關(guān)鍵詞：PCA主成分分析；AHP層次分析法；TOPSIS逼近理想解排序法；痰液防飛濺；護理裝置；氣切患者

引言

氣管切開手術(shù)是為了解決患者呼吸道阻塞或呼吸困難問題而采取的一種醫(yī)療手段，如圖1 所示。在氣切管使用過程中，氣切口與氣管相連引起的異物感、分泌物積聚、空氣干燥等因素可能會刺激患者咳嗽[1]?？人钥赡軐?dǎo)致痰液飛濺，增加感染風(fēng)險，并對周圍環(huán)境和人員造成污染[2]。

為了降低這種風(fēng)險，醫(yī)護人員需要定期檢查氣切管，對氣切口進行濕化和吸痰等護理操作。設(shè)計防止痰液飛濺的裝置對于收集痰液，預(yù)防感染和提高護理效率具有重要意義。朱曉筱等[3] 設(shè)計了一種防止痰液外濺裝置，并對其應(yīng)用效果及安全性進行了分析，但其研究未對患者的舒適度和滿意度進行詳細評估，也未對裝置的成本和經(jīng)濟效益進行分析。

因此，本研究綜合應(yīng)用效果、用戶體驗及經(jīng)濟效益等多方面因素，通過建立PCA-AHP-TOPSIS 模型，運用科學(xué)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄔO(shè)計適合氣切患者的痰液防飛濺裝置，為醫(yī)用護理裝置的設(shè)計研究提供新的思路和方法。

一、構(gòu)建PCA-AHP-TOPSIS研究模型

主成分分析法（PCA）、灰色關(guān)聯(lián)理論（GAR）、層次分析法（AHP）、結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）及逼近理想解排序法（TOPSIS）等方法，在當(dāng)代設(shè)計研究領(lǐng)域，常被用于構(gòu)建以用戶需求為導(dǎo)向的產(chǎn)品設(shè)計模型。當(dāng)前，有學(xué)者將各種方法融合構(gòu)建研究模型以解決各領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計問題。侯環(huán)等[4] 基于AHP-TOPSIS 法建立復(fù)方苦參注射液的臨床合理用藥評價標(biāo)準(zhǔn)，為臨床合理應(yīng)用復(fù)方苦參注射液提供參考。蘇晨等[5] 運用AHP-TOPSIS 集成設(shè)計方法完成了海上風(fēng)電軸承試驗機設(shè)計實踐。柴敏等[6] 基于主成分分析和模糊Kano 模型的分析結(jié)果進行了造型上的創(chuàng)新設(shè)計，驗證了并條機設(shè)計開發(fā)流程的有效性和可行性，為相關(guān)類別產(chǎn)品的設(shè)計提供量化分析參考?？梢?，PCA、AHP、以及TOPSIS 等方法已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計的學(xué)術(shù)研究中，且運用已相對比較成熟。PCA-AHP-TOPSIS 方法的結(jié)合通過PCA 進行數(shù)據(jù)降維和消除多重共線性，增強了AHP 和TOPSIS 分析的數(shù)據(jù)代表性和客觀性，相較于單純的AHP-TOPSIS 方法結(jié)合展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在醫(yī)用護理裝置的設(shè)計研究中也能更好地理解需求、優(yōu)化設(shè)計，做出合理化的決策。因此將其引入到氣切口痰液防飛濺裝置的設(shè)計研發(fā)具有合理性與科學(xué)性。

PCA-AHP-TOPSIS 方法是一種綜合性的設(shè)計研究方法，通過構(gòu)建系統(tǒng)性的分析框架，有助于減少主觀因素對分析結(jié)果的影響，提高研究的客觀性。本研究采用PCA-AHP-TOPSIS 集成方法對氣切口防飛濺裝置進行創(chuàng)新設(shè)計，研究框架如圖2 所示。首先通過文獻研究分析以及專家訪談的方式收集并建立了設(shè)計影響因素的層次結(jié)構(gòu)，運用PCA 法篩選影響設(shè)計的主要因素。將篩選出的主要影響因素作為設(shè)計指標(biāo)，進行方案設(shè)計。隨后，運用KJ 法收集并構(gòu)建AHP 評價指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)，通過專家打分構(gòu)建判斷矩陣并計算指標(biāo)權(quán)重，通過一致性檢驗后再將評價指標(biāo)的權(quán)重進行匯總。最后收集對3 個設(shè)計方案的評價數(shù)據(jù)，使用TOPSIS 計算各評價指標(biāo)與最優(yōu)及最劣方案的接近程度，篩選出最優(yōu)的設(shè)計方案。

