腦機(jī)接口專利關(guān)鍵技術(shù)白皮書(shū)復(fù)旦大學(xué)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心序序言序言1INTRODUCTION相繼推出大型腦計(jì)劃，我國(guó)科技創(chuàng)新2030—“腦科學(xué)與類腦研究”重大項(xiàng)目于地之一。2024年，工信部等七部門發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意機(jī)接口作為未來(lái)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)培育。目前，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段，作為創(chuàng)新成果的重要載體，專利文獻(xiàn)蘊(yùn)含著豐富的技術(shù)、法律和經(jīng)濟(jì)信息，2的全球?qū)＠暾?qǐng)為研究對(duì)象，通過(guò)專利文獻(xiàn)挖掘產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)、核心技術(shù)發(fā)展、3 6 6 10 10 12 12 14 14 14★2000年以來(lái)信號(hào)解碼與信號(hào)采集相關(guān)專利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)顯著，近十年內(nèi)腦控外設(shè)呈現(xiàn) 15★美國(guó)是全球?qū)＠暾?qǐng)的重要技術(shù)來(lái)源地，近十年內(nèi)中國(guó)已成單一市場(chǎng)專利申請(qǐng)首 16 18 19★國(guó)內(nèi)創(chuàng)新主體是近十年中國(guó)專利申請(qǐng)迅猛增長(zhǎng)的主要來(lái)源，神經(jīng)調(diào)控技術(shù)分支下 19★產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)來(lái)華申請(qǐng)聚焦神經(jīng)調(diào)控和信號(hào)采集技術(shù)分支 21★國(guó)內(nèi)科研院所面向企業(yè)的專利轉(zhuǎn)讓集中在近十年，轉(zhuǎn)讓比例為8.85% 22 244信號(hào)采集專利申請(qǐng)總體狀況..................................................................................................24★全球?qū)＠暾?qǐng)量快速增長(zhǎng)，腦電采集是重要技術(shù)，侵入式腦電采集成為熱點(diǎn)技術(shù)........................................................................................................................................24★產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)皇家飛利浦與美敦力各自在非侵入式和侵入式腦電采集專利申請(qǐng)中居于全球首位......................................................................................................★近十年內(nèi)侵入式腦電采集中國(guó)專利申請(qǐng)?jiān)龇笥诜乔秩胧剑始绎w利浦和美敦力 27 29★硬質(zhì)電極仍是侵入式腦電采集的重要工具 30★柔性電極是侵入式腦電采集的熱點(diǎn)技術(shù)和重要方向 33★多功能集成電極有助于拓展場(chǎng)景、提高精度、降低創(chuàng)傷，創(chuàng)新空間廣闊 36 40★天津大學(xué)——圍繞非侵入式腦電采集技術(shù)，構(gòu)建多層次專利布局 41★皇家飛利浦——聚焦于睡眠狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的非侵入式腦電采集技術(shù)布局 42★神念科技——以高集成性芯片為基礎(chǔ)，量化認(rèn)知狀態(tài)，助力消費(fèi)級(jí)應(yīng)用 43 44 46 46技術(shù)........................................................................................................................★在無(wú)創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控方面中國(guó)已是首要的技術(shù)來(lái)源地，但是有創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控、尤其是熱點(diǎn)技術(shù)DBS、SCS方面美國(guó)數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯........................................★盡管國(guó)內(nèi)創(chuàng)新主體專利申請(qǐng)數(shù)量進(jìn)入全球前十，但是產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)美敦力、波士頓科學(xué)等數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)顯著......................................................................................