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-智慧芽-15正式版

智慧芽《医疗器械产业研究系列

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人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021

年

10

月）CONTENT一．市场引言02二．研究背景及技术简介ꢀ0303040405052.1

心脏瓣膜和心脏瓣膜疾病2.2

心脏瓣膜疾病治疗方法2.3

人工心脏瓣膜的分类2.4

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3.2

专利角度看中美技术差距3.3

技术领先企业及其市场布局3.4

核心技术花落谁家？0707070910四

.

专利诉讼及许可情况待关注1101一

.ꢀ市场引言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。02智慧芽《医疗器械产业研究系列

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人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021

年

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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）03智慧芽《医疗器械产业研究系列

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人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021

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月）2.2

心脏瓣膜疾病治疗方法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）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。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。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；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。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图表

2：人工心脏瓣膜的分类（信息来源网络，智慧芽整理）双叶瓣机械瓣单叶瓣自扩介入瓣介入瓣人工心脏瓣膜有支架生物瓣球扩介入瓣生物瓣外科瓣无支架生物瓣智慧芽《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）2.4

中国人工心脏瓣膜行业产

2.5

心脏瓣膜疾病患病群体及业链分析相关市场预测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）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

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中游下游供应商生物材料供应商机械瓣北京思达兰州兰飞应用领域医药流通企业医院化工材料化工原料生物瓣北京普惠佰仁医疗钢铁有色金属图表

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）主动脉狭窄主动脉返流二尖瓣返流三尖瓣返流35302520151050201420152016201720182019E2020E2021E

2022E2023E2022E

2023E05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）人工心脏瓣膜行业市场规模16141210815.613.5642011.910.69.58.67.976.35.7201420152016201720182019202020212022202306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

3.2

专利角度看中美技术差距人工心脏瓣膜相关技术的研究最早起源于上世纪通过智慧芽全球专利数据对各个国家专利数量50年代。1960年，美国心脏病医生Harken第一排名发现，美国以7千组专利申请量成为该次成功将球笼型机械人工瓣膜植入主动脉，同年，技术的龙头老大，中国排名第二位，申请量为美国心血管医生Starr在二尖瓣位置成功实施瓣膜2180组；以色列、瑞士、德国分别以462、置换术，开启人工瓣膜治疗心脏瓣膜类疾病时代。446、437组专利申请进入前五排行。排名第六1969年，Bjork-Shiley斜碟瓣问世以来，80年代到第十位的是：法国、俄罗斯、意大利、日本、机械瓣有了突破性进展；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21世纪由于介入心脏病学迅速发展，自2002年有一定优势。（如图7）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让我们简单对比下美国和中国现在的专利情创了经导管瓣膜置换的新时代。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（占比通过智慧芽全球专利数据库专利分析发现，迄今20.6%）；中国专利中有效状态专利量为908为止，人工心脏瓣膜技术约有1.5万组专利（如图组（占比41.7%）；在审中专利量为679组（占6）。最早专利申请可以追溯到1951年，在近20比31.3%）。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）07智慧芽《医疗器械产业研究系列

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人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021

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月）可以看出，人工心脏瓣膜技术方面美国较中国第二阶段是

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。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。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

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图表

8：不同国家申请人区域申请趋势（数据来源智慧芽）08智慧芽《医疗器械产业研究系列

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人工心脏瓣膜领域技术洞察简报》（2021

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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？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）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。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、中国、日本；而中国企业的商业布局，却有微妙差异，比如上海微创作为技术领先企业，现阶段并没有将美国市场其主要发力地，而是选择了巴西进行商业布局。此外，6

家公司中有

3

家都选择了印度作为后续发力市场。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）09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）图表

10：该领域技术领先公司主要市场（数据来源智慧芽）28281542291791401843242861634199220爱德华兹主要市场美敦力主要市场波士顿科学主要市场美国中国德国捷克美国中国德国捷克美国中国日本捷克德国加拿大加拿大3.4

核心技术花落谁家？通过智慧芽专利数据库中专利被引用信息可以看出，作为人工心脏瓣膜技术的“开山祖师”的爱德华兹生命科学公司，在TAVR经导管主动脉心脏瓣膜置换赛道上，该司于2001年申请的US10/286009Rolledminimally-invasiveheartvalvesandmethodsofmanufacture（滚压式微创心瓣膜和使用方法），其保护的是以微创输送并植入主动瓣膜的方法，作为该领域被引用频次最高的一件专利，引用次数高达541次。（如图11）而且从爱德华兹业务线来看，TAVR业务是带动爱德华兹整体增长的“主力军”，2019年，爱德华兹财报显示，TAVR营收27.38亿美元，同比保持+19.9%，占公司总营收的64.3%，重要性不言而喻。（如图12）图表

