解密急救神器”ECMO的专利技术全景

    体外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO）是体外循环（Cardiopulmonary Bypass，CPB）的一种改良形式，主要用于对重症心肺功能衰竭患者提供持续的体外呼吸与循环1，为部分重症新冠患者和医生带来了希望。本文对ECMO的发展历史、基本工作原理、市场情况等进行了概览，并对该技术领域全球范围内的专利进行了全景分析，以期快速、直观、全面的了解ECMO的现状及发展趋势。

图1 ECMO设备2

ECMO概述

1972年，医学博士J Donald Hill等在新英格兰医学期刊（NEJM）发表了全球首例ECMO成功案例2，通过Web of Science我们可以快速找到这篇文章：J Donald Hill等人在加利福尼亚州圣塔芭芭拉市，对一名发生严重摩托车事故肺部创伤并发呼吸衰竭的24岁男子施用ECMO，持续75小时，患者肺休克综合症逆转，并最终康复。

图2 Dr J Donald Hill

此后针对ECMO的研究逐渐增多。2009年甲型H1N1流感大流行期间，广泛出现了利用ECMO成功治疗的临床案例。当下的新型冠状病毒疫情，又一次将ECMO带到了大众面前。

图3 VA-ECMO插管类型及工作原理示意图3

ECMO的工作原理包括：从静脉中抽血，将静脉血泵送至氧合器，在氧合器中添加氧气并清除二氧化碳，然后将适合人体温度的血液输回静脉（VV-ECMO）或动脉（VA-ECMO）。图3展示了VA-ECMO的工作原理及几种插管类型，当通过颈内静脉--腋动脉插管时，病人理论上能够下床行走。此外，ECMO设备可拓展多种模块，可以包括各种血流量和压力传感器，连续氧合血红蛋白饱和度传感器以及用于输注药物或收集生物样本的接口等4。

据MarketsandMarkets预测5，ECMO设备市场有望在2021年达到3.053亿美元，在2016年至2021年的预测期内，复合年增长率为4.3％。Getinge Group，Medtronic plc和LivaNova PLC是ECMO设备市场的前三名，2015年，仅这三家公司便占据了约68.8％的全球市场份额。该市场的其他参与者还包括XENIOS AG，Terumo Corporation，微创医疗，NIPRO Corporation，OriGen Biomedical，Inc，ALung Technologies，Inc.和EUROSETS Srl。

ECMO专利全景概览

本文试结合近20年全球ECMO相关专利信息，快速了解ECMO专利技术全景。

（一）专利活动时间趋势

图4 全球ECMO相关专利活动趋势

图4展示了自1999年起，ECMO相关专利每年（指最早申请年）的申请数量（以DWPI专利家族计），同时叠加了全球所有技术领域专利申请趋势折线图作为基准（数据来源：DWPI，介于专利从申请到公开通常会有18个月的滞后期，因此2018-2019年专利申请数据尚不完整，未包含在图中）。

可以看出，相比全球的专利申请增长趋势，本技术领域专利活动相对平缓，较其他热点技术领域而言研发活动不积极，未受到业界广泛重视。

（二）发明原创国家/地区

图5 发明原创国家/地区

图5展示了ECMO相关发明首次进行专利申请的国家/地区（即优先权国家/地区）。本领域72%的发明创造集中在美、日两国，这也与两国拥有众多**的医疗器械企业相对应。

图6 原创国家/地区发明增长趋势

图6展示了发明原创国家/地区专利申请的增长趋势，从左到右表示增长率由低到高，气泡大小代表发明数量多少。可以看出，虽然来自美国的发明数量最多，但其近期下降的速度也最快。澳大利亚和法国在本技术领域的增长率也呈下降趋势。相比之下，日本、中国和德国在近几年增长迅速。

（三）全球保护策略

图7 发明进入国家/地区数量

在一个专利审查机构提交“优先权”专利申请后，申请人可以选择对其发明创造，即同一专利“家族”中的专利，在其它国家/地区进行保护。上图显示了本数据集内按照专利家族成员进入国家/地区数量的分布情况（以DWPI专利家族计）。

可以看出，本领域的全球专利保护水平适中，约有近一半的发明（43.7％）仅在一个专利审查机构进行专利申请——通常是申请实体所在的国家/地区，另外3.6％在15个以上的国家/地区提交了申请。

图8 申请国家/地区布局

通过图8可以看出，专利家族成员进入的国家/地区中，美国布局最多（26％），紧随其后的是日本（19％），这也显示了本领域专利申请人对日本和美国市场的重视。此外此柱状图中还显示了全球基准数据——在各审查机构内提交的所有专利的相对比例。数据显示，除美国外，本领域大部分国家/地区的布局水平都低于全球基准。

（四）专利实体分析

图9 不同类型实体发明占比

从图9的上半部分可以看出，该领域的大多数实体（68％）为企业等商业实体，它们更专注于有商业化潜力技术的成果转化与应用。另外，少量的发明（4％）为学术或政府研究机构所申请，其中大多为医疗机构，且发明创造的技术主题主要围绕ECMO设备的使用。学术机构和政府组织与商业实体之间的合作发明数量较少，仅占小于1%。