★中國(guó)專利申請(qǐng)近十年增速加快，在腦深部刺激和脊髓電刺激方面國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)日趨活躍，呈現(xiàn)趕超國(guó)外來(lái)華申請(qǐng)態(tài)勢(shì)................................................................5 53★美敦力——基于姿態(tài)信號(hào)和基于ECAP信號(hào)的雙路徑發(fā)展 54★波士頓科學(xué)——主要圍繞疼痛評(píng)分，同時(shí)針對(duì)ECAP信號(hào)布局 56★薩魯達(dá)——專注基于ECAP信號(hào)的疼痛感知調(diào)控 57 59 64★美敦力———研發(fā)BrainSense技術(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)控 64★波士頓科學(xué)——開(kāi)創(chuàng)方向性電極技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)刺激 67★Neuropace——獨(dú)創(chuàng)RNS技術(shù)、專注癲癇發(fā)病預(yù)測(cè) 70 74 78 8060機(jī)接口是指在大腦與計(jì)算機(jī)或其他外部設(shè)備之間建立的交流和控制通道，腦機(jī)接口通過(guò)采集與腦功能相關(guān)的信號(hào)，并利用預(yù)處理、特征提取和模式識(shí)別等信號(hào)處理方式實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦活動(dòng)狀態(tài)或意圖的解碼，并根據(jù)解碼結(jié)果與外部設(shè)備通信或控制外外部通信或控制結(jié)果反饋給用戶，進(jìn)而調(diào)節(jié)大腦活動(dòng)以獲得更好的性能。可見(jiàn)，7腦機(jī)接口涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括信號(hào)采集、信號(hào)解碼、腦控外設(shè)以及神經(jīng)調(diào)控等。對(duì)采集到的腦電信號(hào)進(jìn)行前端處理，包括放外或硬膜下，貼近大腦皮層但無(wú)需穿透腦組織，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較低，可移除性較強(qiáng)，8神經(jīng)調(diào)控是指利用無(wú)創(chuàng)或有超聲等）或化學(xué)手段，對(duì)神經(jīng)元抑制或調(diào)解作用，從而提高患者神經(jīng)功能、改善患者生活質(zhì)量的無(wú)創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控主要包括經(jīng)顱磁刺激、經(jīng)顱超聲刺激和經(jīng)顱電刺激。傳統(tǒng)的經(jīng)顱磁刺激和經(jīng)顱被證實(shí)可改善運(yùn)動(dòng)性障礙、提高無(wú)法刺激深部腦組織，已不能滿足精準(zhǔn)定位的臨床需求。經(jīng)顱超聲刺激也尚處于研究早期，缺乏9脊椎椎管硬膜（1）對(duì)腦機(jī)接口領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外專利競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析，從申請(qǐng)趨勢(shì)、競(jìng)爭(zhēng)地本白皮書(shū)的專利數(shù)據(jù)來(lái)源于全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)。專利檢索采取分-總的檢索思得到腦機(jī)接口領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù)集。由于某篇專利可能會(huì)同時(shí)涉及多個(gè)技術(shù)分支，），的累計(jì)專利申請(qǐng)已達(dá)66615項(xiàng)（上述技術(shù)分支申請(qǐng)數(shù)據(jù)去重注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新為顯著。涉及腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的神經(jīng)調(diào)控與腦控外設(shè)同步保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，圖8各技術(shù)分支2000年以來(lái)主要技術(shù)來(lái)源地的申請(qǐng)趨勢(shì)圖圖8各技術(shù)分支2000年以來(lái)主要技術(shù)來(lái)源地的申請(qǐng)趨勢(shì)圖技術(shù)分支主要專利申請(qǐng)來(lái)源地信號(hào)采集專利專利申請(qǐng)量/項(xiàng)7297美國(guó)43377297美國(guó)433742810008006004002000申請(qǐng)日/年信號(hào)解碼專利專利申請(qǐng)量/項(xiàng)美國(guó)韓國(guó)1576882832874283411942000150010005000申請(qǐng)日/年續(xù)圖續(xù)圖8各技術(shù)分支2000年以來(lái)主要技術(shù)來(lái)源地的申請(qǐng)趨勢(shì)腦控外設(shè)4842美國(guó)16474842美國(guó)16471051印度3475004003002000申請(qǐng)日/年神經(jīng)調(diào)控6005004003002000美國(guó)81053371美國(guó)81053371韓國(guó)457歐專局435539申請(qǐng)日/年接口器件2093美國(guó)5132093美國(guó)513韓國(guó)995004003002000申請(qǐng)日/年注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新器件四個(gè)技術(shù)分支下成為全球居首的專利申請(qǐng)來(lái)源地。在神經(jīng)調(diào)控領(lǐng)域，盡管號(hào)解碼相關(guān)的專利申請(qǐng)達(dá)18146注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新）， 球情況，皇家飛利浦公司與美敦力公司同為信號(hào)采集技術(shù)分支下的重要申請(qǐng)人， 州瑞神安，華南理工大學(xué)的受讓人主要為華南腦控（廣東）智能科技有限公司。