孫 鵬
(北京急救中心,北京 100031)
2020年,全球新型冠狀病毒肺炎(以下簡稱“新冠肺炎”)疫情暴發(fā),因其傳播速度快、傳染性強(qiáng),國家衛(wèi)生健康委員會將新冠肺炎納入乙類傳染病,按甲類傳染病管理[1]。呼吸機(jī)是搶救和治療各種原因引起的急慢性呼吸衰竭的必備工具,新冠肺炎疫情期間,呼吸機(jī)在院前危急重癥患者監(jiān)護(hù)和急救轉(zhuǎn)運(yùn)過程中更是起到至關(guān)重要的作用。呼吸機(jī)性能的好壞關(guān)系到患者的生命安全,同時(shí)為保證采購的呼吸機(jī)達(dá)到較好的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,需要對其配置進(jìn)行合理選型。筆者結(jié)合個(gè)人工作內(nèi)容及單位實(shí)際需求,以便攜式呼吸機(jī)采購選型為研究內(nèi)容,在不屬于政府采購范圍的前提下,探討一種新的細(xì)化選型指標(biāo)模式及采購方法路徑,避免選型指標(biāo)權(quán)重設(shè)定和產(chǎn)品采購主觀性過強(qiáng)的問題。
呼吸機(jī)種類繁多,產(chǎn)品的采購首先要審核呼吸機(jī)及供應(yīng)商的相關(guān)資質(zhì),即完全符合國家技術(shù)質(zhì)量規(guī)范和該產(chǎn)品規(guī)格、性能等要求,然后在此基礎(chǔ)上要制訂一個(gè)比較完備的呼吸機(jī)評價(jià)指標(biāo)體系,用來評價(jià)呼吸機(jī)系統(tǒng)的指標(biāo)參數(shù)。呼吸機(jī)評價(jià)指標(biāo)涉及的因素很多,結(jié)合多個(gè)招評標(biāo)文件的采購需求、專家綜合評分以及市場產(chǎn)品調(diào)查,筆者簡要總結(jié),細(xì)化分為以下指標(biāo):通氣功能(X1)、通氣模式(X2)、核心參數(shù)(X3)、驅(qū)動(dòng)方式(X4)、價(jià)格優(yōu)勢(X5)、售后服務(wù)(X6)、整機(jī)質(zhì)量(X7)、銷售業(yè)績(X8)。
不同呼吸機(jī)有不同的通氣功能,同一型號的呼吸機(jī)從無創(chuàng)通氣到有創(chuàng)通氣,其適用患者范圍更廣、治療方式更多、選擇模式更多。同一呼吸機(jī)具備2種通氣功能不僅可以更好地應(yīng)對患者的病情變化,并且可以減少購買呼吸機(jī)的數(shù)量[2]。
通氣模式應(yīng)滿足嬰幼兒、成人和通用多種使用需求,并且多種通氣模式與有創(chuàng)、無創(chuàng)通氣功能結(jié)合可使呼吸機(jī)治療功能發(fā)揮最優(yōu)的效果。市場上有些呼吸機(jī)雖然兼具有創(chuàng)和無創(chuàng)通氣,但由于通氣模式單一,有創(chuàng)通氣的功能弱化,不能較好地滿足臨床使用要求。因此,通氣模式也是一個(gè)重要指標(biāo)。
核心參數(shù)包含基礎(chǔ)參數(shù)和高級參數(shù),基礎(chǔ)參數(shù)可以動(dòng)態(tài)掌握患者的呼吸力學(xué)改變,高級參數(shù)在基礎(chǔ)參數(shù)的支持下可用來制訂個(gè)體化的通氣策略。市場上呼吸機(jī)產(chǎn)品多、性能優(yōu)劣差異大,為適應(yīng)各種嚴(yán)峻急救環(huán)境,保證急救的安全性,需要呼吸機(jī)性能穩(wěn)定(如完善的警報(bào)系統(tǒng)和自檢系統(tǒng),可提高治療安全性),以實(shí)現(xiàn)院前、院內(nèi)有效銜接。特別是潮氣量、通氣頻率等基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置范圍大,醫(yī)護(hù)人員可結(jié)合患者病情動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)置參數(shù)。此外,具有壓力、流量和CO2監(jiān)測功能的呼吸機(jī)可輸出呼吸波形,有利于醫(yī)護(hù)人員根據(jù)患者病情及時(shí)調(diào)整呼吸機(jī)波形參數(shù)值[3-5]。
呼吸機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式一般分為氣動(dòng)電控呼吸機(jī)和電動(dòng)電控呼吸機(jī)。目前本中心所選用的是以壓縮氣體作為動(dòng)力源的氣動(dòng)電控呼吸機(jī),主要原因是院前急救在院外進(jìn)行,采用氣動(dòng)電控呼吸機(jī)可避免電動(dòng)電控呼吸機(jī)渦輪機(jī)在飛機(jī)或急救車上由于道路顛簸對使用帶來的影響。此外,還能夠滿足現(xiàn)代多種呼吸模式的需要。
價(jià)格是影響呼吸機(jī)選擇的重要因素。采購方注重呼吸機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益,因此呼吸機(jī)價(jià)格應(yīng)具有競爭力。應(yīng)綜合考慮呼吸機(jī)性能、產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)等因素,選出更具價(jià)格優(yōu)勢的呼吸機(jī)[6]。
