医疗器械产业研究系列一——人工心脏瓣膜领域技术洞察简报

CONTENT02一．市场引言03二．研究背景及技术简介 042.2心脏瓣膜疾病治疗方法2.3人工心脏瓣膜的分类0407三.从专利视角看技术发展073.1人工心脏瓣膜技术发展趋势3.2专利角度看中美技术差距07032.1心脏瓣膜和心脏瓣膜疾病093.3技术领先企业及其市场布局3.4核心技术花落谁家？1001智慧芽《医疗器械产业研究系列-人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021年10月）052.4中国人工心脏瓣膜行业产业链分析2.5心脏瓣膜疾病患病群体及相关市场预测05四.专利诉讼及许可情况待关注11 心脏是人体最重要的器官之一，心脏瓣膜是心脏的基础结构，严重的瓣膜病变会导致死亡。在心脏病患者中，瓣膜疾病是一种发生率较高的疾病。据统计，全球约有2.09亿心脏瓣膜疾病患者，其中我国有近4000万。利用人工心脏瓣膜置换受损心脏瓣膜是当前主要根治心脏瓣膜疾病的方法，以下就人工心脏瓣膜技术和医药企业研发的现状，通过智慧芽全球专利数据库从专利视角进行浅析。一. 市场引言02 03智慧芽《医疗器械产业研究系列-人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021年10月）二. 研究背景及技术简介2.1心脏瓣膜和心脏瓣膜疾病心脏为了阻止血液回流，保证血液从心房流向心室，或从心室流向主动脉/肺动脉，在心房与心室之间或心室与动脉间有瓣膜状结构，这种瓣膜状结构便是心脏瓣膜。人体内总共有四个瓣膜，分别为二尖瓣、三尖瓣、主动脉瓣和肺动脉瓣。（如图1）正常的心脏瓣膜开放时可通过足够的血流量，关闭时则阻止血液返流。但由于先天或后天的原因，心脏瓣膜发生关闭不全（反流）、瓣膜狭窄等病变，会直接影响人体正常的血液循环，进而引起心脏功能性损害。心脏瓣膜病变根据病因可分为先天性心脏病和后天性心脏病，根据瓣膜的功能可分为狭窄性疾病和关闭不全的疾病，根据瓣膜病变位置不同可分为主动脉瓣狭窄、主动脉瓣关闭不全、二尖瓣狭窄、三尖瓣关闭不全以及肺动脉瓣关闭不全等。其中，二尖瓣和主动脉瓣这两个瓣膜的疾病发生率最高。图表1：心脏结构示意图（图片来源网络） 04智慧芽《医疗器械产业研究系列-人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021年10月）2.2心脏瓣膜疾病治疗方法心脏瓣膜疾病可以通过药物治疗，但治疗效果不佳；多数患者需要通过外科手术来彻底根治，手术效果良好，能彻底根除病痛。外科手术包括心脏瓣膜修复术和心脏瓣膜置换术。心脏瓣膜修复术：通过手术来修复受损心脏瓣膜，为瓣膜治疗的首选方法，但仅适合于二尖瓣患者等一小部分病人。心脏瓣膜置换术：包括传统的外科开胸换瓣术和经导管介入换瓣术；外科开胸换瓣术是最为成熟的治疗方式，外科瓣耐久性好，预期使用寿命较长，长期的循证医学证据充分；但是由于需要进行开胸和体外循环，手术创伤较大、术后恢复时间较长，部分患者不可进行外科手术或有高风险。经导管介入换瓣术是近十年才开始较大规模的商业化应用，其人工瓣膜设计使用寿命比外科瓣短，但手术风险小。经导管介入换瓣最初仅用于不可开胸手术或手术高风险的患者，但随着技术的发展，经导管介入换瓣术已出现替代外科手术换瓣术的迹象。2.3人工心脏瓣膜的分类人工心脏瓣膜是可植入心脏内代替心脏瓣膜（主动脉瓣，三尖瓣，二尖瓣），能使血液单向流动，具有天然心脏瓣膜功能的人工器官。（如图2）人工心脏瓣膜可分为机械瓣和生物瓣。机械瓣以热解碳材料制作，目前主要采用新型的双叶瓣，两个瓣叶可以同时开放和关闭。机械瓣的优点是寿命长，理论上永久可用，但机械瓣最大的缺点是患者必须终身抗凝且潜在易发血栓和出血等问题，一旦发生机械故障，后果极为严重。生物瓣以猪、牛等的生物组织制作，具有良好的血流动力学特性，血栓发生率低，不必终身抗凝，术后3-6个月使用抗凝即可。缺点是时间长后会形成钙化，有再次手术更换瓣膜的潜在风险。鉴于生物瓣不必终身抗凝的优点，临床上目前逐渐重视生物瓣膜。