基于TOPSIS 法的醫療設備評價方法與實踐研究

□ 李玉峰 LI Yu-feng 劉孟翰 LIU Meng-han 張璐璐 ZHANG Lu-lu 李興 LI Xing 王鵬飛 WANG Peng-fei

隨著科學技術的發展，先進的技術不斷在醫療設備上得到運用，其自動化程度和復雜程度越來越高，同時給醫療設備的管理帶來了新的挑戰。為保證各類醫療設備在醫療工作中高效利用，提升醫院的診療水平，需要提高對醫療設備配置決策管理的水平[1]。為此，介紹一種以理想排序為思想方法，客觀評價設備性能，為采購提供科學決策的模型，這里以輸液泵為實踐內容加以說明。

輸液泵作為一種臨床輔助輸液設備，憑借能夠精確控制藥液的總量和流速，并能降低護理工作量等優勢，已得到臨床的廣泛認可和應用[2]。與此同時，2016 至2017 年，全國上報的醫療器械不良事件報告中，報告數量排名前10 位的有源醫療器械中，輸液泵一直排名第二位。說明輸液泵在臨床使用中存在較高安全風險，因此醫院在選購輸液泵時，更應增強購置的透明度，避免主觀因素。為此，通過研究輸液泵性能，結合醫院實際情況，建立一套評價機制，為采購提供支撐。

評價流程

評價流程包括：確定評價原則，建立輸液泵評價指標，運用檢測設備對其參數進行評估，對得到的數據進行預處理使其去量綱和歸一化。在指標權重賦值方面，將采用主客觀兩種方法，揚長避短。利用理想解排序法(TOPSIS)計算各個廠家輸液泵性能指標與理性解的距離，得出排序結論。評價流程如圖1 所示。

圖1 輸液泵質量評價流程圖

分析過程

1.建立指標和數據規范化。在評定原則時，要先了解輸液泵工作原理、技術特點和常見故障種類，評價指標應該兼顧客觀公平性和可操作性。同時，評價體系是一個動態的過程，應該結合醫院的需求特點和使用經驗，要有實用性。因此，在綜合考慮評價的原則、參考相關研究成果[3-5]，對輸液泵質量評價分為流速、壓力、尺寸、電池、防水等級五個方面分別進行考察。

1.1 流速。輸液速度不準確是輸液泵最主要的故障來源[6-7]。其原因包括輸液器不匹配，未定期更換輸液管路位置，輸液泵軟件錯誤，機械傳動故障等。為了能客觀取得真實數據，應用輸液泵專業檢測工具IDS-1A，配合醫院主流輸液器，參照為JJF 1259-2018《醫用注射泵和輸液泵校準規范》，選取參數25ml/h 和100ml/h 為測量標準，最大允許誤差為±6%。為避免偶然性，流速和壓力測試3 次，加權平均。目的是檢測采購設備與醫院輸液器的適配精度，而不僅僅依靠廠家說明書提供的參數。

1.2 壓力。阻塞報警是當輸液管路發生非預期壓力變化時，管路壓力達到設定值時輸液泵發出報警提示的功能。輸液管路阻塞是輸液泵靜脈輸液時產生的一種常見的異常情況，如果阻塞未及時發現，就會影響正常的治療，阻塞時間過長甚至可能會造成病人死亡[8]。

檢定輸液泵壓力報警功能，運用檢測工具為Fluke 公司的IDS-1A 輸液泵檢測儀，配合醫院主流輸液器，參照為JJF 1259-2018《醫用注射泵和輸液泵校準規范》，設定中等流速，壓力報警閾值分別設定為最大壓力和最小壓力，這時阻塞報警壓力設定值與阻塞報警壓力之間的最大誤差應小于±100mmHg 或阻塞報警設定值的30%，兩者取較大者。

1.3 尺寸。由于輸注液泵越來越普遍應用于臨床，常會出現同一病人用多個輸注泵，共用輸液架的情況。所以體積小和重量輕的輸液泵，可以方便醫護人員操作。

1.4 電池。隨著醫療設備水平的提高，各種大型化、智能化設備逐漸在各個醫院普及，用電負荷逐年增長，不時會出現配電倒閘或斷電現象。而輸注泵作為直接與患者接觸的醫療器械，一旦在使用過程中出現故障，將直接影響患者的治療效果，甚至有可能威脅患者的生命安全[9]。后備電池作為輸液泵標準配置，是輸注泵轉運使用時的必備部分，同時也是應急性供電的主要保障。輸液泵后備電池待機時間越長越好，這也是評判輸液泵性能的指標之一。

1.5 防水等級。由于輸液泵長期工作在藥液管路環境中，難免會有藥液灑濺，如果防水等級不足，會使藥液侵入機殼內部，腐蝕電路板，所以防水等級至關重要。國際工業標準將防水等級分為9 等，等級越高，防水效果越好。市場上，輸液泵防水等級一般為IPX1 至IPX4。

這里以參加招標的8 種型號輸液泵為例，測量參數見表1。

表1 各型號輸液泵參數(部分)

