正电子医用断层成像（PET）探测器产业技术创新分析
——以飞利浦为例
桂叶晨，刘 晴，万 语
（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215100）
摘 要： [目的/意义]文章通过飞利浦PET探测器专利大数据情报的全球发展动态进行分析，深入研究PET探测器当前发展的技术热点，窥探国外重点竞争对手专利布局以及核心专利，旨在为我国企业以及政府在该领域的发展提供参考。[方法/过程]利用国家知识产权局专利信息检索和分析平台对飞利浦PET探测器领域专利情报进行检索分析，首先判断当前飞利浦研究的技术热点，随后基于该技术热点，根据飞利浦在该技术热点的核心专利挖掘其核心专利技术，其中核心专利基于专利被引频次、五局布局情况、五局授权情况等确定。[结果/结论]读出芯片一直是飞利浦致力研发的方向，同时飞利浦主要在TDC/ADC电路上改进，以解决光子位置的偏移，前端电子特性的限制和硅光电倍增管SiPM的敏感性的问题，中国企业在解决上述问题时，应注意避免上述解决方案，同时，光子位置的偏移是其主要的研发方向，中国企业也可在该方向上与其合作。另外，飞利浦不乏在中国布局的核心专利，中国企业在研发时应注意规避侵权风险。
关键词： PET探测器；专利情报；飞利浦；读出芯片
引言
PET作为一种核医学的重要影像手段，对于功能代谢和受体分布等显示具有很大的优势，是最主要的分子成像技术之一，而伴随着PET成像系统整体的技术发展，PET探测器中采集速度，快速晶体与快速电路成为制约PET系统性能的关键，2006年，飞利浦率先推出在PET探测器的读出电路中采用“飞行时间”技术（Time of Flight，TOF）的GEMII TF PET/CT，不但因此成为第一个在商品化PET/CT上采用这一梦想技术的厂家，也同时证明了，晶体只是提升图像质量的一个基础环节[1]，利用好的晶体最大度实现其固有性能完成提升图像质量才是整体系统设计的灵魂。
近年来，在PET系统产业化方面，飞利浦、西门子以及通用基本在中国形成了“三足鼎力”的局面（表1），垄断了中国近80%的市场[2]，其对核心技术的掌控使得其具有该领域高昂的定价权，与此同时，受到乳腺癌以及其他癌症的发病率快速增长并年轻化的严峻形势的压迫，PET成像系统在中国的医用市场开始崭露头角，包括联影在内的国内企业从2014年也开始涉足该领域，未来中国的PET市场潜力巨大。
生态学是一门综合性、实践性很强的学科。室内实验与野外调查相结合是生态学教学中一项十分重要的教学活动，是检验理论知识掌握得牢固与否的主要手段。
然而，在国外厂商具备核心技术的情报下，要绕过其技术壁垒而形成国内自主产权并非易事。本文从飞利浦专利情报出发，梳理飞利浦在PET探测器领域的创新热点，从而为国内企业提供参考。
表1 中国食品药品监督总局（CFDA）各厂商PET注册情况（数据来源：CFDA官方网站）
1 数据来源与研究方法
（1）检索分析工具与数据源：本文采用国家知识产权局专利信息检索和分析平台对国际PET探测器领域专利情报进行检索分析，本报告检索数据截止日期为2018年12月。
（2）技术分支确定：为了便于了解探测器领域的技术热点，本文结合探测器领域结构特征、探测器技术研发人员的惯用分解方式以及相关文献讨论方法[3][4][5]对探测器的技术分支进行如下分解。探测器包括闪烁晶体，光电转换，读出芯片，整体规划，以及多模态联用这五个关键技术分支。
在课程改革和教学中，教师的教材编写、课程设计和专用技术水平得到了锻炼和增强，参加各类教学评比成绩斐然。2016-2018年，教师获得江苏省高校在线开放课程立项1门、江苏省高校精品教材建设立项2部、江苏省高职院校微课竞赛二等奖2项、全国职业院校高职组教学设计竞赛二等奖1项。
2 飞利浦PET探测器专利申请概况
初帅、孟凡强(2017)[13]的研究用个体小时工资对数作为收入因变量，但考虑到农村劳动时间的特殊性以及收入指标的准确性要求，本文选取个人全年总收入作为收入变量，并且为了实现不同年份数据的可比性，运用居民消费价格指数(CPI)对收入变量进行调整。
表1给出了PET探测器领域全球申请量中“持牛耳”者的排名，尽管飞利浦在中国注册整机的数量较少，然而飞利浦在PET探测器方面的创新不遗余力。由表1来看，飞利浦在该领域处于第一阶梯，同时，飞利浦作为传统的跨行业巨鳄，十分注重多边申请（即一件专利的同族申请的目的地超过3个国家/地区），其多边申请的占比高达75%，是申请量排名第二的西门子以及排名第三的通用的三倍以上，可见其经济实力的雄厚以及对全球市场的重视。同时，结合PET探测器领域的中国专利分析（表2）可以看出，飞利浦公司的专利申请数量和数量均远超其他国外申请人，而排名第二的通用公司仅有39件申请和13件授权专利。因此，国外申请人中，飞利浦公司更加重视在中国的专利布局，另外，从近年来发展的趋势来看，飞利浦近5年申请占比高达30%，可见其也十分看好探测器技术发展的未来。
表2 PET探测器排名前5申请人申请概况
图1 飞利浦各技术分支在全球和中国的占比
3 飞利浦的PET探测器专利各技术分支解析
