壽晶晶 馬 克 陳 燕 孫全亮

醫(yī)療領域三維打印技術專利狀況研究

壽晶晶①*馬 克①陳 燕①孫全亮①

目的：探討醫(yī)療領域三維打印技術的應用現狀，確定技術應用重點和趨勢。方法：通過分析相關專利數據，研究中國醫(yī)療領域三維打印技術的應用情況。結果：我國醫(yī)療領域三維打印技術增長較快，發(fā)展較好，國內專利申請占據數量優(yōu)勢。主要技術研發(fā)者以國內申請人為主，重點應用產品領域分別為植入性假體、組織工程支架、組織器官、給藥系統、輔助用具及手術策劃6個方向。結論：我國醫(yī)療領域三維打印技術應用發(fā)展迅速，技術研發(fā)者以高校科研機構為主，目前骨科和牙科是技術應用的重點領域。

三維打印技術；專利；植入體；牙科

壽晶晶,男,(1984- ),博士，助理研究員。國家知識產權局知識產權發(fā)展研究中心，研究方向：醫(yī)療、醫(yī)藥領域專利分析。

[First-author’s address]Intellectual Property Development Research Center of State Intellectual Property Office, Beijing 100088, China.

三維打印快速成形技術主要應用于制造工業(yè)，為縮短新產品開發(fā)與試制周期、降低成本、快速響應用戶需求以及增強企業(yè)的市場競爭能力做出了巨大貢獻[1-2]。目前，三維打印快速成形技術發(fā)展如火如荼，引起全球范圍的關注。其在醫(yī)療領域逐漸展現強大的技術優(yōu)勢，相關研究成果不斷涌現[3-5]。

1 三維打印快速成形技術概述

專利文獻作為一種技術保護形式，相對論文成果更接近行業(yè)應用，更能反映技術的產業(yè)化現狀[6]。本研究通過對專利文獻的統計分析，探討三維打印快速成形技術在中國醫(yī)療領域的應用現狀以及相關技術研發(fā)者專利或技術布局[7-8]。

現代三維打印快速成形技術被認為誕生于20世紀80年代后期的美國，是基于材料堆積法的一種技術。歷經了近30年的發(fā)展，三維打印快速成形技術日新月異，已經從概念溝通模型的快速成形發(fā)展到了覆蓋產品設計、研發(fā)和制造的全部環(huán)節(jié)的一種先進制造技術，并出現了多種技術分支[9-10]。三維打印技術類型見表1。

表1 三維打印快速成形主要技術類型

隨著技術的逐漸成熟，三維打印快速成形技術被推廣至生物醫(yī)學工程領域[11-12]。三維打印產品可以根據確切體型匹配定制，通過三維打印制造的醫(yī)療植入物可以提高特殊群體的生活質量(如圖1所示)。

圖1 三維打印快速成形技術醫(yī)療應用領域示圖

三維打印機在醫(yī)療領域的應用大多仍處于試驗階段，但是其應用會越來越普遍。目前三維打印技術在醫(yī)療領域的主要方向分別為：手術策劃、植入性假體制作、組織工程支架、給藥系統、組織器官培養(yǎng)和輔助用具制作6方面[13]。

2 三維打印快速成形技術專利申請

截至2013年7月，在CPRS中國專利數據庫中共檢索到中國專利申請161件。通過專利申請趨勢、區(qū)域分布、申請人、技術構成及領域應用5方面進行分析。

2.1 專利技術發(fā)展趨勢

三維打印快速成形技術的發(fā)展突飛猛進，其在中國醫(yī)療領域的應用也呈現出較大變化(如圖2所示)。

圖2 醫(yī)療領域應用專利申請歷年變化趨勢圖

圖2顯示，中國相關專利申請始于2000年，以清華大學的申請為代表，2003年之前專利申請量很低。2004年開始，申請量有所上升，但2004-2007年基本維持在10件左右；2008年專利申請量較前一時期又有所增加，2009年達到17件，隨后逐年上升。2013年數據公開滯后，導致數據不完整?？傮w而言，我國醫(yī)療領域的三維打印技術增長較快，發(fā)展較好。

