从专利视角探“抗疫利器”——额温枪

总第162期 张玲玲 国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 审查员发表,[专利]文章

“发热”是新型冠状病毒感染的肺炎病例的主要临床表现,因此,体温测量成为初步筛查“新冠肺炎”病例的一项非常重要的手段。额温枪依靠其非接触、测量快、避免交叉感染的优点,成为疫情时期首选的测温工具。一时间,车站、高速口、超市、商场、小区门口等地,随处可见警察、保安等手持额温枪对旅客、顾客、业主等进行体温检查。随着需求量的激增,额温枪也迅速成为继口罩之后的又一“断货王”。

红外测温技术的起源以及测量原理

额温枪的核心技术是红外测温技术。从1800年红外线首次被人类发现,到1859年基尔霍夫辐射定律的提出,再到1862年绝对黑体概念的提出,以及后来的玻尔兹曼、维恩、普朗克等科学家对黑体的相关研究,这些理论和研究共同为红外技术的发展奠定了坚实的理论基础,红外测温也由此发展而来。红外测温最初被应用于普通工业领域,随着水银温度计的缺陷被发现,红外体温计才开始逐渐发展起来。随着2003年SARS病毒疫情的爆发,红外体温计的非接触、快速测量的优点受到广泛重视,红外体温计在医疗保健领域得到了快速发展[1]。

额温枪的核心结构如下图所示,其测量原理为:人体额头热辐射的红外线经测量窗口到达滤光片,经滤光片过滤后到达热释电元件,热释电元件将热信号(即红外线)转换为电信号,然后输出至处理器进行处理计算,获得人体额头的温度。

图1 额温枪核心结构图示

额温枪专利技术的演进

 

 


图2 额温枪相关专利

笔者在Incopat数据库中,使用关键词“红外”“额温 or 额头 or 前额 or 额部”结合分类号A61B5/01进行检索,并进行了初步筛选和申请号合并,最终获得了213篇相关专利文献。

通过对上述213篇相关专利文献的阅读和分析,笔者发现,在早期申请中,公告号为US6292685B1的专利具有同族数量多、布局范围广、被引证次数多的特点,其中,该专利具有10个简单同族,布局在美国、欧洲、澳大利亚、日本和奥地利,同族被引证次数为125次,这些数据足以说明该专利在额温枪领域的地位不容小觑。(见图2)

笔者对该专利进行了详细分析。专利US6292685B1申请于1998年,申请人为美国Exergen公司,发明名称为“一种颞动脉温度检测仪”。该专利为了解决现有的红外线耳温计和红外线腋温计测量不方便,尤其是针对新生儿、婴幼儿测量不便的技术问题,而提供一种颞动脉温度检测仪,其测量部位是被测者的额头。该检测仪包括热辐射传感器,使用时,其测温探头接触被测者的颞动脉处的皮肤。该专利还记载了:由于该温度检测仪采用的是接触式测量,可能会导致交叉感染,为了避免交叉感染,可以为所述温度检测仪配备一次性透明盖。该红外线额温计相较于红外线腋温计和红外线耳温计具有测量方便的显著优势。该专利的主要附图如图3所示:
     


 

图3 专利US6292685B1主要附图

笔者对专利US6292685B1之后的专利文献继续分析后发现,继该专利之后,额温枪专利技术得到了较快的发展,1998-2002年间,额温枪专利申请量如图4所示:
 

图4 1998-2002年额温枪专利申请量统计
 

这些专利大部分涉及对额温枪的结构的改进,特别是对测温探头的结构改进,其中,专利/专利申请WO0016046A2、TW463038B、US6789936B1、JP2001029317A、US20020181540A1和US20030016728A1都是针对测温探头的结构进行改进,使得额温枪具有至少两种探头结构,以分别适用于额温检测和耳温检测。只有专利KR1020030074885A是针对额温枪的数据处理算法的改进,其典型的附图如图5所示:


  