注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新技術(shù)分支主要專利申請(qǐng)來(lái)源地非侵入式腦電專利申請(qǐng)量/項(xiàng)600專利申請(qǐng)量/項(xiàng)37431592韓國(guó)37431592韓國(guó)682印度2835004003002000申請(qǐng)日/年侵入式腦電專利申請(qǐng)量/項(xiàng)300250200500專利申請(qǐng)量/項(xiàng)3002502005006申請(qǐng)日/年注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)皇家飛利浦與美敦力各自在非侵入式和侵入式腦電采集專利申產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)皇家飛利浦與美敦力各自在非侵入式和侵入式腦電采集專利申注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新圖212000年以來(lái)非侵入式和侵入式腦電采集中國(guó)專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì) 元和軸突電信號(hào)，在神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[3]。在鎢微絲電極的EMann科學(xué)研究基金會(huì)）公開(kāi)使釬焊執(zhí)行舌片完全參連接相鄰的電極。的猶他電極及腦機(jī)接口系統(tǒng)BrainGate獲得美國(guó)F備稱號(hào)。BlackrockNeurotech公司圍繞猶他電極及相專利，包括US8938291B1（200（2020年，電極陣列）和US2023006成、US8939774B2（2012年，麻省理工學(xué)院）的3D探針陣列通過(guò)將陣列結(jié)構(gòu)插入正交基板來(lái)組裝、US12023162B2（2018 氧烷、蠶絲蛋白等材料開(kāi)發(fā)出了多種柔性或超柔性神經(jīng)電極，如US6829498B2機(jī)械強(qiáng)度上要比化工或化學(xué)合成材料制成的電極有優(yōu)勢(shì)；清華大學(xué)的CN117158981A（2022年柔性電極對(duì)生物經(jīng)組織力學(xué)匹配期穩(wěn)定的腦電信微型化等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用電采集的重要發(fā)柔性電極是美國(guó)Neuralink公司的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。Neuralink2019年在二甲苯C為器件封裝材料，可用于多位點(diǎn)刺激和記錄，是其在柔性電極方面的神經(jīng)活動(dòng)，“N1植入物”于2023年獲得了FDA批準(zhǔn)開(kāi)始首次人體試驗(yàn)。后，硬針可拔出，軟針可隨著血管伸縮而進(jìn)行適應(yīng)性形變；此后還通過(guò) 神經(jīng)調(diào)控與記錄電極的融合奠定了基在原有記錄功能的基礎(chǔ)上，電極進(jìn)一光遺傳學(xué)調(diào)控或藥 與大腦之間“讀-寫”的雙向通信，如US6301492B1（或局部場(chǎng)電位（LFP）信號(hào)，并由該測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)控電刺激；US9789302B2（2010年）中提出將感測(cè)電極與刺激電極對(duì)稱設(shè)置；US感知功能可以精準(zhǔn)捕捉患者大腦內(nèi)與疾病癥狀相關(guān)特定年）、CN113440142A（2021年）分別公開(kāi)了記錄電極集成紅外成像功能、生化發(fā)現(xiàn)腦電信號(hào)比同時(shí)顱外記錄獲得的者進(jìn)一步提出在血管支架上設(shè)置能夠獲得FDA批準(zhǔn)進(jìn)行永久植入BCI臨床試驗(yàn)的公司，其血管電極支架產(chǎn)品用于管狀體的介入裝置。武漢衷華腦機(jī)也通過(guò) 礎(chǔ)腦電電極專利包括促進(jìn)電極與皮膚充分接觸，如彈性腦電干電極CN118749997A（2024年）；提升空間分辨率，如超高密度腦電采集電極）；如基于納米酶的高相容非侵入式半干柔性電極及其制備方法CN119138903A（2024年）。其次，還布局有光學(xué)腦電傳感器，包括無(wú)源柔性光學(xué)電極CN109124626B（2018年）、具有微環(huán)-馬赫曾德結(jié)構(gòu)的腦電信號(hào)傳感器CN110279413B（2019年）、具有三明治結(jié)構(gòu)的反射式光學(xué)腦電信號(hào)傳感器 合深度學(xué)習(xí)技術(shù)，能夠精準(zhǔn)識(shí)別睡眠階段，并通過(guò)聽(tīng)覺(jué)刺激延長(zhǎng)深度睡眠時(shí)間，皇家飛利浦在非侵入式腦電采集電極領(lǐng)域的專利布局包括提升接觸穩(wěn)定性，年增強(qiáng)舒適性，如具有優(yōu)化舒適度和準(zhǔn)確性的可穿戴生物電位貼片）； 美國(guó)神念科技（NeuroSky）于2007年推出了T市場(chǎng)設(shè)計(jì)，具有高度集成性和易用性，具體采用干電極傳感器和先進(jìn)消噪功能，可實(shí)時(shí)解析α/β/θ波特征參數(shù)，量化用戶專注度、放松度及認(rèn)知負(fù)荷，并通過(guò)有可調(diào)節(jié)接觸方式（如偏置彈簧）的輪廓干電極US8301218B2（2008年）、（2013年）、配件附件US94457浙江強(qiáng)腦科技在非侵入式腦電采集技術(shù)中布局的基礎(chǔ)電極專利包括水凝膠年）、提升便攜性和監(jiān)測(cè)精度CN115633970B（2022年），又如集成熱敷功能年）、具有與耳部皮膚充分接觸的第一、第二電極組的腦電信號(hào)采集裝置如圖38所示，神經(jīng)調(diào)控技術(shù)自2000年控相比無(wú)創(chuàng)式能夠更好實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療，注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新大的技術(shù)來(lái)源地，美國(guó)位居第二，近十年內(nèi)的專利申請(qǐng)保持穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)。