關節在長期間的磨損下，易造成類風濕性關節炎、退化性關節炎等疾病，導致關節感到疼痛及行動不便1，而人工關節顧名思義即是以鈦合金、陶瓷及不鏽鋼等各種材料製成，用來置換已經磨損的關節，目前可應用於膝蓋、髖骨、肩膀、肘腕、腳踝、脊椎等部位2；而人工關節置換手術需特別注意以下幾項風險3：
- 麻醉風險。
- 於體內放入他物，需考量免疫系統排斥而導致的感染或發炎風險。
- 結疤導致組織纖維化，進而使關節活動不便。
- 材料微粒可能會有金屬殘留引發的腫瘤疾病。
1938年，人們試著以金屬物取帶軟骨成為人工關節研發的概念，而隨著科技及知識的進步，1980年代各領域專家逐漸加以改良，最終於2006年於美國首次完成「膝蓋」置換手術，台灣則是於近幾年才開始進行人工關節置換技術，且進一步地結合機器人手臂和微創手術，目前已成功完成約1千多起案例4。
因此，本文透過關鍵字「joint、articulation、artificial、material、preparation、implantation、implant」等，初探人工關節於全球的專利技術佈局概況。
一、全球線性滑軌市場概況
近年全球人工關節之技術生命週期(三年期/一年為期)概況顯示，該技術生命週期分析出依據專利申請數量與專利申請權人數隨時間之消長，觀察人工關節產業所處之技術生命週期階段，如為：技術萌芽期、成長期、成熟期或是衰退期等。
如圖一之技術生命週期概況(三年期)顯示，橫軸為專利權人的投入量，縱軸為專利件數的申請量。相關技術自1997-1999年逐年成長，其中以每期的成長率顯示，2000-2002年專利研發投入的成長率最高，件數及人數分別達86.84%及60.37%，之後件數及人數的每期平均成長率亦達17.07%及32.02%，最終於2015-2017年創下高峰，約為2,157件及1,672人。
圖一 近年全球線性滑軌之技術生命週期概況(三年期)
另外，針對一年期之技術生命週期圖顯示，相關專利投入人數於2014年最為活絡，約為604人，而申請數量則是於2016年達到高峰，約為756件，雖然2017年的專利研發投入量有減少，但減緩幅度小，因此推論產業目前仍處於成長期階段5。
近年全球人工關節之專利概況如圖三顯示，相關技術的專利申請量於2016年達最高點，約為750餘件；專利公開/公告數量整體呈現正向成長，並於2017年創下新高，達1,050餘件6。
(一)人工關節近年專利申請與獲證資訊
全球人工關節之專利申請與獲證數量如圖四所示，歷年專利申請數量約為12,142件，其中已獲證的發明專利約4,405件，獲證率達36.28%。
(二)全球前五大人工關節之專利佈局國家或屬地
全球前五大人工關節之專利佈局國家或屬地如圖五所示，其中以CN(中國)為最大屬地，占比達33.48%，其餘依序為US(美國)、JP(日本)、EP(歐洲專利局)及WO(世界智慧財產局)。
二、人工關節之專利技術分佈概況
人工關節之專利技術與應用分佈之大分類如下圖六所示，自環狀圖由右至左的色塊比例得知，該技術主要涉及frame(支架)、vertebra(椎骨)、femoral(股)、disease(疾病)、medical device(醫療裝置)、coat(塗層)、guide(導航/指南)、ceramic(陶瓷)、antibody(抗體)、alloy(合金)等。且由此分析顯示，該些技術亦為人工關節之核心佈局的前十大技術與應用主軸，並於圖七顯示TOP 1 技術領域中之TOP 5申請權人。
圖七 於TOP1技術領域中TOP 5申請權人
上述之人工關節主要技術涉及領域(細項分類)，可配合下圖八之等高線圖相互比對，分析更細節之技術應用發展，並以高峰表示技術佈局之多寡。探勘近年專利技術的發展主要落在標記、脊椎、骨水泥成分、構造、形狀、膝蓋、固定、結構及組織等。
三、全球人工關節之相關所屬競爭者分析
(一)相關所屬競爭者之技術佈局
根據圖九及圖十顯示投入該產業技術之標的公司，如DAIICHI SANKYO CO LTD以綠色圓點標註，PFIZER INC以藍色圓點標註，KYOCERA CORP以紅色圓點標註，可看出相關標的公司於人工關節相關技術之分佈概況。
圖十 相關標的公司佈局人工關節之技術領域
(二)相關所屬競爭者之引證分析
下表顯示人工關節相關競爭者之TOP 5平均引證分析，其中包含被引證數(Forward Citation)與引證數(Backward Citation)。若以次數為基準，被引證次數及引證他人次數最多者皆為DEPUY PROD INC，分別達2,125次及4,412次。
| 表一 產業競爭者之TOP 5平均被引證/引證分析 | |||
| Forward Citation | |||
| Assignee/Applicant | Patent | Cited | Avg citation |
| DEPUY PROD INC | 281 | 2,125 | 7.56 |
| PFIZER INC | 410 | 1,647 | 4.02 |
| DAIICHI SANKYO CO LTD | 278 | 739 | 2.66 |
| KYOCERA CORP | 172 | 525 | 3.05 |
| MONDOBIOTECH LAB AG | 172 | 72 | 0.42 |
| 表一 產業競爭者之TOP 5平均被引證/引證分析 | |||
| Backward Citation | |||
| Assignee/Applicant | Patent | Cited | Avg citation |
| DEPUY PROD INC | 281 | 4,412 | 15.70 |
| DAIICHI SANKYO CO LTD | 278 | 1,373 | 4.94 |
| KYOCERA CORP | 172 | 1,021 | 5.94 |
| PFIZER INC | 410 | 720 | 1.76 |
| MONDOBIOTECH LAB AG | 172 | 373 | 2.17 |
四、合作專利分類(CPC)與國際分類號(IPC)分析
(一)全球前五大之人工關節之CPC7技術分類號分佈