2.2 專利技術持有者的國別分布

三維打印快速成形技術在中國的專利除國內技術研發(fā)者外，還有其他國家的企業(yè)公司來華進行專利申請，共計161件(如圖3所示)。

圖3 中國專利申請區(qū)域分布圖

國內專利申請共138件(有效專利63件)，占整個專利申請量86%；國外來華申請共23件(有效專利7件)，占14%，其中美國和德國來華的專利申請相對較多。圖3顯示，國內專利申請占據數量優(yōu)勢。

2.3 專利技術申請人分析

三維打印快速成形技術在醫(yī)療領域的應用不斷增長，對相關專利申請人進行分析能了解各方技術水平和專業(yè)方向。排名靠前的申請人主要以國內申請人為主，且高校占比較高(如圖4所示)。

圖4 中國專利申請量排名前10的申請人示圖

清華大學和西安交通大學申請量排名比較靠前，分別為21件和15件。在申請量排名前10的申請人中，只有矯正技術公司(美國)材料噴射(Projet)1位申請人，其專利申請量為3件，主要涉及牙齒矯正技術的裝置和方法。

清華大學的專利申請相關應用領域分別為植入性假體，組織工程支架和組織器官3方面，其中組織工程支架方面的應用相對較多，分別涉及熔融沉積成型(fused deposition modeling，FDM)、材料噴射(Projet)技術和其他技術。組織器官成形方面共8件專利申請，主要應用Projet技術。植入性假體應用專利5件，涉及FDM和Projet技術。清華大學在組織工程支架和組織器官成形專利實力顯示較強(如圖5所示)。

圖5 清華大學專利申請應用方向的技術構成示圖

西安交通大學在專利申請中以植入性假體為主要應用方向，相關應用專利申請共11件，其技術方案分別涉及立體光固化成型法(stereo lithography appearance，SLA)、FDM、選擇性激光燒結(selective laser sintering，SLS)和材料噴射(Projet)技術，其中SLA和FDM技術的應用較多(如圖6所示)。組織工程支架是西安交通大學專利申請另一個應用方向，技術方案分別涉及SLA和粘結劑噴射，即三維打印。

圖6 西安交通大學專利申請應用方向的技術構成示圖

在國外來華專利申請人矯正技術公司和西門子技術公司專利申請量為3件，其他申請人都只有一件專利申請。矯正技術公司是美國一家專門從事牙齒矯正技術的研究應用公司，目前在中國的3件專利申請主要涉及使用SLA技術制備個性化應用的牙齒矯正裝置。西門子公司來華專利申請主要涉及利用快速成形技術制造助聽器的方法。矯正技術公司和西門子技術公司均為三維打印技術醫(yī)療領域應用的先行者，其在中國專利申請量少表明對中國市場關注程度不高。

2.4 專利技術領域分布

中國醫(yī)療領域的三維打印技術應用分為6個方向：①植入性假體118件(占73%)；②組織工程支架20件(占12%)；③組織器官11件(占6.8%)；④給藥系統6件(占3.7%)；⑤輔助用具4件(占2.4%)；⑥手術策劃2件(占1.2%)，相關專利申請量占比較少(如圖7所示)。植入性假體方面應用是專利技術應用的重點，組織工程支架方面的應用是近期出現的研究熱點[14-15]。

圖7 中國專利申請醫(yī)療應用的領域分布圖

相關的技術應用中SLA技術專利為27件；SLA技術是目前快速成形技術領域中研究得最多的方法，技術上最為成熟，成形的零件精度較高，占據著快速成形設備市場的較大份額。其他SLS、三維打印、材料噴射(Projet)、FDM技術以及SLM技術等技術專利較多(如圖8所示)。