1.6 數據規范化。在做科學決策時，一般需要先對數據屬性進行規范化，其作用主要為非量綱化和歸一化。而屬性值包括多種類型，包括效益型、成本型和區間型等。這里規范化方法應用向量規范法和區間屬性變換。

其中，[al,ah]為ai的上下限，as為ai的最優解。

明顯看出，電池、防水等級、附加功能為效益型屬性，即數值越大越好。尺寸為成本型屬性，即數值越小越好。壓力和流速屬于區間型屬性，即最優解為區間。經過規范化數據，見表2。

表2 輸液泵參數規范

2.權重賦值。權重用來衡量各個指標在綜合評價的指標體系中的重要程度，體現了各指標對最終目標的影響力。權重越大，該指標對最終目標越重要，影響力越大[10]。目前計算權重系數的方法主要分為主觀賦權法和客觀賦權法。主觀賦權法是由評價人員根據各項指標的重要性而人為賦權的一種方法，充分反映專家的經驗，目前使用較多的是專家咨詢法，層次分析法，循環打分法等[11]。客觀賦權法是從實際數據出發，利用指標值所反映的客觀信息確定權重的一種方法，如熵值法，主成分分析法，因子分析法，均方差法，相關系數法，離差最大化方法等[12]。鑒于主客觀賦值法的局限性，這里采用層次分析法和熵值法相結合的綜合賦值法。

2.1 客觀賦值法評估。廣義上，熵是指某些物質系統狀態可能出現的程度。根據熵的特性，可以通過計算熵值來判斷一個方案的隨機性及無序程度，也可以用熵值來判斷某個指標的離散程度，指標的離散程度越大，該指標對綜合評價的影響越大[13]。因此，可以根據各項指標的離散程度，計算信息熵，得出輸液泵各個參數的權重，為多屬性評價提供依據。

經計算，熵值權重系數，見表3。

表3 熵值權重

結合熵值定義可以看出，各個廠家輸液泵在流速參數離散程度最大，導致其權重最大。而在尺寸參數上，則各品牌輸液泵性能差異不大。

2.2 主觀賦值法評估。層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是20 世紀70 年代由著名運籌學家薩蒂(T.L.Satty，1980)提出，韋伯(Weber)等提出利用層次分析法分別用于合作伙伴的選擇。它的基本原理是根據具有遞階結構的目標、子目標(準則)、約束條件、部門等來評價方案，采用兩兩比較的方法確定判斷矩陣，然后把判斷矩陣的最大特征根對應的特征向量的分量作為相應的系數[14]。最后綜合給出各方案的權重(優先程度)。AHP 如今已應用于諸多領域的決策方面，其主要特點是定性分析和定量計算相結合，將主觀判斷以數量形式表達并進行科學處理[15]。

利用已遴選指標構建準則層，應用9 因子標度法表示影響程度(見表4)，通過專家打分得到判斷矩陣(見表5)。

表4 因子對比標度

表5 專家判斷矩陣

關于權重解算，采用方根法求解

計算相對重要度：

得到v1=4.082，v2=1.741，v3=0.297，v4=0.922，v5=0.514

計算權重：

得到ω1=0.540，ω2=0.230，ω3=0.039，ω4=0.122，ω5=0.068

一致性檢驗：

通過矩陣求得最大特征根λmax=5.097，得一致性指標CI。

根據查詢5 階矩陣隨機一致性指標RI=1.12，則一致性比例CR

矩陣滿足一致性檢驗。則AHP 加權系數，見表6。

表6 AHP 權重

從表6 可以看出，專家在判斷時，認為流速問題是輸液泵性能的主要方面，權重超過一半。而對防水等級和尺寸問題關心的較少。

2.3 組合權重的確定。主客觀綜合賦權法是將AHP 主觀權重與熵值法客觀權重相結合，既反應客觀信息又體現專家的經驗信息，能夠減少賦權的主觀隨意性，反映數據的真實變化。

表7 組合權重

3.TOPSIS 排序。在經過數據標準化和賦值權重后，計算出加權矩陣。應用TOPSIS 的核心思想確定正理想解和負理想解，后解算各個參數到正理想解距離和負理想解距離，得出各個輸液泵的指標排序。

最終，得到熵值加權和AHP 加權矩陣排名，見表8。

表8 輸液泵加權TOPSIS 排序

從表8 可以看出，E 型號輸液泵無論是在熵值加權、AHP 加權和組合加權下均為性能最佳，其在流速和壓力均排名靠前，符合預期設想。其次是H 型號和C 型號輸液泵，其分別在尺寸和電池性能上有良好表現。

結論

在醫院，輸液泵作為臨床科室常用的醫療設備，具有數量多、應用廣和安全風險高等特點，對治療效果有直接影響。為了選購合適品牌輸液泵，應用TOPSIS 算法思想，將輸液泵參數進行規范化，結合不同賦值方法，建立一套可行、簡單、客觀的評價體系，為醫院采購部門提供科學決策。當然，決策范圍也不僅局限于輸液泵，適用于大多數醫療設備的采購。不足之處在于僅考慮流速、壓力等5 個指標對輸液泵性能進行評估，后續工作可以通過量化臨床特殊需求、可操作性和使用穩定性等其他因素完善評價體系。