发明问题解决理论在医药卫生领域的应用进展*

吴 思 檀润华 古恩鹏 王 平 谢海波 王为民 刘爱峰 杨伯军

医药卫生领域涵盖内容广泛，涉及临床医学、药学、护理、卫生管理与法律等多个学科。随着人民日益增长的卫生健康需求，对于医药卫生领域转型升级的压力也越来越大，高效的创新是转型升级的必要保证，因此我们有必要借鉴工程技术领域内科学的创新思维工具和技术，作为医药卫生领域发展的“润滑剂”。成熟的创新理论与方法有多种，其代表性的有：质量功能配置、公理设计理论、系统化设计理论、六西格玛和发明问题解决理论等，其中发明问题解决理论的应用范围最为广泛，成为了世界性跨国公司进行科技创新与技术进步的重要手段[1]。

1 发明问题解决理论及主要技术方法

1.1 发明问题解决理论

发明问题解决理论，拉丁文全称teorijia rezhenija inzhenernyh zadach，TRIZ是拉丁文字母缩写的字头，而在发源地前苏联，其全称为теории решения нзобрета

телъских。此理论是20世纪40年代，TRIZ之父——根李齐·阿奇舒勒(G.S.Altshhuller)及其研究团队在分析了250万件高水平发明专利的基础上，进行总结与分析，提炼出的一套理论与方法。阿奇舒勒通过大量研究发现，创新是有规律可循的，其基本原理是客观存在的，通过对这些规律的掌握及使用，可以提高发明成功率、缩短创新发明周期，同时使得发明问题的解决具有可预见性[2]。通过这一创新工具的发明及使用，前苏联在教育、科技、军事等领域取得了瞩目的成就。随着苏联解体，这一在“美苏争霸”中的“保密”技术被逐渐推广使用，影响深远。

1.2 TRIZ的“五大支柱”

1.2.1 理想

理想在许多方面与“价值”概念相似，理想状态被定义为系统向用户提供的好处的总和除以提供这些好处的成本和可能发生的任何其他负面作用(资源浪费、时间、环境破坏等)的总和。最初TRIZ的研究者发现所有成功创新都有一个简单的现象——与之前的产品和流程相比，它们都提供了更高层次的理想状态，这意味着有了一个明确的方向和最终目的的概念，在TRIZ中，这一最终目标被称为最终理想解[3]。

1.2.2 矛盾

与传统问题解决战略相反，TRIZ矛盾哲学的主要基本原则是寻求确定和消除矛盾。几乎所有的问题解决方法都非常强调在冲突的问题参数之间实现“最佳”折衷的重要性，但是TRIZ的矛盾解决方法论则尝试“消除”这些矛盾，而不是去接受它们。因此，问题解决者需要积极地寻找所有系统中固有的冲突和矛盾。一旦发现了矛盾，就会使用到TRIZ主要矛盾消除工具——冲突矩阵，它概括了其他人如何成功地解决了类似的问题。消除矛盾是系统创新解决问题的有力工具之一[4]。

1.2.3 功能

相对于传统思维过程而言，定义和使用功能的方法作为一种独特的思维范式是值得讨论的，这一理论的提出主要归功于Miles在价值工程方面开创性的工作。其主要包含的内容有3个方面：(1)认为系统具有的主要有用功能和认为任何系统组件对实现这一功能没有贡献的想法最终都是有害的。(2)与传统功能映射中重视组件之间建立积极的功能关系不同，TRIZ注重描绘一个系统所包含的正负关系，更重要的是利用功能分析来识别系统中的矛盾。(3)功能是一个公共线路，通过他可以在不同的行业之间来共享知识。“方案变了，功能不变”是TRIZ方法论的核心思想：人们想要的是一个洞，而不是钻头[5]。

1.2.4 利用资源

在TRIZ中，资源是系统中没有发挥其最大潜力的任何东西。这些资源的发现揭示了改进系统设计的机会。TRIZ对于资源的搜索既考虑到传统上的积极资源，也考虑到消极不利的资源[6]。

1.2.5 空间、时间、接口

TRIZ的第5个支柱是对于问题的认识，我们对于形势的看法在决定我们得出的解决办法方面起着非常重要的作用。因此，能够从许多不同角度来看待事物是非常重要的，不仅在物理上和时间上，而且事物之间的关系和接口可能与事物本身同样重要。TRIZ方法的时空界面支柱在于使用户能够系统地重新构建思维框架，避免跳转到错误的问题定义上，从而影响问题解决的结果[7]。