如圖十一和表二所示，人工關節主要CPC技術分類號主要包含A61F組群，包含A61F 2310/00023、A61F 2/34、A61F 2/30767、A61F 2220/0033及A61F 2/32。該些技術涉及鈦合金、髖臼杯、改善骨骼生長、髖關節等。再者，透過CPC技術分類號的分析，提供給相關技術領域研發者，可利用此分類號更有效率地縮短前案的檢索搜尋，或比較相關前案技術特徵的時間。
| 表二 CPC技術分類號之詳細說明 | |
| CPC | Definition |
| A61F 2310/00023 | Titanium or titanium-based alloys, e.g. Ti-Ni alloys |
| A61F 2/34 | Acetabular cups |
| A61F 2/30767 | Special external and/or bone-contacting surfaces, e.g. coating for improving bone ingrowth |
| A61F 2220/0033 | made by longitudinally pushing a protrusion into a complementary-shaped recess, e.g. held by friction fit |
| A61F 2/32 | for the hip |
| 資料來源：各國專利局資料庫，華淵公司整理 | |
圖十二顯示TOP 5國家/屬地9及TOP 5 IPC之關係，在全球人工關節相關技術中，可看出US(美國)在TOP 5 Current IPC中佈局數量皆最多，惟CN(中國)涉及的技術較為廣泛，故整體仍以在CN(中國)佈局的專利最多，占比達33.48%10。
| 表三 IPC技術分類號之詳細說明 | |
| IPC | Definition |
| A61F 2/30 | 關節 |
| A61F 2/00 | 可植入血管中之過濾器；假肢體，即用於人體各部分的人造代用品或取代物；用於假肢體與人體相連的器械；對人體管狀結構提供開口或防止塌陷的裝置，如支架 |
| A61L 27/00 | 假體材料或假體被覆材料 |
| A61F 2/36 | 股骨頭 |
| A61F 2/46 | 用於移植人造關節之特殊工具 |
(一)近5年相關文獻主要涉及議題
下圖十三顯示近5年相關文獻(期刊/會議錄)主要研究之Top 5議題為surface(表層)、alloy(合金)、coat(塗層)、arthroplasty(關節形成術)及model(模型)。
(二)近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地
針對近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地中，主要以CN(中國)為主，占48.28%。
(三)近5年文獻議題分佈概況
全球近5年人工關節技術之相關文獻(期刊/會議錄)探討之議題分佈如圖十五，主要研究關於摩擦、相容性、關節造形術及層等，並將TOP3引用數以紅、藍、橘呈現之。
(四)相關期刊之資訊
以下由近5年發佈之期刊中，搜尋出TOP 3引用數之期刊資料，詳如下表。
| 表四 人工關節文獻一部分期刊資訊 | |
| 欄 位 | 文獻一 |
| 文獻來源 | JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL MATERIALS,31: 117-134 MAR 2014 |
| 標 題 | Advances in tribological testing of artificial joint biomaterials using multidirectional pin-on-disk testers |
| 作 者 | Baykal, D |
| 被引用數 | 23 |
| 國 家 | NETHERLANDS |
| 表五 人工關節文獻二部分期刊資訊 | |
| 欄 位 | 文獻二 |
| 文獻來源 | JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B,2 (8): 971-980 FEB 28 2014 |
| 標 題 | Self-reinforced polyethylene blend for artificial joint application |
| 作 者 | Huang, YF |
| 被引用數 | 17 |
| 國 家 | ENGLAND |
| 表六 人工關節文獻三部分期刊資訊 | |
| 欄 位 | 文獻三 |
| 文獻來源 | KNEE SURGERY SPORTS TRAUMATOLOGY ARTHROSCOPY,25 (3): 681-686 MAR 2017 |
| 標 題 | Unicompartmental knee arthroplasty versus total knee arthroplasty: Which type of artificial joint do patients forget? |
| 作 者 | Zuiderbaan, HA |
| 被引用數 | 14 |
| 國 家 | USA |
| 註1 | 國泰綜合醫院骨科。認識人工膝關節置換術。資料來源 |
| 註2 | 長庚醫院。人工關節是什麼人工關節的材質與種類。資料來源 |
| 註3 | 華人健康網。該做人工關節手術嗎？安裝人工關節前必看的停看聽。資料來源 |
| 註4 | 大紀元。和AI合作時代來臨 機器人手臂人工關節置換術。資料來源 |
| 註5 | 2018年因各國專利資料庫部分未公告，該數字僅供參考。 |
| 註6 | 2018年因各國專利資料庫部分未公告，該數字僅供參考。 |
| 註7 | CPC: Cooperative Patent Classification |
| 註8 | IPC: International Patent Classification |
| 註9 | 此分析中的TOP 5國家/屬地係指整體產業申請數量前五名，如圖五，而非指各項IPC下的前五大申請國家/屬地。 |
| 註10 | 詳細比率請參閱圖五。 |
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