国申请人提出，而全球别的国家并没有将其作为市场国的布局需求。
3 数字X线全景图像生成技术主要专利申请人分析
图4展示的是数字X线全景图像生成技术领域专利申请人申请量排名情况，全球范围内排名前10位的申请人全部是外国企业。其中日本的企业有5家，分别是排名第4的电视系统公司、排名第5的株式会社吉田制作所；排名第6的日本森田株式会社（morita），以及排名并列第10的axion公司和Japan science and technology corporation。韩国公司有2家，分别是排名第1的怡友公司和第8的生物技术公司；德国西诺德公司（sirona）排名第3；芬兰的ajat公司排名第2、普兰梅卡（planmeca）排名第8；法国公司trophy、意大利的cef l a排名第7。
从上述重点申请人分析中可以看到：① 口腔CT领域传统的重点公司在全景图像生成技术领域并不占绝对优势，例如，德国西诺德、芬兰普兰梅卡等公司排名较后，相比之下，新兴的韩国怡友公司、芬兰ajat公司在该技术领域研发实力较强；② 日本的研发实力雄厚，日本公司虽然没有排名前三，但是这些公司中有一半都是日本公司，其中不乏口腔医疗的传统公司森田，还包括AXION和电视系统公司等电子信息领域发展较好的公司；③ 韩国申请人虽然技术储备的年代并不长，但是研发实力和发展势头强劲；④ 中国的重点公司与国外相比，研发实力还存在一定差距。
图4 数字X线全景图像生成技术全球主要专利申请人排名
4 数字X线全景图像生成技术分类研究
全景图像生成技术是口腔医疗领域电子控制技术和图像处理技术的交叉学科，该技术按图像产生方式可以分为直接拍摄全景图像和CT数据生成全景图像两种[12]。直接拍摄全景图像是通过直接拍摄的方式获取口腔中所有牙齿的X线二维投影图像，直观地显示所有牙齿的分布情形；CT数据生成全景图像是获取口腔部位的CBCT数据，通过系统处理合成为全景图像。从数据来看，“直接拍摄全景图像”技术作为目前的研发热点，专利产出占总量的84%，见图5。
图5 数字X线全景图像生成技术及主要分类
从图6可知，两种技术分支都有各自的发展特点，“直接拍摄全景图像”技术从上世纪90年代就开始有专利布局，到2002年一直处于缓慢增长阶段；2003年以后虽然每年的专利申请数量有所波动，但增长趋势明显，在2009年和2012年达到了阶段性高峰。相比之下，“CT数据生成全景图像”技术主要依赖于锥形束（CBCT）技术的发展，通过锥形束CT采集数据，所以起步稍晚。本文中，我们对“直接拍摄全景图像”技术进行深入分析，将其分解为13类技术手段和10个主要技术方向，进行技术发展脉络和聚类功效分析[13]，通过构建技术功效矩阵，为数字X线全景图像生成技术的主要发展和专利布局提出意见和建议[14-16]。
图6 数字X线全景图像主要技术分支专利申请趋势
5 专利布局和研发方向分析
从图7可以看出，“建立多轨道”是专利产出最为集中的技术手段，专利数量占比约为17%，而该技术手段主要用于解决“牙弓线的拟合”问题。值得一提的是，虽然“拟合牙弓线”有其它技术手段可以实现，如：咬合装置的优化、预处理、图像处理和图像分析识别等，但是“多轨道”技术手段是目前为止手段唯一、且技术方向也相对确定的最优方案。因此，采用该技术手段进行“牙弓线拟合”的研发时，可能少走很多弯路，省却很多重复性工作，便于提高工作效率。
其次，采用“图像处理”和“图像分析识别”技术手段的专利占比超过27%。这两种手段作为软件处理的代表性手段能够解决大多数技术问题，不仅在针对病变识别、拟合牙弓线和防畸变、去模糊这些技术方向上解决效果较好，而且在减少辐射剂量、保持放大率恒定、实现特定摆设、拍摄多样化等技术方向都能够达到预期的技术效果，因而得到了科研人员的广泛青睐与应用，特别是中国的专利申请大多集中在这两个主要的技术手段。目前，这两个技术手段可能是未来一段时间内研发和专利产出的热点。建议：一方面可以深化这两个技术手段在现有技术问题解决方式和解决效果上的研究；另一方面，也可以探索其在其他技术方向上的应用。
“射源控制”、“探测器改进”、“射源与探测器配合”以及“咬合装置”上的操作主要是围绕全景机设备的主要构件，通过外围硬件的调整和控制达到全景图像的优化。这4种技术手段的专利数量之和占总量的38%。其中，射源控制、探测器改进、射源与探测器配合3种技术手段，主要是围绕射源和探测器开展研究，集中在多功能、实现特定拍摄、减少脊柱干扰和保持放大率恒定等技术方向。这些技术方向和前面所说的图像处理和图像分析识别形成互补。由于该部分技术内容大多涉及全景CT机的基础硬件设备，对于中国公司来说研发难度较大，目前，还没有较为典型的中国专利产出。但是作为全景图像生成的关键技术分支，有些问题很难通过软件手段彻底解决，所以在产品的研发实践中本部分的知识产权风险不能简单无视。
图7 数字X线直接拍摄全景图像技术功效矩阵
6 结论与建议
6.1 结论
通过上述分析，本文可得出以下结论：
（1）数字化全景图像生成技术发展十分迅速，2006年～2009年出现峰值，但近两年由于技术成熟度逐渐增高，一些主要的功能逐渐被CBCT图像扫描所替代，新的技术发展点还不明确，所以专利数量增长趋缓。
（2）日本、美国、韩国和中国已经成为本领域主要的专利公开国，特别是后两者专利申请量增速已经超过德国和芬兰。该领域重点申请人中大多为日本、韩国和芬兰公司。其中，日本的研发实力雄厚，韩国和芬兰的一些新兴的技术研发公司的排位靠前，如韩国怡友公司和生物技术公司、芬兰的ajat公司等。
（3）与上述国家相比，中国的公司数量和专利数量相对较少，研发实力还有一定差距。但随着市场环境的不断成熟，近年来中国专利的申请量出现大幅度增长。
6.2 建议
针对我国数字X线全景图像生成技术的发展，本文提出以下建议：
未来几年，我国数字X线全景图像生成技术的长期可持续发展，需要根据自身特点制定科学的发展策略。
从宏观上来看，数字X线全景图像生成技术的发展需要政策长期稳定的支撑，通过对专利信息的分析利用，梳理重点企业和研究机构加以扶持和培育。制定有针对性的整合科研资源，促进产学研结合、协同发展。
在具体技术的研发上，应该制定有针对性的专利布局战略。
（1）对“多轨道”技术解决“牙弓线的拟合”问题，近年来该技术手段的发展势头稳定，应该优先考虑，并做适当的专利布局。
（2）“图像处理”和“图像分析识别”作为一种常用的技术手段，国内已有一定的专利产出和布局，目前还有一定的开发空间。一方面可以深化其在现有技术方向上的研究；另一方面，也可以探索其在其它技术方向上的应用。
（3）“射源控制”、“探测器改进”、“射源与探测器配合”3种技术方案涉及全景机的硬件设备，这部分内容对于中国公司来说研发难度较大，但是作为全景图像生成的关键技术分支，在产品的研发实践中本部分的知识产权风险不能忽视。
[参考文献]