在有創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控方面，選擇在美國(guó)首次提交的專利申請(qǐng)數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，是中國(guó)的三倍多，并且最近二十年內(nèi)保持穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)，來(lái)自中國(guó)的專利申請(qǐng)近十年內(nèi)增長(zhǎng)明注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口神經(jīng)調(diào)控中國(guó)專利申持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，近十年的專利申請(qǐng)數(shù)量注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新注：專利從申請(qǐng)到公開(kāi)可以有18個(gè)月的時(shí)間，故圖中2023、2024年做虛化處理以表示真實(shí)數(shù)據(jù)待更新）， 圍繞感知脊髓電刺激，美敦力的專利技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出基于姿態(tài)信號(hào)和基于信息對(duì)治療參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以及療法管理、療法評(píng)估這一閉環(huán)路徑進(jìn)行了系統(tǒng)完整的專利布局。在以上研略調(diào)整等方面開(kāi)展系統(tǒng)布局,形成了基于ECAP信號(hào)的疼痛感知調(diào)控完整技 評(píng)估等多種不同類型的信號(hào)進(jìn)行疼痛評(píng)分并根據(jù)疼痛評(píng)分相應(yīng)地進(jìn)行治療調(diào)整； 重的作用。ECAP信號(hào)是由許多不同閾值、傳導(dǎo)確定電極與目標(biāo)神經(jīng)之間的距離，在疼痛治療中，ECAP還可用于指示患者定適合患者的有效疼痛抑提及的薩魯達(dá)Evoke、美敦力Incept一二，波士頓科學(xué)居第三。各重要申請(qǐng)人的布局重點(diǎn)在于信號(hào)感測(cè)和療法調(diào)整，人之一的Neuropace專注于反應(yīng)性神經(jīng)刺激器（RNS）的研發(fā)，該類型的 在全球的臨床應(yīng)用。美敦力的腦深部刺激產(chǎn)品主要包括ACTIVA系列產(chǎn)品和患者提供個(gè)體化精準(zhǔn)治療。PerceptPC是美敦力的BrainSense技術(shù)基于局部場(chǎng)電位US20110144521A1、US11033742B2），并且可將感測(cè)電極與刺激電極對(duì)稱設(shè)置（US20120053659A1）；提出將電極用于ECAP信號(hào)感測(cè)并將其用于感知調(diào)控）；同時(shí)進(jìn)行（US10080898B2）、通過(guò)對(duì)參數(shù)的調(diào)節(jié)維持治療窗口和穩(wěn)態(tài)窗口US11986663B2提出利用LFP和ERNA信號(hào)的組合來(lái)確定刺激參數(shù)由來(lái)已久，前期主要應(yīng)用于脊髓電刺激，隨著技術(shù)的發(fā)展，面的合作研究，從研究創(chuàng)新突破和技術(shù)人才培養(yǎng) 波士頓科學(xué)——開(kāi)創(chuàng)方向性電極技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)刺激波士頓科學(xué)以人工耳蝸植入技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行腦深部刺激的自主研發(fā)，VercisePCDBSSystem和VerciseGeviaDBSSystem于2018年推出，采用了VerciseGenusDBSSystem于2021年推出并獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)，該產(chǎn)品同早期，結(jié)構(gòu)裝配是波士頓科學(xué)專利布局的重點(diǎn)，集中對(duì)如何制造分段電極方向性電極的分段設(shè)計(jì)使其在植入以及使用過(guò)程中需要對(duì)電極本身相對(duì)于系統(tǒng)控制提高刺激的精準(zhǔn)性，例如電極組合的自動(dòng)選擇（US11357986B2、 Neuropace是一家專注于通過(guò)反應(yīng)性神經(jīng)刺激（RNS，ResponsiveNeuro-癲癇發(fā)作，因此如何識(shí)別腦電中的異常信號(hào)以實(shí)現(xiàn)癲癇發(fā)病預(yù)測(cè)是其關(guān)鍵技術(shù)，局，提出使用半波識(shí)別或根據(jù)線長(zhǎng)、面積對(duì)異常腦電進(jìn)行識(shí)別（US8073545B2、US7277748B2）。2020年之后，隨著人工智能大模型技術(shù)的發(fā)展，N癇發(fā)作類型（US11612750B2并進(jìn)申請(qǐng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)專利技術(shù)涉及模型建立、訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理、分類算法創(chuàng)新等，穩(wěn)定，侵入式腦電采集由于高分辨率優(yōu)勢(shì)、近十年來(lái)專利申請(qǐng)?jiān)龇?。同時(shí)，重要工具，相關(guān)技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)包括對(duì)芯材料的表面進(jìn)行改性以提高生