图5 专利KR1020030074885A典型附图

上述额温枪专利中采用的测温方式都还是接触式测量,仍然存在交叉感染的问题,而采用一次性透明盖虽然能够避免交叉感染,但导致了成本的增加,并且在针对大量人群测量时也会提高操作的复杂性。

随着2003年SARS病毒疫情的爆发,额温枪的接触式测量方式所带来的问题也暴露无遗。自2003年起,国内针对额温枪技术的研究逐渐发展起来。笔者在s系统的CNTXT数据库中,针对1999-2008年国内的专利申请,使用分类号a61b5/01/ic和g01k11/ic并结合关键词“额头、额部、前额、额温、红外”进行了检索,并剔除了检索结果中的明显噪声。结果显示,1999-2002年间仅有零星的申请,而自2003年起,申请量出现了明显的增长,其中,2003年的申请量为8件,2003-2008年的累积申请量为24件。

笔者进一步在s系统中使用..stat对2003-2008年间的专利申请进行了申请人频次的统计,统计结果中,申请人频次最高的中国申请人为深圳清华大学研究院。笔者针对深圳清华大学研究院在额温枪领域的专利申请进行了检索,发现其于2003年04月20日同时申请了两篇关于非接触式红外测温的发明专利,并且都获得了授权,授权公告号分别为CN1329717C和CN1329716C,这两篇专利的核心构思比较相近,都是针对接触式体温测量仪不卫生、容易引起交叉感染的技术问题,而提供一种非接触红外体温检测仪器,能够安全地应用于对大量人群进行快速体温的检测。这两篇专利的同族被引证次数共计达到24次,其中,专利CN1329717C侧重于红外体温检测仪的内部结构以及测量原理,而专利CN1329716C则侧重于红外体温检测仪的测温场景以及其在测温场景中的设置方式。

笔者对侧重于红外测温原理的专利CN1329717C进行了详细的分析。该专利的发明名称为“定位式非接触红外体温检测仪器和体温检测方法”,该专利所述的体温检测仪在测温时,探头不接触被测者的皮肤,即,探头与被测者的额头之间存在一定的距离。众所周知,红外线在传输过程中,随着距离的增加其能量会相应地衰减,那么,当探头与被测者的额头之间存在一定的距离时,传输到探头中的红外线的能量必然会小于被测者的额头实际辐射的红外线的能量,这样会导致测量结果的不准确。为了克服该问题,该专利对现有的测温算法作了改进,引入了距离补偿法,通过该方法可以补偿传输距离而导致的能量衰减,以保证测量结果的准确性。该专利的主要附图如图6所示:


 

图6 专利CN1329717C主要附图

继该专利之后,非接触式额温枪技术得到了快速发展。后续专利主要涉及对额温枪的显示、形状、便携性、数据处理、数据传输等方面的改进,额温枪技术发展日趋成熟和完善。例如,专利/专利申请TWI369482B、US20090125330A1、US20090054785A1、US20130096437A1,典型的附图如图7所示:
 


图7 专利/专利申请TWI369482B、US20090125330A1、US20090054785A1、US20130096437A1主要附图


额温枪领域重要专利申请人美国Exergen公司概况

由前述分析可知,额温枪领域的重要专利US6292685B1的申请人为美国Exergen公司(Exergen Corporation),你也许会好奇Exergen Corporation是何方神圣?其江湖地位又如何呢?

Exergen Corporation是工业和医疗的非侵入式温度技术公认的世界领先供应商,由哈佛大学研究科学家Dr.Francesco Pompei(前述专利US6292685B1的发明人)在二十多年前成立,公司的总部设在美国马萨诸塞州。Exergen为美国航空航天局和各制造行业提供温度传感器,以及更低成本、更高精度、更可靠的温度测量设备,其温度计产品被允许应用在零售医用上。Exergen的主要产品包括:鼓膜温度计、LXN新生儿、DermaTemp、一次性盖和鞘、配件、OtoTemp TM兽医、校准验证工具包等,其推荐产品如图8所示:


     TAT-500           TAT-2000          TAT-5000S

图8 Exergen Corporation主要产品图示


图8中的TAT-500,即前述专利US6292685B1的产品实物;TAT-5000S是TAT-500的升级产品;TAT-2000是一款特别适用于婴幼儿的颞动脉额温枪。可见,Exergen在红外线体温计领域仍然占有举足轻重的地位。这样一家专注于红外线温度测量领域的公司,其专利申请和保护情况又如何呢?