1.3 TRIZ理论的主要方法和工具

TRIZ理论的主要方法和工具包括矛盾矩阵、40条发明原理、物理冲突与四项分离原理、物质-场模型与76个标准解、发明问题解决算法等。

技术冲突是指在系统进化过程中，改善其中一个因素，却引起另外一个因素恶化。为了解决技术冲突，阿奇舒勒经过对数万个专利解决方案的研究，在解决技术冲突的方案中起主要作用的参数只有39个，每一个问题都可以描述为2个参数的冲突。基于上述研究，阿奇舒勒总结出39个矛盾矩阵与40条发明原理，来解决任意两个参数间存在的冲突[8-9]。

当一个系统同时希望向两个相反的状态发展时所产生的矛盾即为物理矛盾。解决物理矛盾的方法为四项分离原理：空间分离、时间分离、整体与部分分离、相反特性共存原理[10]。

阿奇舒勒认为任何一个系统都可以分为两种物质和一种场，两种物质通过场的作用来相互联系。通过物质-场模型的建立快速确定系统中问题所在，并使用与之对应的76个标准解进行求解[11-12]。

发明问题解决算法是TRIZ理论的核心分析工具，用于解决冲突的主要方法，它主要针对产品和过程的演化，是由一整套完整的原理组成的方法，主要用于克服物理惯性，是消除物理冲突的数据库。

2 TRIZ在国内外医药卫生领域的应用进展

TRIZ理论早在20世纪70年代，由TRIZ专家Alexander开始在Petrozavodsk大学医学院教授TRIZ理论，并以此解决了大量与医疗技术和医疗设备相关的问题[13]。近年来众多的学者了解、掌握了TRIZ理论，并将其扩展到医院管理、医疗质量控制、医疗器械设备制造、诊疗技术、药品生产、疾病防控、医保制度设计等方面，体现出了良好推动价值。

2.1 医院管理及质量控制

使用TRIZ理论及方法可以很好地发现患者对于医院服务质量的关注点，并寻找相应的发明原理对所关注的服务质量问题进行快速化的解决。正如LariSemnani等[14]对2011年3月在其大学附属医院就诊的每一位患者，进行动态定性、描述性调查，发现患者对于医疗服务质量要求集中于：医院就诊流程设计，医护人员责任心，治疗的可信度、疗效保证、同情心。而患者期望值最高的关注点在：(1)医院就诊流程设计是否合理；(2)医护是否能够提供满意的治疗与服务。因此，运用冲突解决理论与方法，确定冲突，并使用冲突矩阵，查找解决冲突的发明原理有：反向(原理13)、自服务(原理25)、参数变化(原理35)、分离(原理2)。通过使用TRIZ方法，可以以更开放的角度审视医院管理中的问题，并超越组织结构框架，更快速响应患者的需求。王华等[15]通过在医院管理创新中使用TRIZ理论，在其医院病理科流程管理中进行创新。其具体流程分为三个阶段：(1)分析阶段：分析初始问题及主要环节、矛盾及其存在的直接原因；(2)操作阶段：通过改变造成矛盾的原因，寻找消除矛盾的发明原理；(3)合成阶段：将发明原理中的具体方法引入到待改进系统中，进行验证。经过一年的改进，病理科净收入增加100余万元，人员积极性提升，医疗服务项目增加，合作领域扩大，学科品牌逐渐建立并推广。公立医院改革作为推进医药卫生体制改革的重要环节，近年来由量到质，由速到效地逐渐开展。齐齐哈尔市第一医院在管理体制层面、运行机制层面、患者需求层面、改革互动层面与改革惯性方面，剖析医院存在的问题。运用40个发明原理中的分割、合并、局部质量等原理，对标不同问题层面，寻找改革的优化路径与战略选择，例如，运用合并原理，形成了整合急救资源，加强医联体建设，建立区域诊疗中心，形成医生集团，实施部分预算统一管理等方式方法，扩展医院的辐射面积，整合各项资源，减少成本投入，增强服务能力[16]。医院内不良事件上报是促进医疗服务质量和提升患者就医满意度的重要参考，涉及医疗沟通事件、烧/烫伤事件、院内感染事件、药物不良反应等方方面面，基于上述需求李成亮等[17]基于冲突理论，建立TRIZ问题模型，运用矩阵进行求解，将空间维数变化(原理17)作为程序设计的重要参考；对于上报流程问题，建立物质-场模型，使用76个标准解进行求解，设计了出现相关事件后的上报流程。最终求解结果由开发出的上报程序实现，大大减低了差错事故率。