生物瓣进一步又可以分为有支架的生物瓣和无支架的生物瓣，但目前无支架的生物瓣几乎已经没有使用，所以生物瓣大致可以分为介入瓣和外科瓣。其中，外科瓣是通过开胸手术的方式，将瓣膜植入到人体内；介入瓣是通过微创的方式，通过血管介入，将瓣膜植入到人体内。介入瓣根据输送系统的不同，又可以分为球扩介入瓣和自扩介入瓣。人工心脏瓣膜机械瓣生物瓣双叶瓣单叶瓣有支架生物瓣无支架生物瓣介入瓣外科瓣自扩介入瓣球扩介入瓣图表2：人工心脏瓣膜的分类（信息来源网络，智慧芽整理） 2.4中国人工心脏瓣膜行业产业链分析人工心脏瓣膜行业产业链上游参与者为原材料供应商，包括生物材料、化工原料、钢铁和有色金属等；中游环节主体为人工心脏瓣膜制造商，按瓣膜种类分为机械瓣制造商和生物瓣制造商；下游应用领域涉及医院和医药流通企业。（如图3） 图表3：人工心脏瓣膜行业产业链（信息来源网络，智慧芽整理）中国人工心脏瓣膜行业产业链上游供应商生物材料化工材料化工原料钢铁有色金属应用领域医药流通企业医院下游供应商机械瓣生物瓣中游北京思达兰州兰飞北京普惠佰仁医疗2.5心脏瓣膜疾病患病群体及相关市场预测瓣膜疾病是在心脏病患者中发生率较高的一种疾病。国际方面，根据国信证券研究统计，2018年全球约有2.09亿心脏瓣膜疾病患者，每年造成约260万人死亡。国内方面，根据微创心通招股书披露，2019年我国已有3630万心脏瓣膜疾病患者，并预测将于2020年增加至4020万人。（如图4）图表4：全球心脏瓣膜疾病患病人数和预测（百万人）（信息来源启明医疗招股书，智慧芽整理）353025201510502014201820152019E20162020E20172021E2022E2023E2022E2023E主动脉狭窄主动脉返流二尖瓣返流三尖瓣返流05智慧芽《医疗器械产业研究系列-人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021年10月） 市场方面，根据头豹研究院统计，伴随着人口老龄化加剧，中国心脏瓣膜疾病尤其是主动脉瓣狭窄疾病的发病率逐渐上升，心脏瓣膜疾病患病率在中国65岁以上人群中达到11%以上，在75岁以上人群中达到13%以上。目前每年需要进行心脏瓣膜及其修补材料置换的病人大约25万人，实际获得诊疗的患者约6万例，使用心脏瓣膜总量约6-7万枚。2018年，中国人工心脏瓣膜行业市场规模为8.6亿元，预计2018至2023年间复合增长率为12.6%，2023年中国人工心脏瓣膜市场规模将达到15.6亿元。（如图5）从本质上来看，瓣膜疾病属于老年病，据统计，中国二尖瓣和主动脉瓣疾病发病率在60岁以上人群快速增长，随着居民年龄的增加，瓣膜病的患病率逐渐增加，预计未来随着我国认可进一步老龄化，预计未来瓣膜病患者的患病人数将会明显增多。图表5：中国人工心脏瓣膜行业市场规模，2014-2023年预测（信息来源头豹研究院，智慧芽整理）161412108642020142018201520192016202020172021202220235.76.377.98.69.510.611.913.515.6亿/ 人民币人工心脏瓣膜行业市场规模06智慧芽《医疗器械产业研究系列-人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021年10月） 三. 从专利视角看技术发展3.1人工心脏瓣膜技术发展趋势人工心脏瓣膜相关技术的研究最早起源于上世纪50年代。1960年，美国心脏病医生Harken第一次成功将球笼型机械人工瓣膜植入主动脉，同年，美国心血管医生Starr在二尖瓣位置成功实施瓣膜置换术，开启人工瓣膜治疗心脏瓣膜类疾病时代。1969年，Bjork-Shiley 斜碟瓣问世以来，80年代机械瓣有了突破性进展；21世纪由于介入心脏病学迅速发展，自2002年世界上第一例经导管植入主动脉瓣的人体试验结果被报道后，经导管介入瓣膜治疗方法的出现开创了经导管瓣膜置换的新时代。通过智慧芽全球专利数据库专利分析发现，迄今为止，人工心脏瓣膜技术约有1.5万组专利（如图6）。最早专利申请可以追溯到1951年，在近20年人工心脏瓣膜技术相关专利呈现加速申请的趋势，专利申请趋势反映了技术发展的情况。