11：US10/286009ꢀ专利摘要及引用（数据来源智慧芽）US10/286009专利摘要附图US10/286009专利被引用附图10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）图表

12：爱德华兹生命科学业务架构（图片来源网络，智慧芽整理）经导管主动脉瓣置换TAVR经导管二尖瓣和三治疗尖瓣TMTT爱德华生命科学外科结构心脏病急救护理SurgicalStructralHeartCriticalCare四

.ꢀ专利诉讼及许可情况待关注人工心脏瓣膜作为技术密集、创新密集的领域，伴随着高资金、高收益，往往都会陷入专利诉讼的纠纷。在医疗器械行业，高额利润、技术壁垒则成为专利侵权诉讼风起云涌的两大重要诱因。结合该领域排名前五的热点市场美国、中国、德国、捷克、欧洲等，可以看到，美国作为最热点市场，诉讼量也排名第一，诉讼案件量90多个；作为第二市场中国的诉讼量为12个，而德国、捷克所在的热门市场欧洲，诉讼量也较高，达到27个。同时，通过智慧芽通过对诉讼涉及专利中提取的高频词汇，发现该技术领域内诉讼集中的技术焦点最多的是在输送导管、输送装置/系统，其次是心脏瓣膜假体、瓣膜环等。通过智慧芽数据库专利诉讼数据显示人工心脏瓣膜技术领域也不例外，该领域基本每年都会有诉讼发生，专利诉讼超过140起，涉及专利百余件，以2017年尤为激烈（如图13）。图表

13：近

20

年专利诉讼情况图（数据来源智慧芽）11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）谁会主动发起诉讼？根据智慧芽诉讼案件统计在中国地区，上海微创和上海纽脉之间的诉讼，虽承包了中国在该领域所有的诉讼案件。但是根据上海知识产权法院公开的信息来看属于专利权属问题，截止目前未过多涉及侵权诉讼，为权属纠纷。从目前两者间涉诉专利情况也可以一窥究竟（涉案专利为实用新型专利，一种人工心脏瓣膜输送装置）。情况，排名前十的诉讼原告及被诉企业大多为国外企业（尤其是行业巨头们）。有资料显示，该领域三巨头之间频频发生专利争夺战，爱德华兹生命科学向美敦力发起专利侵权诉讼，指控美敦力的CoreValve心脏瓣膜产品侵犯其Sapien心脏瓣膜产品的专利技术，经数年诉讼，双方最终和解，美敦力向爱德华兹生命科学支付超10亿美元。不难看出，专利领域的诉讼，伴随着巨头之间彼此牵制的庞大市场利益、市场份额等。此外，专利诉讼也是一种同行间制衡彼此的武器。那么，随着近10年中国在人工心脏瓣膜行业的崛起，专利作为企业核心武器，一方面构建壁技术壁垒同时保持企业的竞争力，此外，微创和纽脉间关于发明人权属纠纷一案，在人才流动较为频繁的现在，值得研发型公司注意。波士顿科学和爱德华兹生命科学之间的专利纠纷也缠斗数年，围绕爱德华兹生命科学的Sapien3及Sapien3Ultra心脏瓣膜升级产品，双方相互指控专利侵权，最终达成和解，爱德华生命科学向波士顿科学支付1.8亿美元。参考资料[1]“心脏瓣膜赛道”风起云涌：国产巨头“三国杀”，新玩家加速进场角逐[2]从爱德华生命科学的发展历史，看微创心通的未来[3]人工心脏瓣膜研究的进展[4]【案例】从负债累累到成为大佬，解读心血管巨头爱德华生命科学的"心动＂之路[5]爱德华TAVA进口首批，瓣膜市场硬仗开打！[6]人工心脏瓣膜：“心”香一“瓣”——替代与发展[7]医疗器械行业如何破局专利诉讼之争[8]CribierA,EltchaninoffH,BashA,etal.Percutaneoustranscatheterimplantationofanaorticvalveprosthesisforcalcificaorticstenosis:firsthumancasedescription[J].Circulation