图9的下半部分将专利实体拥有的专利组合按照规模大小划分后进行分析。可以看出，本领域若干拥有大规模专利组合的实体的发明量占到总数的61％，似乎呈现出商业竞争的技术垄断态势。

图10 不同类型实体发明增长趋势

结合图9与10不难看出，拥有大规模专利组合的实体以及企业是推动这一技术领域发明增长的主力。

图11 大规模专利组合实体及发明数量

图11展示了本领域专利规模最大的26个实体名单，他们均拥有20或更多项发明，其中TERUMO和MEDTRONIC在数量上处于绝对优势。

（五）专利强度分析

上面我们一起分析了专利组合规模、专利申请的地域趋势以及专利申请的时间趋势等维度。接下来通过对专利德温特强度指数（Derwent Strength Index）的分析，可以进行更深入的解读。专利强度分析通过对专利影响力、申请地域广度、技术广度以及授权与否等参数的评估，考察相同技术领域中专利之间的相对重要性，而不是单纯专利数量的堆叠。

图12 重点专利实体专利组合平均德温特强度指数

图12左侧为按照专利组合规模自上而下排序，右侧为按照专利组合的平均德温特强度指数强弱自上而下排序，中间紫线为本数据集德温特强度指数平均值。可以看出，一些较大规模专利组合的平均德温特强度指数值低于整个专利数据集的平均值。另一方面，一些较小的专利组合的强度指数高于平均值，尤其是FRESENIUS MEDICAL CARE DEUT GMBH的专利包强度指数最高，来自中国的微创医疗表现同样抢眼。

图13 重点专利实体专利组合竞争态势

图13直观地展示了专利强度、专利组合规模以及专利组合剩余寿命的关系。其中，气泡大小代表专利组合的规模，专利强度向上增加，而专利组合剩余年限则向右增加；因此，最有利的组合（强度和新专利的最佳组合）位于右上部分。从这个角度来看，FRESENIUS Medical care DEUT GMBH、Thoratec CORP、DRAEGER medical GMBH、Shanghai Microport medical GROUP CO LTD、MAQUET GMBH、和EUROSETS SRL展示了平均德温特强度和新近度的最佳组合

此外，ECMO还可按照设备部件进一步细分为血液泵（主要供应商包括：Maquet，Medos，和Thoratec）、氧合器（主要供应商包括Quadrox-iD，Hilite LT，Lilliput 和Biocube）、血管导管以及各类传感器等技术，本文并未展开分析。

随着科技的迅猛发展与信息的爆炸，将文献、专利与市场信息有机的结合，进行技术全景分析，可以帮助我们快速全面的了解技术趋势、发展方向、掌握竞争对手动态和核心专利，为政府、企业的战略决策或研发创新提供有利的数据支撑。

参考文献：

1. Lequier L, Horton S B, McMullan D M, et al. Extracorporeal membrane oxygenation circuitry[J]. Pediatric critical care medicine: a journal of the Society of Critical Care Medicine and the World Federation of Pediatric Intensive and Critical Care Societies, 2013, 14(5 0 1): S7.

2. https://www.inogen.com/blog/ecmo-extracorporeal-membrane-oxygenation/

3. Hill J D, O'Brien T G, Murray J J, et al. Prolonged extracorporeal oxygenation for acute post-traumatic respiratory failure (shock-lung syndrome) use of the Bramson membrane lung[J]. New England Journal of Medicine, 1972, 286(12): 629-634.

4. Keebler M E, Haddad E V, Choi C W, et al. Venoarterial extracorporeal membrane oxygenation in cardiogenic shock[J]. JACC: Heart Failure, 2018, 6(6): 503-516.

5. ECMO: extracorporeal cardiopulmonary support in critical care[M]. University of Washington Press, 2018.

6. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/extracorporeal-membrane-oxygenation-systems-market-255167654.html

作者简介

Bin Wu 武彬

德温特知识产权解决方案顾问

目前任职于科睿唯安德温特事业部，担任知识产权解决方案顾问。加入科睿唯安以前，曾任职于代理所、企业及专利分析顾问公司。武彬老师拥有超过10年的知识产权、研发经验及职业专利代理师。他熟知各种专利分析方法论，已为数百个企业、政府及学术研究机构的客户完成了复杂的专利分析项目。

Guangkai Xu 许光凯

德温特知识产权解决方案顾问

目前任职于科睿唯安德温特事业部，担任知识产权解决方案顾问。许博士具有扎实的专利检索、分析功底和临床前药物研发经验。他熟知各种专利分析方法论以及企业知识产权项目管理流程，协助企业规避知识产权风险，探索新技术、新市场，评估无形资产价值，监控竞争对手动态。许博士同时被特聘为中国科学院大学《专利申请与信息利用》研究生课程讲师，加入科睿唯安前任国家知识产权局北京中心专利审查员。来源：科睿