售后服務(wù)是對產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)管理,可采取措施將呼吸機(jī)在院前使用的風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受水平,如定期更換空氣過濾棉、常規(guī)維護(hù)和安全檢查、更換損耗部件等,因此將售后服務(wù)確定為呼吸機(jī)評價(jià)的重要指標(biāo)[6]。
體積小、質(zhì)量輕的呼吸機(jī)在院前急救與轉(zhuǎn)運(yùn)過程中可減輕醫(yī)護(hù)人員負(fù)重,使醫(yī)護(hù)人員快速到達(dá)救援現(xiàn)場,以及時(shí)救治傷者。因此,在設(shè)定評價(jià)指標(biāo)時(shí)也要考慮呼吸機(jī)的整機(jī)質(zhì)量。
呼吸機(jī)銷售業(yè)績高低往往反映著市場滿意度,這與呼吸機(jī)性能、質(zhì)量、售后服務(wù)等密切相關(guān)。因此,本研究將呼吸機(jī)銷售業(yè)績作為一項(xiàng)重要指標(biāo)。
當(dāng)前呼吸機(jī)采購過程中的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)大多比較籠統(tǒng),例如采用價(jià)格模塊、商務(wù)模塊、技術(shù)模塊以及售后服務(wù)模塊四大模塊。此評價(jià)指標(biāo)初步引入了權(quán)值的概念,容易對照標(biāo)準(zhǔn)“打分”。但是仍難以細(xì)化核心參數(shù)指標(biāo),精確到每一個(gè)分?jǐn)?shù)值,難以合理界定評價(jià)因素及權(quán)值,難以找出技術(shù)和價(jià)格等標(biāo)準(zhǔn)分值之間的平衡關(guān)系。
本文將產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行合理細(xì)化,有利于評價(jià)出技術(shù)性能出色的呼吸機(jī),且能夠充分考慮使用價(jià)值,更合理地賦予各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)值,避免一定的主觀性采購。
聚類是將數(shù)據(jù)對象的集合分成相似對象類的過程。同一類中的對象之間具有較高的相似性,而不同類中的對象具有較高的相異性。
聚類分析方法包括層次法(對給定數(shù)據(jù)對象集合進(jìn)行層次的分解)和自底向上(層次凝聚)方法。自底向上方法也稱為聚合層次法,該方法以最初每個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)類(原子類),每一步合并2個(gè)最相似的類。這種方法需要定義類的相似性度量和算法終止的條件。
本研究對呼吸機(jī)分類時(shí)采用自底向上的聚類方法。假設(shè)評價(jià)對象i有n個(gè),納入的評價(jià)指標(biāo)j有m個(gè),則n個(gè)評價(jià)對象的m個(gè)評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)集可以構(gòu)成評價(jià)矩陣xij[7]:
為計(jì)算評價(jià)對象間的相似度(即距離值),先設(shè)置度量距離值dist(xi,xj),然后采用歐幾里得公式得到度量距離(歐式距離):
歐幾里得距離函數(shù)通常滿足以下性質(zhì):
(1)非負(fù)性,dist(xi,xj)必須是一個(gè)非負(fù)數(shù)。
(2)某個(gè)對象到自己的距離為0,即dist(xi,xj)=0。
(3)對稱性,dist(xi,xj)=dist(xj,xi)。
(4)滿足三角不等式,即dist(xi,xj)≤dist(xi,xk)+dist(xk,xj)[8]。
先將所有單獨(dú)樣本看成一類,采用公式(2)求出每一類的相互距離,得出距離矩陣,將矩陣中的每一個(gè)數(shù)值按照升序進(jìn)行排列。根據(jù)排好的序列合并最靠近的2類(因?yàn)樗鼈兙哂凶钚〉念愰g距離),得到新的類集合后,更新距離矩陣,再次進(jìn)行合并最靠近的2類,更新距離矩陣,直到達(dá)到設(shè)置的收斂條件,得出結(jié)果。
熵權(quán)法是一種在綜合考慮各因素提供信息量的基礎(chǔ)上計(jì)算一個(gè)綜合指標(biāo)的數(shù)學(xué)方法。作為客觀綜合定權(quán)法,其主要根據(jù)指標(biāo)變異性的大小來確定客觀權(quán)重。