圖8 醫(yī)療領域應用的三維打印技術專利統計示圖

2.5 植入性假體領域的技術應用狀況

植入性假體是我國三維打印快速成形技術在醫(yī)療領域應用最主要的方面，技術構成和技術研發(fā)者具有代表性。

植入性假體方面是快速成形技術最主要的應用，專利申請118件，各種技術在該領域均有應用。應用最多的為SLA技術，有23件專利申請；其次為SLS技術(17件)；SLM和粘結劑噴射(三維打印)技術的應用也較多，專利申請量均為12件。其余專利申請涉及其他各種技術的應用。西安交通大學、解放軍軍醫(yī)大學和華南理工大學是植入性假體方面主要申請人(如圖9所示)。

圖9 植入性假體方面應用的技術種類分布圖

植入性假體方面應用的分支較多，主要以人工骨、骨連接件、假牙、牙齒矯正及植入體模型等。從專利申請量上看，人工骨是最大的應用分支，專利申請量為62件；與其相對應的骨連接件應用為8件，主要涉及骨骼固定連接零件的制備方法。牙科的應用也較多，假牙和牙齒矯正分支的專利申請量分別為26件和13件。從申請量整體分布來看，骨科植入物和牙科植入體是植入性假體最主要的應用(如圖10所示)。

圖10 植入性假體方面應用的分支分布圖

綜合植入性假體應用分支和技術種類專利量分布表明，利用SLS技術和三維打印技術制備人工骨骼，利用SLA技術制備假牙是目前主要的應用重點。其SLS技術應用于人工骨、三維打印技術應用于人工骨、SLA技術應用于假牙近5年的專利申請量占比均＞70%，表明這3個方向不僅是應用重點，也是近年來的應用熱點(如圖11所示)。

圖11 植入性假體方面應用分支的技術種類構成示圖

3 結論

(1)三維打印技術在中國醫(yī)療領域的專利申請快速增長，表明其在醫(yī)療領域的應用具有較大潛力，行業(yè)對未來應用發(fā)展高度關注。

(2)中國醫(yī)療領域三維打印技術研發(fā)以國內高校為主。清華大學、西安交通大學、第四軍醫(yī)大學和華中科技大學等高校院所是三維打印技術在醫(yī)療領域應用的主要技術研發(fā)者。國內企業(yè)發(fā)展動力不足，產學研轉化存在一定問題，需提加大國內企業(yè)創(chuàng)新力度。

(3)在眾多三維打印快速成形技術中，SLA技術專利申請占比最多，其他SLS、三維打印及Projet等技術專利申請也較多，表明醫(yī)療領域的應用對三維打印技術有一定選擇性。植入性假體和組織工程支架制造是三維打印快速成形技術在醫(yī)療領域最主要的應用方向。

(4)植入性假體方面，其SLS和三維打印技術應用于人工骨制備、SLA技術應用于假牙制造是目前應用的重點和熱點；其他如FDM技術制作假牙也是三維技術在植入性假體方面主要的應用結合點。

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The patents of 3D printing technology in medical apparatus in China/

SHOU Jing-jing, MA Ke, CHEN Yan, et al// China Medical Equipment,2014,11(12):22-25.

Objective:Evaluating the tendency and major technical field of the application of three dimensional printing technology in Chinese medical apparatus.Methods:Investigating the application of Three dimensional printing technology in medical apparatus by analyzing the patent data.Result:The applications of three dimensional printing technology in medical apparatus rapidly increase recently. Most patents are applied by domestic applicant. The major application areas include implant, tissue engineering scaffold, artificial tissues and organs, drug delivery system and surgery assistant appliance.Conclusion:The three dimensional printing technology in medical apparatus is developing rapidly. Most of the techniques are owned by universities and research institutes. The implant and tissue engineering scaffolds are the major application fields.

Three dimensional printing technology; Patent; Implant; Dentistry

1672-8270(2014)12-0022-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.12.008

2014-07-01

①國家知識產權局知識產權發(fā)展研究中心 北京 100088

*通訊作者：shoujingjing@sipo.gov.cn