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作者:尹居中 (2000-06-01),核可:徐業良 (2000-06-03)
附註:本文為「新型人工全膝關節設計」研究計畫部份成果

人工膝關節專利分析

1. 專利分析的目的與進行步驟

專利分析工作不論對新產品的開發或是現有產品的改良來說,都是非常重要的。專利分析的主要目的在於藉由蒐集、分析相關產品之專利,在產品開發計畫執行前,瞭解相關競爭產品的專利狀況以及技術特點,並可以對該產品領域內研究方向與技術有一整體性的認識,以期助於研究方向之導正,避免無意間落入他人專利陷阱、或觸犯他人專利等。

專利分析工作進行之步驟如圖1所示。開始必須先確定欲進行搜尋的檢索主題、地區與資料庫名稱,以確定專利分析之對象與範圍,之後開始於專利資料庫中輸入關鍵字作實際的搜索。最初搜索所得之結果,數量可能非常龐大,且其中並非都是與計畫內容有直接關係的專利資料,此時的資料稱其為專利分析的初級資料,初級資料必須依賴研究人員判斷篩選,以過濾出與計畫內容有關或能提供直接幫助的專利次級資料。

篩選出次級資料之後,便開始進行專利資料之解讀。解讀專利的重點,不在於學習該專利的所有技術內容,而是在於瞭解該專利之目的、欲解決的問題、主要技術手段、以及主張權力範圍等資訊。故不需要將專利全文逐字解析,而是主要由摘要(abstract)、發明背景(background of invention)、發明概述(brief description of invention)、申請專利範圍(claim)等著手。

解讀專利後,應搭配圖面製作專利分析摘要表,以將專利資訊作有效率之整理,研究人員可迅速由表中查詢各篇專利的重要內容並加以整理,最後產生的是技術功效矩陣等比較研究的統計表格。

1 專利分析工作流程圖

2. 人工膝關節專利分析背景設定

在進行專利分析之前,必須先確定欲搜尋的主題、地區、資料庫等必要的背景資訊,才能有效蒐集到計劃中所需要的專利資料。在此次人工膝關節專利分析中,我們以美國IBM專利資料庫與中華民國專利公報資料庫作為搜尋專利資料的工具,搜尋近年來國內外人工膝關節的相關專利,其國際專利分類碼為A61F,而專利發表的地區與公司則不設限,以期能夠搜尋出更多有用的專利資料。1是此次專利蒐集分析的背景設定。

1 專利分析背景設定

搜尋公司

不限

搜尋地區

不限

搜尋年份

19702000

國際專利分類

A61F

搜尋語言

英文、中文

資料庫名稱

美國IBM專利資料庫

中華民國專利公報資料庫

關鍵字

knee, knee joint, prostheses, femoral, tibia, tibial, meniscus, meniscal

膝關節、置換術、股骨、脛骨、脛骨托盤、半月板

專利搜尋進行的方式是透過網路與專利資料庫連線,在資料庫內鍵入若干適當的關鍵字後,資料庫便會自動搜尋出包含該關鍵字的相關專利,再針對資料庫搜尋所得的結果加以研判,找出此計畫內所需要的專利資料加以分析整理。

此種利用資料庫搜尋的方式,其搜尋結果會因為所取用的關鍵字而出現相當大的差異性,故在關鍵字的選擇上必須格外注意。此次專利搜尋分析的對象為人工膝關節,故搜尋時也以此方面的關鍵字為優先考量,例如“knee”“knee joint”“prostheses”等,但是除此之外,亦將人工膝關節的組成元件,例如 “femoral”“tibial”“meniscal”等列為此次專利搜尋的關鍵字。

3. 專利搜尋結果分析

(1)篩選專利次級資料

在輸入適當關鍵字之後,可以將資料庫內包含關鍵字的專利資料搜尋出來,此時所得到的搜尋結果,我們稱作專利搜尋的初級資料。初級資料的數量相當大,因為只要是在專利名稱或內容之中有包含關鍵字的資料都會被搜尋出來,但其中大部分專利資料可能與此計畫的實施內容毫無關係,故還必須將初級資料加以篩選整理,以在初級資料中過濾出與人工膝關節有關,或是會對此計劃進行帶來幫助的專利次級資料。

(2)建立專利分析摘要表

在得到專利次級資料後,必須對次級資料作更進一步的分析與整理,我們進行了解讀專利資料的工作,其重點在於瞭解該專利之目的、欲解決的問題、主要技術手段、以及主張權力範圍等。解讀專利後,搭配圖面製作每一專利之分析摘要表,其大致的格式如表1所示。專利分析摘要表係將專利做摘要整理,就其專利目的、達成效果、解決手段、與專利要件等,作成調理分明之簡表,提供研發人員一目了然的專利資訊,以縮短研讀時間。人工膝關節專利分析共獲得43筆專利次級資料,其專利分析摘要表均附於文後附錄。

2 專利分析摘要表

專利號碼

U.S.P. 4,207,627

申請日

Jan. 18, 1979

公開日

Jun. 17, 1980

專利名稱

KNEE PROSTHESIS

分析人員

 

分析日期

 

發明人

Jean-Marie Cloutier

申請者

 