計(jì)算權(quán)重的熵值,其作用并不是評價(jià)某個(gè)評價(jià)指標(biāo)的實(shí)際熵值(信息量)大小,而是體現(xiàn)對應(yīng)評價(jià)指標(biāo)在給定的評價(jià)體系中的作用,反映評價(jià)指標(biāo)的相對重要性。從信息論的角度來看,它代表該問題中有用信息的多寡程度。指標(biāo)的信息熵Ej越小,表明指標(biāo)值變異程度越大,提供的信息量越多,在綜合評價(jià)中所能起到的作用也越大,其權(quán)重也就越大。相反,指標(biāo)的信息熵Ej越大,表明指標(biāo)值變異程度越小,提供的信息量也越少,在綜合評價(jià)中所起到的作用也越小,其權(quán)重也就越小。
為計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重,須選取n個(gè)樣本,m個(gè)指標(biāo),xij則為第i個(gè)樣本的第j個(gè)指標(biāo)的數(shù)值。對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,歸一化后的數(shù)據(jù)記為xij',其表示形式為
計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)下第i個(gè)樣本指標(biāo)屬性的貢獻(xiàn)度pij,計(jì)算公式為
從信息傳播的角度來看,信息熵可以表示信息的價(jià)值??珊饬克袠颖緦Φ趈個(gè)指標(biāo)的貢獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)Ej,其計(jì)算公式為
最后通過公式(6)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)值wj,計(jì)算各樣本的綜合得分,選擇待評價(jià)產(chǎn)品類。wj計(jì)算公式為
采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對待評價(jià)產(chǎn)品類進(jìn)行綜合分析時(shí),在灰色系統(tǒng)中,呼吸機(jī)各項(xiàng)參數(shù)與最優(yōu)對象的關(guān)系是不確定的。為顯示備選產(chǎn)品與最優(yōu)對象的關(guān)聯(lián)關(guān)系,需要確定一個(gè)表示關(guān)聯(lián)程度的量,這里稱作關(guān)聯(lián)系數(shù)?;疑P(guān)聯(lián)分析法是進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析的,并非評價(jià)分析。進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析時(shí),須首先關(guān)聯(lián)一個(gè)虛擬最優(yōu)對象,與虛擬最優(yōu)對象關(guān)聯(lián)系數(shù)最大的,即為最優(yōu)解。該虛擬最優(yōu)對象的參考數(shù)據(jù)列是一個(gè)理想的比較標(biāo)準(zhǔn),可以以各指標(biāo)的最優(yōu)值(或最劣值)構(gòu)成參考數(shù)據(jù)列,也可根據(jù)評價(jià)目的選擇其他參照值,記作x0。該數(shù)據(jù)集包含8項(xiàng)指標(biāo),記作x0(j),其計(jì)算公式如下:
為比較備選產(chǎn)品與虛擬最優(yōu)對象間的差距,首先逐個(gè)計(jì)算每個(gè)待評價(jià)對象指標(biāo)序列(比較序列)與參考序列對應(yīng)元素的絕對差值,即確定數(shù)據(jù)列的最大值和最小值
其次根據(jù)數(shù)據(jù)列的最大值和最小值計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(j):
式中,ρ為分辨系數(shù),0<ρ<1。ρ越小,關(guān)聯(lián)系數(shù)間差異越大,區(qū)分能力越強(qiáng)。通常ρ取0.5。
最后計(jì)算關(guān)聯(lián)序。對各評價(jià)對象(比較序列)分別計(jì)算其指標(biāo)與參考序列對應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值,以反映各評價(jià)對象與參考序列的關(guān)聯(lián)關(guān)系,并稱其為關(guān)聯(lián)序。因?yàn)橹笜?biāo)在綜合評價(jià)中所起的作用不同,可對關(guān)聯(lián)系數(shù)求加權(quán)平均值ri,計(jì)算公式為按關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小排序,組成關(guān)聯(lián)序,得出最優(yōu)呼吸機(jī)產(chǎn)品。
通過舉例來對本研究提出數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析說明。設(shè)A~J為10種不同品牌的呼吸機(jī),對10種不同品牌的呼吸機(jī)的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦值,由高到低依次設(shè)為4個(gè)級別的賦值標(biāo)準(zhǔn):9、8、7、6,詳見表1。