笔者在Incopat数据库中,以申请人或受让人为入口使用“Exergen Corporation”作为输入进行检索,并进行了申请号合并,最终获得了98篇相关专利文献。其中,Exergen 公司作为受让人的6篇专利中,有5篇专利的转让人是Francesco Pompei(Exergen公司的创始人),1篇专利(US5991645A,具有自动登录/注销检测的无线电话头戴式耳机系统)的转让人是GN NETCOM INC(大北欧通讯设计有限公司,一家领先的耳机和麦克风制造商)。对上述98篇相关专利的申请趋势进行分析,得出Exergen 公司的专利申请状况如图9所示:

图9 Exergen 公司历年专利申请状况统计

由图9可知,Exergen 公司在1983-2018年间,基本上每年都有专利申请,其中,1989-2003年间的申请量比较大,2011-2018年间申请量比较平稳,2019年的申请量为0(可能是由于2019年申请的专利还没有公开)。Exergen 公司在1983-2018年间的申请趋势表明,该公司比较注重技术研发,其核心技术不断在发展和进步中。

笔者进一步对上述98篇相关专利涉及的法律事件进行了分析。共有17件专利涉及诉讼事件,这17件专利中有12件涉及侵权诉讼、6件涉及其他诉讼、5件涉及行政诉讼,并且有多项专利都存在诉讼次数多、诉讼持续时间长的现象。以专利US6292685B1为例,该专利于2001-2018年间,共经历了8次侵权诉讼,涉及了四个被告,分别为WAL-MART STORES INC.,KAZ USA, Inc.,Thermomedics, Inc.和Sanomedics International Holdings, Inc.。具体的诉讼信息如图10所示:

图10 专利US6292685B1涉及专利诉讼情况
 

由上述法律事件的分析结果可知,Exergen 公司的专利的活跃度是非常高的,这说明了Exergen 公司很重视对其专利的保护和运用。一项专利只有活跃起来,才能充分发挥其价值。

综上所述,Exergen 公司对于专利的申请及其保护和运营均予以高度重视,并投入了足够的精力,这也是其能够在行业内立足二十多年而经久不衰的重要因素。

US6292685B1与CN1329717C比较

由前述分析可知,US6292685B1是Exergen公司申请的额温枪领域的重点专利,申请日为1998年9月11日,授权公告日为2001年9月18日,发明人为哈佛大学研究科学家Dr.Francesco Pompei。该专利从2001年至2018年间共经历8次侵权诉讼,活跃度相当高。该专利实现了科技成果的转化,具有产品实物,并且其产品还是Exergen公司的主推产品之一。

CN1329717C是深圳清华大学研究院申请的典型的非接触式额温枪专利,申请日为2003年4月20日,授权公告日为2007年8月1日,发明人为清华大学博士生导师冯冠平。该专利于2010年11月10日以独占许可的方式许可深圳市汇思科电子科技有限公司实施。笔者在有限的检索资源中没有检索到其相关产品。该专利于2014年6月11日因未缴年费而专利权终止。

将上述两项专利的情况进行对比,可以发现,二者具有明显的共同点:二者都是额温枪领域的重点专利,具有重要的代表意义;二者的发明人都是世界知名高校的科学家,可见,高校的研究通常聚焦于相对前沿的技术。然而,上述两项专利的结局却不尽相同。究其原因,专利CN1329717C没有顺利地实现科技成果的转化,在保护和运营方面也比较欠缺,以至于未能活跃起来,从而未能发挥其价值。相比之下,Exergen公司在专利的保护和运营方面则更具借鉴价值。

参考文献
[1] 苏建奎,桂星雨, 医用红外体温测量仪的现状与发展[J]. 医疗卫生装备2016年1月第37卷第1期。



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