二、氣切口痰液防飛濺裝置方案設(shè)計

（一）設(shè)計相關(guān)因素收集

本研究通過對氣切口痰液防飛濺裝置進行實地調(diào)研、咨詢老年醫(yī)院氣切患者護理人員和查閱研究相關(guān)文獻等方式收集氣切口痰液防飛濺裝置的設(shè)計因素。共劃分出14 個設(shè)計相關(guān)因素，如圖3 所示。

由圖3 可知，氣切口痰液防飛濺黃石設(shè)計相關(guān)因素分為理論設(shè)計因素和實踐設(shè)計因素。其中，理論設(shè)計因素包括形態(tài)u1、色彩u2、材料u3 和工藝u4。實踐設(shè)計因素又分為功能相關(guān)因素和人因工程因素。其中功能相關(guān)因素包括成本u5、固定方式u6、重量u7、抗菌性u8、空氣流通性u9 和保濕性u10，人因工程因素包括通用性u11、便捷性u12、舒適性u13 和防護效果u14。

（二）設(shè)計相關(guān)因素主成分分析

以上14 個設(shè)計相關(guān)因素存在信息的重復(fù)和交叉。例如，材料u2、保濕性u10 和重量u15。當(dāng)選擇的材料發(fā)生變化時，裝置的保濕性和重量也會相應(yīng)地改變。因此，為了剔除有信息重疊的設(shè)計因素，本文將搜集到的31 個氣切術(shù)后護理相關(guān)裝置作為調(diào)研樣本，如圖4所示。然后從14 個設(shè)計相關(guān)因素進行描述分析，使用PCA 法篩選出其中的主要影響因素，作為后續(xù)方案設(shè)計的參考。

本文選擇了集合V={v1，v2，…，v6}={2，3，4，6，7，8} 來描述氣切口痰液防飛濺裝置設(shè)計的相關(guān)影響因素，為了將定性描述語言轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)，建立原始數(shù)據(jù)矩陣Xij。{v1，v2，…，v6} 分別對應(yīng)著極差、差、較差、較好、好、極好6 個等級。部分樣本數(shù)據(jù)規(guī)范取值見表1。

從大到小選擇3 到5 個控制因子，并結(jié)合實際需求，最后確定每個主成分的控制因子為8 個設(shè)計因素，包括固定方式u6、形態(tài)u1、工藝u4、重量u7、防護效果u14、材料u3、成本u5 和保濕性u10。

（三）設(shè)計方案構(gòu)思

本研究的設(shè)計思路圍繞氣管切開患者在臨床應(yīng)用中的實際需求，重點解決痰液飛濺、氣道濕化及感染風(fēng)險等關(guān)鍵問題。當(dāng)前氣管切開患者面臨的主要問題包括：氣道直接與外界相通，易受異物侵入；吸入氣體缺乏鼻腔和氣道的自然濕化，導(dǎo)致痰液干燥結(jié)痂，增加氣道堵塞風(fēng)險；痰液因咳嗽或體位變動而噴濺，可能污染周圍環(huán)境并造成交叉感染。因此，結(jié)合篩選出的8 個主要設(shè)計因素，為氣切患者設(shè)計一款輕便，且性價比較高的氣切口痰液防飛濺裝置，旨在同時兼顧防護效果與氣道濕潤效果，以降低患者及護理人員的感染風(fēng)險。

1. 材料選擇：為兼顧裝置的重量和成本等設(shè)計因素，本文選用質(zhì)量較輕，且成本低廉的醫(yī)療用無紡布作為主要材料，其具備高強度、高韌性、優(yōu)良的抗磨損能力、對酸堿的良好抵抗能力、透氣及排水特性，同時無異味和有毒物質(zhì)，易于包裝和消毒等優(yōu)點[8]，能夠在降低裝置重量的同時，減輕患者傷口周圍的受力負擔(dān)。

當(dāng)前氣道濕化主要采用在氣管切口處覆蓋用消毒過的注射水、生理鹽水或硼酸溶液濕潤的無菌紗布，需定期更換，噴出的痰液可能黏附在紗布上，阻礙空氣流動，這將增加患者感染的風(fēng)險并增加護士的工作負擔(dān)。因此，本文選用具有良好透氣性和吸水性能[9] 的脫脂紗布作為輔助材料，但與直接將其覆蓋在氣切管口不同，本文采用將其與無紡布通過熱壓工藝連接，共同構(gòu)成裝置的主體結(jié)構(gòu)。護理人員可以通過直接在其上噴水，實現(xiàn)患者氣道的濕化作用。