表1 呼吸機(jī)評價(jià)指標(biāo)賦值表
(1)計(jì)算歐式距離。
對10種品牌呼吸機(jī)進(jìn)行聚類分析,使得同一類中的對象之間具有較高的相似性。根據(jù)本研究指標(biāo)值,設(shè)相似度距離為2。先將10種品牌的呼吸機(jī)分別看成一個(gè)類,采用公式(2)計(jì)算各類兩兩之間的距離。因?yàn)楸疚臄?shù)據(jù)較少,采用人工計(jì)算,得出對稱距離矩陣,詳見表2。
表2 10種品牌呼吸機(jī)兩兩距離矩陣表
(2)聚類。
找到最小的類間距離,合并距離最小的2類,直到達(dá)到收斂條件。最終分為3類:第一類呼吸機(jī)為A、B、C、F,第二類呼吸機(jī)為D、E、I,第三類呼吸機(jī)為H、J、G。通過聚類分析得出3類呼吸機(jī)對比分析結(jié)果如下:
第一類呼吸機(jī):通氣功能、通氣模式、核心參數(shù)、售后服務(wù)、銷售業(yè)績比較高的一類呼吸機(jī)。
第二類呼吸機(jī):驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)于第一類呼吸機(jī),通氣模式優(yōu)于第三類呼吸機(jī),通氣功能、核心參數(shù)、整機(jī)質(zhì)量與第三類呼吸機(jī)相似。
第三類呼吸機(jī):驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)于第一類呼吸機(jī),核心參數(shù)、售后服務(wù)優(yōu)于第二類呼吸機(jī)。
(1)標(biāo)準(zhǔn)化處理。
對各個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。通過公式(3)計(jì)算各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的值,詳見表3。
表3 呼吸機(jī)評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)值
(2)計(jì)算指標(biāo)貢獻(xiàn)度。
通過公式(4)計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)下第i個(gè)樣本指標(biāo)屬性的貢獻(xiàn)度,詳見表4。
表4 指標(biāo)貢獻(xiàn)度
(3)求信息熵。
通過公式(5)求各指標(biāo)的信息熵,X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8的Ej分別為0.82、0.75、0.76、0.70、0.92、0.82、0.88、0.93。
(4)計(jì)算權(quán)重。
通過公式(6)計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)值,X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8的wj分別為0.13、0.18、0.17、0.21、0.06、0.13、0.08、0.05。
(5)計(jì)算得分。
為篩選出優(yōu)秀的一類呼吸機(jī),應(yīng)計(jì)算每一類呼吸機(jī)中8項(xiàng)指標(biāo)得分的平均值,從而得到最終得分。3類呼吸機(jī)每項(xiàng)指標(biāo)平均得分見表5。
表5 3類呼吸機(jī)評價(jià)指標(biāo)得分表
根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)計(jì)算,第一類呼吸機(jī)最終得分為8.28,第二類呼吸機(jī)最終得分為7.50,第三類呼吸機(jī)最終得分為7.63。因?yàn)榈谝活惡粑鼨C(jī)最終得分最高,所以選擇第一類呼吸機(jī)作為待評呼吸機(jī)。
(1)確定參考數(shù)據(jù)列。
因?yàn)楦黜?xiàng)指標(biāo)均為效益性指標(biāo),分值越高說明呼吸機(jī)該項(xiàng)指標(biāo)性能越高,根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可得各項(xiàng)指標(biāo)最高分值x0=9、9、9、8、9、9、9、9。
計(jì)算|x0(j)-xi(j)|,結(jié)果用yj表示。詳見表6。
表6 評價(jià)指標(biāo)序列與參考序列絕對差值表
(2)求最值。
(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。
依據(jù)公式(8),ρ取0.5,計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。詳見表7。
表7 關(guān)聯(lián)系數(shù)
(4)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)的均值。
分別計(jì)算第一類中每種品牌呼吸機(jī)各指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)的均值(關(guān)聯(lián)序),即
