基于TOPSIS 法的医疗设备评价方法与实践研究

□ 李玉峰 LI Yu-feng 刘孟翰 LIU Meng-han 张璐璐 ZHANG Lu-lu 李兴 LI Xing 王鹏飞 WANG Peng-fei

随着科学技术的发展，先进的技术不断在医疗设备上得到运用，其自动化程度和复杂程度越来越高，同时给医疗设备的管理带来了新的挑战。为保证各类医疗设备在医疗工作中高效利用，提升医院的诊疗水平，需要提高对医疗设备配置决策管理的水平[1]。为此，介绍一种以理想排序为思想方法，客观评价设备性能，为采购提供科学决策的模型，这里以输液泵为实践内容加以说明。

输液泵作为一种临床辅助输液设备，凭借能够精确控制药液的总量和流速，并能降低护理工作量等优势，已得到临床的广泛认可和应用[2]。与此同时，2016 至2017 年，全国上报的医疗器械不良事件报告中，报告数量排名前10 位的有源医疗器械中，输液泵一直排名第二位。说明输液泵在临床使用中存在较高安全风险，因此医院在选购输液泵时，更应增强购置的透明度，避免主观因素。为此，通过研究输液泵性能，结合医院实际情况，建立一套评价机制，为采购提供支撑。

评价流程

评价流程包括：确定评价原则，建立输液泵评价指标，运用检测设备对其参数进行评估，对得到的数据进行预处理使其去量纲和归一化。在指标权重赋值方面，将采用主客观两种方法，扬长避短。利用理想解排序法(TOPSIS)计算各个厂家输液泵性能指标与理性解的距离，得出排序结论。评价流程如图1 所示。

图1 输液泵质量评价流程图

分析过程

1.建立指标和数据规范化。在评定原则时，要先了解输液泵工作原理、技术特点和常见故障种类，评价指标应该兼顾客观公平性和可操作性。同时，评价体系是一个动态的过程，应该结合医院的需求特点和使用经验，要有实用性。因此，在综合考虑评价的原则、参考相关研究成果[3-5]，对输液泵质量评价分为流速、压力、尺寸、电池、防水等级五个方面分别进行考察。

1.1 流速。输液速度不准确是输液泵最主要的故障来源[6-7]。其原因包括输液器不匹配，未定期更换输液管路位置，输液泵软件错误，机械传动故障等。为了能客观取得真实数据，应用输液泵专业检测工具IDS-1A，配合医院主流输液器，参照为JJF 1259-2018《医用注射泵和输液泵校准规范》，选取参数25ml/h 和100ml/h 为测量标准，最大允许误差为±6%。为避免偶然性，流速和压力测试3 次，加权平均。目的是检测采购设备与医院输液器的适配精度，而不仅仅依靠厂家说明书提供的参数。

1.2 压力。阻塞报警是当输液管路发生非预期压力变化时，管路压力达到设定值时输液泵发出报警提示的功能。输液管路阻塞是输液泵静脉输液时产生的一种常见的异常情况，如果阻塞未及时发现，就会影响正常的治疗，阻塞时间过长甚至可能会造成病人死亡[8]。

检定输液泵压力报警功能，运用检测工具为Fluke 公司的IDS-1A 输液泵检测仪，配合医院主流输液器，参照为JJF 1259-2018《医用注射泵和输液泵校准规范》，设定中等流速，压力报警阈值分别设定为最大压力和最小压力，这时阻塞报警压力设定值与阻塞报警压力之间的最大误差应小于±100mmHg 或阻塞报警设定值的30%，两者取较大者。

1.3 尺寸。由于输注液泵越来越普遍应用于临床，常会出现同一病人用多个输注泵，共用输液架的情况。所以体积小和重量轻的输液泵，可以方便医护人员操作。

1.4 电池。随着医疗设备水平的提高，各种大型化、智能化设备逐渐在各个医院普及，用电负荷逐年增长，不时会出现配电倒闸或断电现象。而输注泵作为直接与患者接触的医疗器械，一旦在使用过程中出现故障，将直接影响患者的治疗效果，甚至有可能威胁患者的生命安全[9]。后备电池作为输液泵标准配置，是输注泵转运使用时的必备部分，同时也是应急性供电的主要保障。输液泵后备电池待机时间越长越好，这也是评判输液泵性能的指标之一。

1.5 防水等级。由于输液泵长期工作在药液管路环境中，难免会有药液洒溅，如果防水等级不足，会使药液侵入机壳内部，腐蚀电路板，所以防水等级至关重要。国际工业标准将防水等级分为9 等，等级越高，防水效果越好。市场上，输液泵防水等级一般为IPX1 至IPX4。

这里以参加招标的8 种型号输液泵为例，测量参数见表1。

表1 各型号输液泵参数(部分)