2.2 临床诊疗与护理

TRIZ理论对于临床治疗技术提升，在下面的例子中体现的最为突出。彼得罗扎沃茨克位于北极圈附近，寒冷的冬天使得许多人因体温过低而死亡，在这个问题被解决前，没有一个既能快速升高体温，又能避免血液因大量流向皮肤而导致心脏与大脑供血供氧下降的办法。Tatti医生通过学习TRIZ方法后，运用冲突解决理论对问题进行分析发现，问题的理想解是：合理快速升高体温，挽救生命。矛盾的性质属于物理矛盾，其基于条件分离及整体与部分分离的原理，将患者自身的血液作为一种资源，快速向心脏或其他器官传送热量。具体的解决方法是：将电热毯置于体表大动脉处(颈动脉、股动脉、腘动脉等)，这一方法挽救了众多生命[18]。创面及伤口愈合是一个复杂的过程，如何将创面伤口愈合时间从平均4周～6周缩至尽可能短，是临床医学关注的重要问题。Pravin等[19]通过在对创面长期大量的研究基础上，运用TRIZ系统进化理论分析，推断未来使用电刺激和激光治疗创面，不但有助于其愈合，而且可以减少瘢痕和非愈合型损伤(皮肤溃疡)。

儿科急诊输血是一个高风险领域，Dehnavieh等[20]通过医疗失效模式和效果分析对马什哈德Qaem教育中心儿科急诊输血过程进行风险评估，发现在输血的8个过程中，有13种失效模式被确定为不可接受的风险(风险评分高于8分)，经过因果会议讨论，确认高风险模式的根本原因。最终其经过TRIZ将问题进行重新分析，找出了6类解决方法：重新设计输血过程、输血程序的标准化和持续更新、输血灾难事件的根源分析、患者识别条码、课程培训和宣传手册发放、输血委员会定期会议，这些方法都在后期的执行过程中起到了很好的效果。

新生儿重症监护室对于提高新生儿成活率起到了积极作用，但是由于患儿病情较重，费用高，往往使家长出现一系列的心理变化，而对于家长的优质心理护理决定了患儿的康复程度。谢芳芳等[21]针对患者家长常见的三种心理，运用40条发明原理中的分离(原理2)、合并(原理5)、预操作(原理10)、动态化(原理15)、反馈(原理23)、自服务(原理25)、状态变化(原理36)，设计出了7条心理护理措施，经过临床验证效果突出，提高了科室护理水平，并且随着创新方法的使用，临床护理问题的解决能力得到了提升。

2.3 医疗器械与药品研发

医疗器械、药品的研发与生产是医药卫生领域的重要环节，其创新水平影响和决定着医药卫生行业的发展，这些行业与生物工程、机械制造、化工等学科息息相关，是医药卫生领域内接触TRIZ理论及方法较早的行业[22]。

对于心脏瓣膜疾病患者，进行瓣膜置换术是有效手段之一。三叶机械瓣膜因其良好的性能受到各国学者的关注。在三叶瓣膜结构设计中，发现存在着如下技术冲突：(1)增大瓣膜开启角度，利于血液流动，但降低关闭的可靠性；关闭时间增加，关闭能耗增大，噪音增大；(2)瓣膜叶片厚度减小，横跨弧度减小，可降低心脏能耗，但是瓣膜叶片强度降低。结合到具体工程参数中发现，当前设计的技术矛盾为：(1)“可靠性”与“体积”的问题；(2)“速度”与“强度”的问题。通过查阅冲突矩阵，得出了局部质量(原理3)与球形原则(原理14)两个发明原理，从局部质量和曲面化角度，对瓣膜进行重新设计，并在三维有限元模型中进行验证，改进设计后的三叶机械瓣膜功能满足设计要求，工作安全可靠[23]。