图表6：人工心脏瓣膜技术专利申请趋势（数据来源智慧芽）3.2专利角度看中美技术差距通过智慧芽全球专利数据对各个国家专利数量排名发现，美国以7千组专利申请量成为该技术的龙头老大，中国排名第二位，申请量为2180组；以色列、瑞士、德国分别以462、446、437组专利申请进入前五排行。排名第六到第十位的是：法国、俄罗斯、意大利、日本、加拿大。由此可以看出，在这一领域，美国、中国、以色列、瑞士和德国这一领域的技术在数量上有一定优势。（如图7）让我们简单对比下美国和中国现在的专利情况：美国专利中有效专利量1961组（占比27.8%）；在审中专利量为 1453 组（占比20.6%）；中国专利中有效状态专利量为908组（占比41.7%）；在审中专利量为679组（占比31.3%）。07智慧芽《医疗器械产业研究系列-人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021年10月） 3.2专利角度看中美技术差距图表7：技术来源国排名（数据来源智慧芽）美国中国以色列瑞士德国法国俄罗斯意大利日本加拿大可以看出，人工心脏瓣膜技术方面美国较中国差距虽然早期较大，以目前两国在审中专利数量来看，差距在逐渐缩小；并且由于美国在该领域起步较早，专利保护期逐渐临近，导致会有更多的技术成为公用技术。此外，进一步看下中国近20年在人工心脏瓣膜的发展迅速。（如图8）中国在该领域的专利申请趋势分为三个阶段：第一阶段是自1986年-2000年之前申请量累计仅为57组。中国最早的人工心脏瓣膜专利是1986年申请的一件实用新型专利，专利名称：全浮导钩碟型心脏瓣膜；图表8：不同国家申请人区域申请趋势（数据来源智慧芽）第二阶段是2000年-2010年申请量为209组；第三阶段是2011年至数据统计截止日，专利申请为1914组；近10年增长量较过去接近7倍。中国政策利好大力促使研究升温。自2014年以来，中国政府在创新医疗器械领域多次出台重要文件，以期提高国产医疗器械的创新能力，打破进口医疗器械垄断局面，提高国产医疗器械占有率，从而进一步提升产业化水平。2017年10月，中共中央办公厅、国务院联合发布《关于深化审评审批制度改革鼓励药品医疗器械创新的意见》，该文件中明确指出人工心脏瓣膜作为创新医疗器械将是国家发展的重点产业。08智慧芽《医疗器械产业研究系列-人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021年10月） 3.3技术领先企业及其市场布局首先，先看看巨头都有谁？换言之，当你不得不接受心脏瓣膜置换手术时，你最可能在医院见到的品牌都有哪些？通过智慧芽数据库对专利申请企业进行申请量排名发现，全球TOP20申请人榜单中，美国爱德华公司、美敦力、波士顿科学、美国圣犹达分别以1188组、686组、374组、258组居榜单前列，中国有6家企业进入前20名榜单（如图9）。分别为上海微创心通医疗科技有限公司、杭州启明医疗器械股份有限公司、杭州德晋医疗科技有限公司、上海纽脉医疗科技有限公司、宁波健世科技股份有限公司、先健科技(深圳)有限公司。具体来看看，这些大咖都在哪里撒网，哪些企业是真正的市场巨头？先看全球TOP3公司，分别是爱德华兹生命科学公司、美敦力公司和波士顿科学国际有限公司。爱德华兹生命科学公司作为技术实力最雄厚的公司，在该领域拥有1188组专利申请，最早的专利申请可以追溯到1981年，该公司前五大主要市场是美国、德国、捷克、中国、加拿大；图表9：当前申请（专利权）人排名（数据来源智慧芽）美敦力公司专利申请总量是686组，前五大主要市场是美国、德国、捷克、中国、日本；波士顿科学国际有限公司专利申请总量是374组专利申请，前五大主要市场是美国、德国、中国、日本、捷克。（如图10）再看我国中国该领域专利申请较多的企业为，上海微创心通医疗科技有限公司（138组）、杭州启明医疗器械股份有限公司（128组）、杭州德晋医疗科技有限公司（106组）上海纽脉医疗科技有限公司（107组）、宁波健世科技股份有限公司（73组）、先健科技(深圳)有限公司（68组）。从大咖们跑马圈地的情况来看，美国巨头们除了本国，基本都会瞄准捷克、德国、