專利目的

設計一無鉸鏈連接之人工膝關節。

達成效果

Ø            無須鉸鏈的結構就能提升膝關節的運動穩定性。

Ø            人工膝關節可產生彎曲、伸展與滑移等相對運動。

Ø            股骨骨髁的關節面磨損時,進行更換。

技術手段

Ø            脛骨骨髁的上端設計成淺盤形式,容許股骨在淺盤裡產生相對運動。

Ø            股骨骨髁設計成可拆卸式。

專利分析摘要表建立完成之後,便能夠對此次專利搜尋的資料結果整理成為專利目的分析表與技術/功效矩陣表。

(3)建立專利目的分析表

專利目的分析表是以專利編號為橫軸的欄,專利目的為縱軸的列,由表中可以清楚了解,每個專利的目的,及其所能達到的功效,且由統計資料可獲得大部分專利的研究方向。表2與表3為此次人工膝關節的專利目的分析表,由表中可看出,由於膝關節最主要的功能在產生彎曲、伸展以及平行滑移等功能,故在各項專利目的中,相關改善彎曲角度以及改善平行滑移的專利數目最多。而不少膝關節置換術在進行時會將十字韌帶移除,故在人工膝關節相對運動的穩定性上,也有許多研究著重於此。

2 專利目的分析表(一)

編號

專利目的

1

2

3

4

5

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

小計

改善彎曲角度

1

1

1

1

1

 

1

1

 

1

1

1

1

1

 

1

 

 

1

1

 

1

16

改善平行旋轉角度

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

3

改善平行滑移

 

1

1

 

1

1

1

1

 

 

1

 

1

 

 

1

 

 

1

1

 

1

12

可更換膝關節組件

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

4

增加運動穩定性

 

 

 

1

 

 

 

1

 

1

1

 

 

 

1

1

1

1

1

1

1

1

12

改善磨耗狀況

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

3

增添手術方便性

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3 專利目的分析表(二)

編號

專利目的

24

25

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

總計

改善彎曲角度

 

 

1

1

1

1

1

 

1

 

1

1

1

1

1

 

 

1

 

1

1

30

改善平行旋轉角度

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

改善平行滑移

 

 

1

1

1

1

1

 

1

 

1

1

1

 

 

 

 

1

 

1

1

24

可更換膝關節組件

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

5

增加運動穩定性

 

 

 

 

1

 

 

1

1

1

1

1

 

1

1

1

1

 

1

1

 

24

改善磨耗狀況

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

7

增添手術方便性

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

4

(4)建立技術/功效矩陣表

技術/功效矩陣表係就特定之專利目的,彙整相關專利,分解其技術手段與達成功效,製成矩陣型態之統計表。各個專利資料所要達成的功效作為橫軸的欄,將專利資料中所使用的技術手段作為縱向的列,而表中央所列的是每個專利分析摘要表的編號。分析此統計表,研究人員將可一目了然各種技術手段與功效,了解可利用哪些技術手段達成哪些功效。除此之外,還能從表中看出大部分的研究方向著眼於達成何種功效,而最普遍被採用的技術手段又是哪些,可作為進行創新性專利迴避設計時之資料庫,有益於衍生新的專利。表4為人工膝關節專利之技術/功效矩陣表,由表中可輕易的看出目前設計人工膝關節所採用的技術手段與其能達到的功效。大部分研究均著眼在改善彎曲角度與平行滑移以及增加運動穩定度上,而採用的技術手段較集中在修正股骨骨髁、半月板與脛骨托盤的幾何外型。

4 技術/功效矩陣圖

功效

技術手段

改善彎曲角度

改善平行旋轉角度

改善平行滑移

可更換膝關節組件

增加運動之穩定性

改善磨耗狀況

增添手術方便性

修改股骨骨髁幾何外型

01,02,03,04,08,11,12,13,14,15,17,20,21,23,27,28,29,31,33,35,36,37,38,39,42,44,45

01,04,22,28

03,08,09,12,14,17,20,21,23,27,28,29,31,33,35,36,37,42,44,45

12

04,11,15,17,18,19,20,21,22,23,29,32,33,34,35,36,38,39,40,41,42,43,44

27,34,43,44

10,21,25,42

修改半月板幾何外型

02,04,05,08,11,13,29,30,33,35,36

22,28

02,05,07,08,29,30,33,35,36

18

04,11,18,22,33,35,41,43

43

25

修改脛骨拖盤幾何外型

01,03,09,14,15,17,20,21,23,27,28,37,38,39,44

01,04

03,07,09,12,14,17,20,21,23,27,28,37

 

09,12,15,16,17,18,19,20,21,23,29,32,34,36,38,39,40,41,43,44

27,34,44

25

模組化設計

 

 

 

08,12,18,43

 

 

10,25

增設導引曲面

21

 

21

 

11,16,19,21,23,36,40

 

 

替代材質設計

 

 

 

 

 

05,09,16

 

(5)建立專利年代分析表

5為將膝關節專利的目的依年份區分,由表中可發現,70年代為研發人工膝關節的第一個高峰,而研究重點較集中在改善彎曲角度與提升運動的穩定性,由於早期設計的人工膝關節較不注意平行滑移的動作,運動所造成的衝擊較難以抵消,導致半月板容易磨損,故在後來的設計上,平行滑移的運動模式已為設計時所重視的重點。90年代膝關節的專利數量已減少,但研發出的產品較為多元化,各方面功能均有注意到,尤其人性化的考量,提升了不少醫師在施行膝關節置換術時的方便性。

5 人工膝關節專利年代分析表

年份

專利目的

1970~1975

1976~1980

1981~1985

1986~1990

1991~

專利總數

8

12

6

11

6

改善彎曲角度

8

9

2

8

3

改善平行旋轉角度

1

1

0

1

1

改善平行滑移

4

8

2

8

3

可更換膝關節組件

1

2

0

1

1

增加運動穩定性

6

6

4

5

2

改善磨耗狀況

1

1

2

0

2

增添手術方便性

0

0

0

2

2