在固定方式上，選擇醫(yī)用壓敏膠帶進行粘貼固定。該膠帶對人體皮膚無刺激性，安全可靠，且具有良好的黏附力，能夠穩(wěn)固固定裝置，防止脫落[10]。

2. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化：裝置的形態(tài)將直接影響痰液飛濺的防護效果。因此，結(jié)合裝置的造型、材料分布方式及與氣切口的連接方式本文提出了3種結(jié)構(gòu)方案，分別優(yōu)化了痰液流向與濕化效果，確保了使用過程中的防護效果和操作便利性。方案1 在結(jié)構(gòu)上考慮痰液的自然流向，紗布位于裝置的正前方，與氣切管管口相對。裝置通過與氣切管墊片的直接接觸固定，確保使用過程中的穩(wěn)定性。方案2 考慮到痰液噴濺附著在紗布上造成堵塞的情況，將紗布設(shè)置在裝置的上方，以便濕化氣道。裝置通過氣切管固定綁帶進行固定。方案3 則應(yīng)用圓錐形狀的導(dǎo)向性，便于匯聚痰液。裝置與氣切管口固定，紗布位于裝置的正前方，與氣切管口相對，方便濕化氣道。每種方案均綜合考慮防護效果、濕化功能與操作便利性，旨在提升患者的使用體驗及護理人員的工作效率。方案設(shè)計圖如圖5 所示。

（四）設(shè)計方案實現(xiàn)

制作時根據(jù)設(shè)計需求，繪制出裝置的平面展開圖。根據(jù)繪制的平面展開圖，使用專業(yè)的剪裁工具（如剪刀、激光切割機等）剪裁出形狀，確保剪裁邊緣整齊，無毛邊。將剪裁好的4 層醫(yī)用無紡布疊放在一起，使用熱壓工藝連接。在熱壓連接好的無紡布上，使用縫紉工藝將脫脂紗布材料縫合在適當(dāng)位置。確?？p合線均勻，緊密貼合。最后將醫(yī)用壓敏膠帶貼在裝置的固定位置。將整個裝置折疊起來，放入滅菌袋中進行滅菌操作。

三、設(shè)計方案的驗證與評估

（一）基于AHP 的評價指標(biāo)權(quán)重計算

以KJ 法[11] 展開對評價指標(biāo)的層次分類，并結(jié)合專家小組意見，經(jīng)篩選、整合，構(gòu)建氣切口痰液防飛濺裝置的評價指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)如圖6 所示，其中包括準(zhǔn)則層：輕便性（B1）、技術(shù)與工藝（B2）、用戶體驗（B3）、功能效果（B4）；子準(zhǔn)則層：裝置質(zhì)量（C1）、裝置體積（C2）、裝置操作時間（C3）、技術(shù)工藝難度（C4）、美觀度（C5）、舒適度（C6）、穩(wěn)定性（C7）、防護效果（C8）、痰液堵塞情況（C9）。

依據(jù)公式（9）－（10）得出CI 值為0.003。通過查詢4 階判斷矩陣的平均一致性指標(biāo)，得出RI 值為0.890。最后，計算出一致性指標(biāo)CR 值為0.004lt;0.1，這表明該判斷矩陣一致性檢驗通過。隨后運用同樣的方法計算矩陣B1、B3 和B4，將子準(zhǔn)則層中各項指標(biāo)的權(quán)重與其對應(yīng)的準(zhǔn)則層的權(quán)重相乘，即可得到C1 至C9 的各項指標(biāo)在整個層次模型中的綜合權(quán)重值分別為0.037、0.068、0.123、0.123、0.076、0.151、0.069、0.228、0.126。同時可以得到如表4 所示的一致性檢驗結(jié)果匯總，以及如表5 所示的評價指標(biāo)綜合權(quán)重與排序。

從表5 可知，在評價氣切口痰液防飛濺裝置室時，防護效果舒適度，痰液堵塞情況，技術(shù)工藝，裝置操作時間等是較為重要的參考指標(biāo)。

（二）驗證與評估內(nèi)容

由圖7 中的評價指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)，設(shè)計評估方案包括輕便性評估、技術(shù)與工藝評估、用戶體驗評估以及功能效果評估。所有評估項均采用1-5 的評分系統(tǒng)：很差（1）、較差（2）、一般（3）、較好（4）、很好（5）。為保證評估數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，除用戶體驗評估外其他評估均采用3 次評估取均值的形式進行。