1.6 数据规范化。在做科学决策时，一般需要先对数据属性进行规范化，其作用主要为非量纲化和归一化。而属性值包括多种类型，包括效益型、成本型和区间型等。这里规范化方法应用向量规范法和区间属性变换。

其中，[al,ah]为ai的上下限，as为ai的最优解。

明显看出，电池、防水等级、附加功能为效益型属性，即数值越大越好。尺寸为成本型属性，即数值越小越好。压力和流速属于区间型属性，即最优解为区间。经过规范化数据，见表2。

表2 输液泵参数规范

2.权重赋值。权重用来衡量各个指标在综合评价的指标体系中的重要程度，体现了各指标对最终目标的影响力。权重越大，该指标对最终目标越重要，影响力越大[10]。目前计算权重系数的方法主要分为主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法是由评价人员根据各项指标的重要性而人为赋权的一种方法，充分反映专家的经验，目前使用较多的是专家咨询法，层次分析法，循环打分法等[11]。客观赋权法是从实际数据出发，利用指标值所反映的客观信息确定权重的一种方法，如熵值法，主成分分析法，因子分析法，均方差法，相关系数法，离差最大化方法等[12]。鉴于主客观赋值法的局限性，这里采用层次分析法和熵值法相结合的综合赋值法。

2.1 客观赋值法评估。广义上，熵是指某些物质系统状态可能出现的程度。根据熵的特性，可以通过计算熵值来判断一个方案的随机性及无序程度，也可以用熵值来判断某个指标的离散程度，指标的离散程度越大，该指标对综合评价的影响越大[13]。因此，可以根据各项指标的离散程度，计算信息熵，得出输液泵各个参数的权重，为多属性评价提供依据。

经计算，熵值权重系数，见表3。

表3 熵值权重

结合熵值定义可以看出，各个厂家输液泵在流速参数离散程度最大，导致其权重最大。而在尺寸参数上，则各品牌输液泵性能差异不大。

2.2 主观赋值法评估。层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是20 世纪70 年代由著名运筹学家萨蒂(T.L.Satty，1980)提出，韦伯(Weber)等提出利用层次分析法分别用于合作伙伴的选择。它的基本原理是根据具有递阶结构的目标、子目标(准则)、约束条件、部门等来评价方案，采用两两比较的方法确定判断矩阵，然后把判断矩阵的最大特征根对应的特征向量的分量作为相应的系数[14]。最后综合给出各方案的权重(优先程度)。AHP 如今已应用于诸多领域的决策方面，其主要特点是定性分析和定量计算相结合，将主观判断以数量形式表达并进行科学处理[15]。

利用已遴选指标构建准则层，应用9 因子标度法表示影响程度(见表4)，通过专家打分得到判断矩阵(见表5)。

表4 因子对比标度

表5 专家判断矩阵

关于权重解算，采用方根法求解

计算相对重要度：

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

计算权重：

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

一致性检验：

通过矩阵求得最大特征根λmax=5.097，得一致性指标CI。

根据查询5 阶矩阵随机一致性指标RI=1.12，则一致性比例CR

矩阵满足一致性检验。则AHP 加权系数，见表6。

表6 AHP 权重

从表6 可以看出，专家在判断时，认为流速问题是输液泵性能的主要方面，权重超过一半。而对防水等级和尺寸问题关心的较少。

2.3 组合权重的确定。主客观综合赋权法是将AHP 主观权重与熵值法客观权重相结合，既反应客观信息又体现专家的经验信息，能够减少赋权的主观随意性，反映数据的真实变化。

表7 组合权重

3.TOPSIS 排序。在经过数据标准化和赋值权重后，计算出加权矩阵。应用TOPSIS 的核心思想确定正理想解和负理想解，后解算各个参数到正理想解距离和负理想解距离，得出各个输液泵的指标排序。

最终，得到熵值加权和AHP 加权矩阵排名，见表8。

表8 输液泵加权TOPSIS 排序

从表8 可以看出，E 型号输液泵无论是在熵值加权、AHP 加权和组合加权下均为性能最佳，其在流速和压力均排名靠前，符合预期设想。其次是H 型号和C 型号输液泵，其分别在尺寸和电池性能上有良好表现。

结论

在医院，输液泵作为临床科室常用的医疗设备，具有数量多、应用广和安全风险高等特点，对治疗效果有直接影响。为了选购合适品牌输液泵，应用TOPSIS 算法思想，将输液泵参数进行规范化，结合不同赋值方法，建立一套可行、简单、客观的评价体系，为医院采购部门提供科学决策。当然，决策范围也不仅局限于输液泵，适用于大多数医疗设备的采购。不足之处在于仅考虑流速、压力等5 个指标对输液泵性能进行评估，后续工作可以通过量化临床特殊需求、可操作性和使用稳定性等其他因素完善评价体系。