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機械業裡的高科技 — 醫療上應用的Guidewire
林士強/北美智權 專利工程研究組 研究員
2015.10.21

這並不是一個冷門的題目,Guidewire(導線)對機械業來說,是一項高科技,但是對大多數人來說,大概會相當陌生。這是醫療器材的一種,功用像是軍隊行軍的斥候,先將行軍路線上的地形地物標示清楚。軍隊的斥候,需要裝備輕巧、行動敏捷、見機行事,而Guidewire也有類似的特性,為即將置入人體血管或尿路的「導管」,指出一個正確的方向。

醫療器材裡的Guidewire,幾乎變成了專有名詞。圖一是「導管」的一種,其中黑色細長的部分,其中一隻頂端還有點歪歪的,就是Guidewire(導線)。因為未來使用的處所是人體重要部位的血管,Guidewire 的製造,更不可以掉以輕心。除了材料的選用必須謹慎,血管原本就細,所以想放到血管的導線還得更細,所以這一根線的設計和加工,也是工程上的挑戰,許多創新與研發,都是投注在這條細細的線上。

(圖一)

圖片來源:www.bombayharbor.com

因應人體不同部位的需求,Guidewire的設計變化繁多,各個供應商也都有各自獨特的設計,以達到市場區隔的效果。但是變化的範圍,還是在幾個基本的構造之間打轉。圖二及圖三是兩種基本的Guidewire造型。最大的區別是直線式的外型與英文字「J」的外型,「J」外型的用處是在血管中鑽來鑽去的時候更容易轉彎,也不容易傷害血管壁。

各位如果注意到圖三左上角,有一個稱為「Ribbon wire」的東西,這在有些設計中是可以取消的。直接將「Core wire」(圖三中間部分)接在那圓圓的頂端(Tip)。

Guidewire之所以可以稱做是機械業中的高科技,因為這種大量生產的東西非常的細,各位所看見圖二及圖三成品的直徑,可以小到0.228mm,大約是三到四張A4紙的厚度,比較粗的,大概也不超過0.9mm。外頭最粗的直徑已經是如此了,那麼理面的零件還得更細小,這得怎麼辦?還好工程師已經解決了這些問題,解決的方法,有不少也可以在專利資料庫中找得到。

(圖二)

圖片來源:www.wikidoc.org

(圖三)

圖片來源:ascentoeminc.com

Guidewire 主要分為以下構造:

  • Core: Core是Guidewire核心的部分(圖三),位於Guidewire的中心,長度大致與整條線的總長相當,也是Guidewire最堅韌的部分,負責穩定的導引整條Guidewire。
  • GuidewireDistal tip:是圖二及圖三中與Core連接的半圓頭,通常也是金屬。
  • Outer covering:Outer covering 指的是包覆在Core或Coil等部件之外的塗層。塗層的材質不同,影響Guidewire的性能,例如Guidewire與血管的摩擦係數。
  • Coil:指的是那條包在Core之外的彈簧。

Core幾乎都是金屬製,不銹鋼是最常見的選擇,不銹鋼可以提供良好的韌性,加工性也非常的好。此外記憶合金也用在這種產品上,這種記憶合金稱為Nitinol,是一種鎳鈦合金,在扭轉性(torqueability)的表現雖然沒有不銹鋼好,但是在靈活性(flexibility)的表現上優於不銹鋼製的Core。

Coil的材料可以是不銹鋼,也可以有其他不同的選擇(例如,白金)。Coil位於Guidewire前半部深入人體的部分,它的表現當然重要,必須專注於靈活性(flexibility)、支持力(support)、操控(steering)、追蹤性(tracking, visibility) &觸覺回饋(tactile feedback)。

Guidewire的全球使用量逐年增加

隨著全球人口的增加,特別是先進國家資深國民人口數的增長,Guidewire的使用量呈現逐年上升的趨勢。全球Guidewire的用量的預估大約如下:

2013年1,665萬組這數字2020年會增長到2,564萬組,從2014年到2020年的年均增長率是6.4%。

與冠狀動脈(Coronary)相關的Guidewire會在其中佔最大宗,佔第二位的是周邊血管(Peripheral)使用的Guidewire,我們從圖四可以知道它大致的分佈及金額(縱軸代表金額,單位是「百萬美金」)。

(圖四)

圖片來源:www.prweb.com

因為這也算是一門不錯的生意,所以以下這些主要醫藥或是醫療器材的供應商都投注了資源,進行Guidewire的研發與生產。

  • Terumo Corporation,
  • ASAHI INTECC,
  • Abbott Laboratories,
  • Medtronic Inc.,
  • Cordis Corporation,
  • Boston Scientific Corporation,
  • Covidien,
  • B. Braun
  • Cook Medical

Guidewire的技術研發趨勢

如果想看看這個產業技術上的趨勢,或者是那一個廠商在這上面投下了心力,筆者從專利資料庫中,試著找出一些端倪,結果如圖五所示。

(圖五)

圖片來源:USPTO

筆者發現,約有一半的專利分佈在前十家廠商中(請見圖五),其中有一家叫Boston Scientific的公司就佔了接近20%的專利量,表示它在這方面投注了不少心力。

Boston Scientific不算老公司,想必是位於美國波士頓(Boston),是一家跨國醫療器材供應商,成立於1979年,2014年的營業額近74億美元,是一家成長的公司。相較於那些醫療業界的百年老店(例如Johnson & Johnson,Abbott Laboratories,…etc.),算是年輕小伙子。

想了解這些廠商到底研究的重點是什麼?

圖六,代表這個問題的答案。橫軸那些英文字母與數字的組合代表「技術分類」,從圖上可以看出大約前十項類別是發展的重點,只要Google一下,很容易取得它們的內容,例如,A61M代表「將媒介注入人體的裝置(DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY)」,61B代表「診斷、手術、標定(DIAGNOSIS;SURGERY;IDENTIFICATION)」,以下類推。

(圖六)

圖片來源:USPTO

通常我們研究專利申請量,還對另一項趨勢感興趣。這是一個有未來的產品,還是一個明日黃花型的產品?這也可以從專利伸請的趨勢看出一些端倪。圖七是Guidewire歷年的專利申請狀況,縱軸代表專利件數。

(圖七)

圖片來源:USPTO

從這張圖了解到的訊息是,Guidewire的專利申請在2000至2002年到達高峰,自此之後,不管是發明人的數量或是專利量都是節節下降。我的解讀是,這個產品新的構想與方法越來越少,早期一些基礎的專利也已經到期,可以成為公共財,供所有人使用,讓後進廠商有了機會。

因為人類生老病死這個事實並不會改變,而Guidewire在醫療上的價值也不會改變,參考之前的市場分析,產品使用量節節上升的趨勢明顯,所以判斷會有更多的供應商會投入生產,產品的單價應該會下跌,但是應用於人體的器材非同小可,所以仍然會保持一定的利潤。老牌的產品雖然比較讓病人安心,可是因為各國健保醫療給付日趨嚴格,醫院縮減成本的壓力也越來越大。所以這是一個還是有希望自創品牌的產品。對於資本並不雄厚的業者,先做品牌廠的代工之後再自創品牌也是一項合理的選擇,如果以醫療產品業界的Boston Scientific當作例子,年輕的公司仍然會在老大哥之間佔有一席之地。

 

 
作者: 林士強
現任: 北美智權 專利工程研究組 研究員
經歷: 法商台灣康旭 研發工程處 專案經理
中科院飛彈製造中心 專案工程師
聖荷西州立大學機械研究所碩士
專長: 機械、供應鏈管理、專案管理

 


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