輕便性評估通過測量裝置的質(zhì)量，折疊收納后的體積，以及佩戴和更換的時間3 個維度進行。技術(shù)與工藝評估根據(jù)裝置造型的生產(chǎn)技術(shù)難度和工藝難度進行定性評估。用戶體驗評估則是邀請20 位體驗人員組成評價者對每個方案中的美觀度與舒適度指標(biāo)進行評分，以計分結(jié)果得出的算術(shù)平均數(shù)作為方案評估結(jié)果。

功能效果評估通過給仿真人偶佩戴裝置，隨后將仿真痰液裝入針管，推動針管模擬痰液噴濺，觀察防護裝置的防護效果。對防護效果進行評價，主要針對使用過程穩(wěn)定性、防護效果和痰液堵塞情況3個方面，如圖7 所示。

（三）基于TOPSIS 的方案評價

依據(jù)評價指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)中的9 個子準(zhǔn)則層的評價標(biāo)準(zhǔn)，收集了3 種設(shè)計方案的初始評價數(shù)據(jù)，生成得到初始評價矩陣。為了消除量綱的影響，由式（11）－（12）對初始矩陣進行加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化處理，如表6 所示。

貼近度是評估設(shè)計方案與理想狀態(tài)接近性的關(guān)鍵指標(biāo)[13]。當(dāng)這一指標(biāo)接近于0 時，表明該方案在多個評價標(biāo)準(zhǔn)上均未能達到滿意水平，可能存在顯著的缺陷或不足；而若貼近度接近于1，則說明該方案在多個評價標(biāo)準(zhǔn)上均表現(xiàn)出色，不僅滿足了預(yù)期需求，甚至可能超越了期望。

由表11 可知，3 個方案中，方案2 的相似貼近度最高，意味著在多個評價標(biāo)準(zhǔn)上均表現(xiàn)出色，與理想狀態(tài)最為接近。方案1 在舒適度方面表現(xiàn)突出，方案3 在便攜性方面有著更佳表現(xiàn)。方案2 在紗布布局設(shè)計上具有顯著優(yōu)勢，其位置不易被痰液阻塞，從而有效維持呼吸道的清潔與暢通，降低了感染的可能性。此外，方案二的生產(chǎn)工藝相對簡便，這有利于降低生產(chǎn)成本，增強經(jīng)濟效益?；谶@些考量，建議對方案二的固定方式進行借鑒方案一的設(shè)計，以優(yōu)化其舒適性和便攜性。

結(jié)語

本文通過整合主成分分析（PCA）、層次分析法（AHP）與技術(shù)可行性排序法（TOPSIS），創(chuàng)新性地設(shè)計了一種針對氣管切開患者的痰液防飛濺裝置，旨在提升臨床護理的安全性與有效性。首先，應(yīng)用PCA方法對影響裝置性能的關(guān)鍵因素進行了系統(tǒng)的提取與分析，確保了設(shè)計過程的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。接著，通過AHP 對各設(shè)計參數(shù)進行權(quán)重分配，明確了用戶需求與裝置功能之間的優(yōu)先關(guān)系，從而指導(dǎo)設(shè)計決策。

在設(shè)計方案中，本研究選用醫(yī)療用無紡布與脫脂紗布的創(chuàng)新組合，并結(jié)合熱壓工藝，構(gòu)建了一個既具有良好透氣性、質(zhì)量及成本較低又能有效濕化氣道的裝置。并提出了3 種針對痰液流向與濕化效果的不同的結(jié)構(gòu)方案，確保使用過程中的防護效果和操作便利性。最后通過TOPSIS 法的綜合評價驗證了所提設(shè)計方案在防護效果、材料安全性和使用便捷性等方面的顯著優(yōu)勢。

綜上所述，本研究不僅為氣管切開患者提供了更為安全與有效的護理解決方案，也為醫(yī)療護理設(shè)備的設(shè)計提供了新穎的視角和方法論，彰顯了設(shè)計領(lǐng)域在提升患者護理質(zhì)量中的創(chuàng)新潛力。但仍存在一些不足之處，例如在材料選擇與舒適度方面，雖然選用了醫(yī)療用無紡布等材質(zhì)，但可能存在部分患者對材質(zhì)的耐受性不高，導(dǎo)致舒適度不足。未來可以考慮引入更多種類的材料，通過皮膚刺激試驗和患者反饋，選擇更符合人體工程學(xué)的材料。同時，考慮到不同患者的具體需求和差異，未來設(shè)計可以更加注重個性化，提供可調(diào)整、可定制的解決方案，以滿足不同患者的需求。