[1] 汪凯,张犁朦,孙靓.基于专利分析的口腔CT领域现状及发展对策研究[J].中国医疗设备,2016,31(4):180-183.
[2] 赵璟阳,张善勇,赵保东,等.影像学在口腔种植中的应用进展[J].中国口腔颌面外科杂志,2013,11(6):509-514.
[3] 王丽颖,金作林.锥形束CT及其在口腔正畸学中的应用[J].国际口腔医学杂志,2013,40(2):181-184.
[4] 马绪臣.口腔颌面锥形束CT的临床应用[M].北京:人民卫生出版社,2011.
[5] Arai Y,Tammisalo E,Iwai K,et al.Development of a compactcomputed tomographic apparatus for dental use[J].Dentomaxillofac Radiol,1999, 28(4):245-248.
[6] 王佳蕾,刘奇,张湘蜀,等.信息时代口腔医院新技术集成策略探讨[J].中国医疗设备,2015,30(4):120-122.
[7] 沙建超,赵蕴华,郑佳.全球医用CT技术的专利计量研究[J]. CT理论与应用研究,2013,(2):385-394.
[8] 张红梅.X线机专利技术分析[J].中国医学装备,2013,(8):27-31.
[9] 北京合享新创信息科技有限公司.IncoPat科技创新情报平台[DB/OL].http://www.incoshare.com/products/incopat.html.
[10] 刘时雄,黄彬,王立石,等.国内医用CT领域专利申请现状分析[J]. CT理论与应用研究,2012,21(4):787-794.
[11] 骆云中,陈蔚杰,徐晓琳.专利情报分析与利用[M].上海:华东理工大学出版社,2007:233-234.
[12] 胡战利,张其阳,蒋昌辉,等.低剂量口腔CT成像系统关键技术与成像方法研究[J].集成技术,2013,(5):73-82.
[13] 乌兰其其格,刘汝平.多层螺旋CT三维重建技术在口腔医学的应用[J].内蒙古医科大学学报,2008,(S2):209-213.
[14] Marmulla R,Wörtche R,Mühling J,et al.Geometric accuracy of the NewTom 9000 Cone beam CT[J].Dentomaxillofac Radiol, 2005,34(1):28-31.
[15] Samei E,Lo JY,Yoshizumi TT,et al.Comparative scatter and dose performance of slot-scan and full-field digitalchest radiography systems[J].Radiology,2005,235(3):940-949.
[16] Sutter R,Pfirrm ann CW,E spinosa N,et al.Three-dimensional hindfoot alignment measurements based on biplanar radiographs:comparison with standard radio graphic measurements[J].Skeletal Radiol,2013,42(4):493-498.
本文编辑 王博洁
Analysis on Patent of Digital X-ray Panoramic Image Generation
ZHANG Li-meng, WANG Kai, WANG Yong
Science and Technology Information Institute of Anhui Province, Hefei Anhui 230088, China
Abstract：In order to stimulate the development of domestic dental medical industry and to understand the development situation of digital X-ray panoramic image generation technology, the paper analyzed and researched on patent of digital X-ray panoramic image generation, and the status of industrial technology research and development was sorted out through analyzing the development trend of global and domestic patents, the principal applicant distributions as well as patent portfolio characteristics of different technology branches. In addition, with the deep analysis on some important branches of digital X-ray panoramic image technology, the technical eff i ciency matrix was made so as to give some appropriate recommendations on technical branch research as well as patent layout. The paper also put forward some suggestions and countermeasures for the development of dental medical industry in China.
Key words：panoramic image; digitization; patent analysis; technology development direction; technical eff i ciency matrix
[中图分类号]R816.98；G306.7
[文献标识码]C
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2017.04.041
[文章编号]1674-1633(2017)04-0148-04
收稿日期：2016-06-02
修回日期：2016-06-30
基金项目：2015年国家知识产权局专利信息利用支撑项目《口腔CT领域专利分析研究》（2015ZC00110）。
作者邮箱：lemmonzh@163.com