而排名第二的是闪烁晶体技术，这与晶体技术本身具有决定光子阻止能量的本质有一定的关系，从起年份趋势表（表3）来看，该技术分支的表现也较为稳健，可知对晶体结构以及排布的改进在飞利浦的研发投入中占有一席之地。随之是多模态联用的技术分支，然而该技术分支申请量总体相对较少，尤其在2005年之前，飞利浦并未针对这一技术分支进行针对性的布局，这是由于在PET/CT联用中PET探测器本身所面临的技术问题并不太多，且其主要技术问题，即探测引起的运动差异也可以通过后端的图像配准实现而造成的，同时，其主要竞争对手西门子在该领域进行了一定的部署和研发，为了避免“碰壁”，飞利浦从此选择了读出芯片作为其主要研发方向。然而，从2005年开始，该技术分支就开始保持不断上升的势头，且申请主要集中在PET与MRI的联用之中，这与近些年来学术界不断兴起的PET/MR联用的热潮，以及在联用过程中存在MR磁场干扰的技术难点有密切关系。值得关注的是在光电转换领域中，如同在全球技术概况中所呈现的那样，目前已经不是飞利浦布局的重点，从2008年起涉及光电转换技术的申请量就停止上升，反而呈现出下降的趋势。
四是苦痘病与痘斑病。苦痘病主要发生在果实近成熟期和贮藏期。苦痘病与痘斑病都是因为果实缺钙引起的生理性病害。二者的区别是：痘斑病发生后，褐变发生在表层，由外向里扩展；而苦痘病的褐变则先发生在果肉，由里向外变褐、坏死，果肉有明显的苦味。
从飞利浦申请的各技术分支来看，前端读出芯片技术是其最感兴趣的研究对象，无论是全球申请量（70件）、中国申请量（47件）还是中国授权量（31件），均相对于其他技术分支遥遥领先（图1）。并且，从2012年至今仍然保持着上升的势头，是飞利浦研发的重点方向（表2），而这也与全球技术热点一致。
而从其申请的技术分支的目的地（图2）来看，读出芯片技术在五局均有分布，而闪烁晶体技术、探测器的整体规划以及多模态联用技术均主要在美国布局。在中国布局的各个技术分支中，除了读出芯片之外，闪烁晶体也是不可忽视的一个重要方向，而尽管飞利浦在多模态联合中一共仅仅申请了25件，然而，在中国就布局了21件，可见其对PET/MR在中国未来市场的信心，而中国企业也应尤其注意避开其专利技术创新壁垒。
表3 飞利浦各技术分支年份趋势表
图2 技术分支的布局地
4 飞利浦核心创新技术挖掘
图3 飞利浦PET探测器领域核心专利的技术继承图
本文还对飞利浦在全球授权的所有专利进行进一步分析，以试图挖掘该产业的核心专利与基础专利，事实上，值得注意的是，在2006年，飞利浦公布了其数字硅光电倍增管的核心，即直接在光电倍增管后利用阈值进行数字化的解决方案（WO2006111883A1，被引用87次，其从2003年在美国公开的专利继承而来）。该专利是飞利浦实现全数字化PET的关键所在，且飞利浦针对该技术方案在多达11个国家或地区进行了布局，分别是：中国、欧洲、美国、日本、德国、印度、韩国、印度、俄罗斯、英国以及奥地利。其在五局的申请全部被授权，而同族专利中在中国的申请（CN101163988 A）于2012年6月13日获得了授权，并且，该案在美国本土还具有多件分案申请，其重要性程度，可见一斑。而在其基础上的外围专利有19篇，其中分别包括其后申请的解决SiPM敏感性的另外两个重要温度补偿方案（CN102246058A、CN102341727A）以及为了降低系统成本而考虑的像素化的硅光电倍增管读出电路（CN104076383A）等，该技术的继承性如图3所示。
此外，飞利浦给出的技术方案还主要集中于对能量数字化电路的改进以及对TDC时间数字化采样电路的改进，也即，主要考虑光子在非理想状态的飞行过程中对时间的影响以及对最终能量改变的特性。同时，针对前端电子特性的限制，其主要集中于积分电路的动态范围（如专利CN101903799A），以及解决TDC电路的亚稳态（如典型专利CN101600972A）等技术问题，另外，针对TDC的亚稳定性，飞利浦还给出了对于每一次的触发采样利用两个时间计数器的解决方案（CN102449503A）。
5 结论
在探测器中，前端读出芯片这一技术分支是飞利浦最重要的研发方向。从目前的技术发展程度来看，飞利浦主要在TDC/ADC电路上改进，以解决光子位置的偏移（占比31%），前端电子特性的限制和硅光电倍增管SiPM的敏感性的问题，中国企业在解决上述问题时，应注意避免上述解决方案，同时，光子位置的偏移是其主要的研发方向，中国企业也可在该方向上与其合作。另外，飞利浦在前端读出芯片近年来在中国已经完成了多个方向的专利布局，且布局速度和力度都有所加强，在中国布局的专利中不乏重要的基础性专利，例如其数字化核心专利CN101163988A（用于TOF－PET的数字硅光电倍增管），以及基于该模型而申请的解决硅光电倍增管敏感性的另外两个重要温度补偿方案（CN102246058 A、CN102341727A）以及在此基础上而处于成本考虑发展的虚拟像素化的硅光电倍增管读出电路（CN104076383A）；以及近年来利用统计学模型进行对散射时间概率进行评估以区分散射的专利CN102439626A），以及针对TDC电路的亚稳态和暗电流计数而采取的技术方案（CN101111781A、CN101467067A）等。飞利浦上述专利涉及了数字化、信号的完整性处理、信号的稳定性等核心技术，中国企业可利用上述专利与飞利浦进行合作，同时在研发时也应注意规避上述核心专利，以降低侵权风险。