(5)關(guān)聯(lián)系數(shù)排序。
按上述關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小排序,即B>A>F>C,得出最優(yōu)呼吸機(jī)品牌為B。
關(guān)聯(lián)序中某一種品牌呼吸機(jī)與本研究設(shè)想最優(yōu)的呼吸機(jī)越接近,關(guān)聯(lián)系數(shù)就會比較大。B品牌呼吸機(jī)關(guān)聯(lián)系數(shù)最大,所以B品牌呼吸機(jī)為最優(yōu)呼吸機(jī)。文中B品牌呼吸機(jī)被選中,除了X4指標(biāo)外,其余各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到9分,佐證了本研究的評價(jià)指標(biāo)具有實(shí)際價(jià)值。通過關(guān)聯(lián)系數(shù)比較和最終計(jì)算結(jié)果分析,驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)模型的合理性和準(zhǔn)確性,具有實(shí)踐意義。
第一類待評價(jià)呼吸機(jī)中,A品牌呼吸機(jī)和F品牌呼吸機(jī)的總得分相等,但是經(jīng)過數(shù)學(xué)模型計(jì)算后,A品牌呼吸機(jī)的得分高于F品牌。從表1可以看出,A品牌呼吸機(jī)的通氣模式和核心參數(shù)2項(xiàng)指標(biāo)均比F品牌的得分高,說明購買中高端便攜式呼吸機(jī)時(shí),這2項(xiàng)指標(biāo)是更為專家看重且起到?jīng)Q定性作用的。綜上,基于聚類分析和信息熵的灰色關(guān)聯(lián)分析法建立的數(shù)學(xué)模型可以較好地對呼吸機(jī)進(jìn)行評價(jià),這也對以后的呼吸機(jī)采購起到一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。
為驗(yàn)證以上2點(diǎn)結(jié)論的有效性,本研究對數(shù)學(xué)模型再次賦值,相較于上文中賦值總分結(jié)果不同的情況,假設(shè)8項(xiàng)指標(biāo)的10種品牌呼吸機(jī)賦值總分相等。通過對比分析發(fā)現(xiàn),通氣功能、通氣模式、核心參數(shù)、驅(qū)動(dòng)方式4項(xiàng)指標(biāo)分值較高且較其他指標(biāo)相對重要,指標(biāo)值的離散程度高導(dǎo)致權(quán)重較大,能夠得出最優(yōu)類呼吸機(jī)組。最優(yōu)類呼吸機(jī)的大部分指標(biāo)分值較高,結(jié)合權(quán)重后,關(guān)聯(lián)系數(shù)值大的呼吸機(jī)最終勝出。所以再次證明數(shù)學(xué)模型在分值相同的情況下,依然能選出最優(yōu)呼吸機(jī),也反映了利用該數(shù)學(xué)模型甄選呼吸機(jī)的優(yōu)勢。此外,最終勝出的呼吸機(jī)價(jià)格優(yōu)勢指標(biāo)值都不是最低分,而且價(jià)格優(yōu)勢指標(biāo)權(quán)重處于8項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重中的中等水平,所以該數(shù)學(xué)模型可以計(jì)算出性價(jià)比相對較高的呼吸機(jī)。
運(yùn)用本文提出數(shù)學(xué)模型進(jìn)行眾多產(chǎn)品選擇時(shí),應(yīng)首先進(jìn)行聚類分析,篩選出優(yōu)秀的一類呼吸機(jī),以減少繁重的計(jì)算工作量,提高效率。在聚類分析中,呼吸機(jī)評價(jià)指標(biāo)設(shè)定的主觀性較強(qiáng),引入信息熵可使評價(jià)指標(biāo)設(shè)定更客觀。因此基于聚類分析與信息熵的灰色關(guān)聯(lián)分析法建立的數(shù)學(xué)模型所選出的最優(yōu)呼吸機(jī)具有更高的可信度。此外,該數(shù)學(xué)模型也適用于其他產(chǎn)品的采購,并不局限于采購呼吸機(jī)。
這種通過數(shù)學(xué)模型得出最優(yōu)產(chǎn)品的方法對指標(biāo)權(quán)重設(shè)定雖然有一定的合理性,但也需要注意該數(shù)學(xué)模型還有進(jìn)一步優(yōu)化的可能,同時(shí)在指標(biāo)選型和權(quán)重設(shè)定方面還有一定的局限性和主觀性。在對待評產(chǎn)品分類和評價(jià)方法選擇上有很多方法,每種方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn),需要針對具體的問題進(jìn)行設(shè)計(jì),尤其在產(chǎn)品評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的設(shè)定問題上有待進(jìn)一步的研究。