中成药的加工制剂，需要提取、过滤、浓缩等环节，王丽娜等[24]在中药混合提取液超滤系统中发现，滤膜滤孔在一定量的提取后，被阻塞，过滤效率降低，过滤膜的停机清洗既导致了操作连贯性降低，又增加了清洗费用，提升了成本。因此，其通过技术系统的因果分析和过滤系统的组件和功能分析，将待解决的实际问题转化为TRIZ问题，再使用技术冲突和物理冲突、物质-场模型、进化法则对问题进行求解，形成不同的改进方案，最后使用创新方法软件进行方案评价，进而解决实际生产中的问题。

在医用X线机的支撑立柱改进设计中，研究人员对问题做出详细的功能描述，建立物质-场模型，通过系统分析得出支撑立柱定位费时费力、精确度差及定位角度局限性的主要原因在于：定位方式采用手动解锁套筒和导轨间的固定滑动锁止机构；套筒固定连接在导轨上导致设备的运动位置受套筒的限制，影响检查的角度。基于上述问题的描述，使用冲突矩阵，查找到第28条发明原理“机械系统替代”，使用电磁铁功能的弹簧锁止机构替代机械锁止机构，利用磁力控制弹簧机构伸缩，实现自动调节。而基于第二个问题，使用了76个标准解中“采用向外部复杂物质-场跃迁”的原理，引入一个活动关节机构对立柱进行结构补强，使伸缩臂能够全角度自由旋转。经过改进后的X线机结构简单，工作范围更广，运行平稳，取得了良好的效果[25]。

2.4 公共卫生与疾病防控

2003年，严重急性呼吸系统综合征在东亚流行，新加坡作为被波及的国家之一，在疫情流行期间，新加坡政府在短时间段内采取了大量行之有效的措施，这些措施被TRIZ研究者系统研究后，发现新加坡政府在40条发明原理中，应用了至少21条来解决非技术性矛盾，使得TRIZ方法成为了疾病防控中解决问题的重要手段，而本案例研究也被广泛引用。举例如下：(1)发明原理5(组合原理：a组合相似对象或拟用于类似或相关操作的对象；b同时进行类似或相关的操作)。樟宜机场的清洁人员利用了混合消毒剂的制品，增加清洁消毒所覆盖的菌群范围。(2)发明原理22(变害为利原则：a利用有害因素获得优势；b将有害因素与另一有害因素结合起来加以消除)。新加坡政府通过本次流行疾病，提高个人及社会对环境卫生重要性的认识，以改善整个国家的医疗卫生状况。(3)发明原理32(变色原理：a改变物体或环境的颜色；b改变物体或其环境的透明度；c如果需要监控难以看清的物体或过程，则使用有色添加剂；d如果这些添加剂已经在使用中，则使用示踪元素或附加荧光标记)。政府要求司机、职员等必须佩带彩色贴纸，以显示他们已经于今日通过温度测试。樟宜机场通过红外摄像机比较旅客的面部颜色和阈值图来对其进行监测。通过上述的研究表明，新加坡政府的这些措施蕴含的创新原则都在40条发明原理中，可以帮助实践者更快得找到可靠的解决方案[26]。

食品药品安全对于人民群众的身体健康有着极为重要的意义，而质量的控制与管理是食品药品生产企业保证其产品安全的重要环节。徐静等[27]经过分析得出食品药品生产质量管理中存在的人员、设备、物料、法律(法规)、环境相关问题，与描述冲突的39个工程技术参数进行匹配修改，结合管理系统的特征进行改造，形成相应的冲突矩阵，并根据矩阵中的发明原理，形成具体的管理措施，进而对食品药品生产企业进行相关管理指导与培训，保障其在生产销售中的各项安全。

随着各国家级创新中心、各省市级科技部门等各级学者与工作人员的不断推广，以TRIZ为代表的创新理论与方法，在各企事业单位、大学、科研机构中被广泛的使用，近两年来成果涌现。并且在中小学节段教育中对发明创新理念与思想的推广，在全社会也不断深入开展[28-29]。相信以TRIZ为主的创新方法会为助力由中国制造向中国创造转变提供巨大支撑。中医药是祖国医学的伟大宝库，如何将传统思维、技术方法在继承与创新中永葆活力，是我们每位中医药学者都必须面临的问题，也希望本文能够为大家提供一些借鉴和帮助。