参考文献：
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Abstract： Purpose/significance：Based on the analysis of the global development of Philips PET detector patent big data information，this paper deeply studies the technical hot spots of the current development of PET detector，and probes into the patent layout and core patents of foreign key competitors.The purpose of this paper is to provide reference for the development of Chinese enterprises and the government in this field.Methods/process：The patent information retrieval and analysis platform of the State Intellectual Property Office was used to retrieve and analyze the patent information in the field of Philips PET detector.Firstly，the hot spot of Philips research was judged，and then based on the hot spot of the technology，the patent information of Philips detector was searched and analyzed by using the patent information retrieval and analysis platform of State intellectual property Office.According to Philips in the hot spot of the technology core patent mining its core patent technology，in which the core patent is based on the patent citation frequency，five bureau layout，five bureau authorization and so on.Results/conclusion：The readout chip has always been in the research and development direction of Philips，and Philips is mainly improving the TDC/ADC circuit to solve the problems of the offset of the photonic position，the limitation of the electronic characteristics of the front end and the sensitivity of the silicon photomultiplier SiPM.In solving the above problems，Chinese enterprises should pay attention to avoid the above solutions，at the same time，the offset of the position of photons is the main research and development direction，Chinese enterprises can also cooperate with them in this direction.In addition，Philips does not lack core patents in China，so Chinese enterprises should avoid the risk of infringement in research and development.
Keywords： PET detector;patent information;Philips;readout chip
中图分类号： T-18
文献标志码： A
文章编号： 2095-2945（2019）23-0050-04
作者简介： 桂叶晨（1985-），女，汉族，江西南昌人，硕士，研究方向为专利审查、分析与导航。
标签：PET探测器论文; 专利情报论文; 飞利浦论文; 读出芯片论文; 国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心论文;