發明問題解決理論在醫藥衛生領域的應用進展*

吳 思 檀潤華 古恩鵬 王 平 謝海波 王為民 劉愛峰 楊伯軍

醫藥衛生領域涵蓋內容廣泛，涉及臨床醫學、藥學、護理、衛生管理與法律等多個學科。隨著人民日益增長的衛生健康需求，對于醫藥衛生領域轉型升級的壓力也越來越大，高效的創新是轉型升級的必要保證，因此我們有必要借鑒工程技術領域內科學的創新思維工具和技術，作為醫藥衛生領域發展的“潤滑劑”。成熟的創新理論與方法有多種，其代表性的有：質量功能配置、公理設計理論、系統化設計理論、六西格瑪和發明問題解決理論等，其中發明問題解決理論的應用范圍最為廣泛，成為了世界性跨國公司進行科技創新與技術進步的重要手段[1]。

1 發明問題解決理論及主要技術方法

1.1 發明問題解決理論

發明問題解決理論，拉丁文全稱teorijia rezhenija inzhenernyh zadach，TRIZ是拉丁文字母縮寫的字頭，而在發源地前蘇聯，其全稱為теории решения нзобрета

телъских。此理論是20世紀40年代，TRIZ之父——根李齊·阿奇舒勒(G.S.Altshhuller)及其研究團隊在分析了250萬件高水平發明專利的基礎上，進行總結與分析，提煉出的一套理論與方法。阿奇舒勒通過大量研究發現，創新是有規律可循的，其基本原理是客觀存在的，通過對這些規律的掌握及使用，可以提高發明成功率、縮短創新發明周期，同時使得發明問題的解決具有可預見性[2]。通過這一創新工具的發明及使用，前蘇聯在教育、科技、軍事等領域取得了矚目的成就。隨著蘇聯解體，這一在“美蘇爭霸”中的“保密”技術被逐漸推廣使用，影響深遠。

1.2 TRIZ的“五大支柱”

1.2.1 理想

理想在許多方面與“價值”概念相似，理想狀態被定義為系統向用戶提供的好處的總和除以提供這些好處的成本和可能發生的任何其他負面作用(資源浪費、時間、環境破壞等)的總和。最初TRIZ的研究者發現所有成功創新都有一個簡單的現象——與之前的產品和流程相比，它們都提供了更高層次的理想狀態，這意味著有了一個明確的方向和最終目的的概念，在TRIZ中，這一最終目標被稱為最終理想解[3]。

1.2.2 矛盾

與傳統問題解決戰略相反，TRIZ矛盾哲學的主要基本原則是尋求確定和消除矛盾。幾乎所有的問題解決方法都非常強調在沖突的問題參數之間實現“最佳”折衷的重要性，但是TRIZ的矛盾解決方法論則嘗試“消除”這些矛盾，而不是去接受它們。因此，問題解決者需要積極地尋找所有系統中固有的沖突和矛盾。一旦發現了矛盾，就會使用到TRIZ主要矛盾消除工具——沖突矩陣，它概括了其他人如何成功地解決了類似的問題。消除矛盾是系統創新解決問題的有力工具之一[4]。

1.2.3 功能

相對于傳統思維過程而言，定義和使用功能的方法作為一種獨特的思維范式是值得討論的，這一理論的提出主要歸功于Miles在價值工程方面開創性的工作。其主要包含的內容有3個方面：(1)認為系統具有的主要有用功能和認為任何系統組件對實現這一功能沒有貢獻的想法最終都是有害的。(2)與傳統功能映射中重視組件之間建立積極的功能關系不同，TRIZ注重描繪一個系統所包含的正負關系，更重要的是利用功能分析來識別系統中的矛盾。(3)功能是一個公共線路，通過他可以在不同的行業之間來共享知識。“方案變了，功能不變”是TRIZ方法論的核心思想：人們想要的是一個洞，而不是鉆頭[5]。

1.2.4 利用資源

在TRIZ中，資源是系統中沒有發揮其最大潛力的任何東西。這些資源的發現揭示了改進系統設計的機會。TRIZ對于資源的搜索既考慮到傳統上的積極資源，也考慮到消極不利的資源[6]。

1.2.5 空間、時間、接口

TRIZ的第5個支柱是對于問題的認識，我們對于形勢的看法在決定我們得出的解決辦法方面起著非常重要的作用。因此，能夠從許多不同角度來看待事物是非常重要的，不僅在物理上和時間上，而且事物之間的關系和接口可能與事物本身同樣重要。TRIZ方法的時空界面支柱在于使用戶能夠系統地重新構建思維框架，避免跳轉到錯誤的問題定義上，從而影響問題解決的結果[7]。

1.3 TRIZ理論的主要方法和工具

TRIZ理論的主要方法和工具包括矛盾矩陣、40條發明原理、物理沖突與四項分離原理、物質-場模型與76個標準解、發明問題解決算法等。

技術沖突是指在系統進化過程中，改善其中一個因素，卻引起另外一個因素惡化。為了解決技術沖突，阿奇舒勒經過對數萬個專利解決方案的研究，在解決技術沖突的方案中起主要作用的參數只有39個，每一個問題都可以描述為2個參數的沖突。基于上述研究，阿奇舒勒總結出39個矛盾矩陣與40條發明原理，來解決任意兩個參數間存在的沖突[8-9]。

當一個系統同時希望向兩個相反的狀態發展時所產生的矛盾即為物理矛盾。解決物理矛盾的方法為四項分離原理：空間分離、時間分離、整體與部分分離、相反特性共存原理[10]。

阿奇舒勒認為任何一個系統都可以分為兩種物質和一種場，兩種物質通過場的作用來相互聯系。通過物質-場模型的建立快速確定系統中問題所在，并使用與之對應的76個標準解進行求解[11-12]。

發明問題解決算法是TRIZ理論的核心分析工具，用于解決沖突的主要方法，它主要針對產品和過程的演化，是由一整套完整的原理組成的方法，主要用于克服物理慣性，是消除物理沖突的數據庫。

2 TRIZ在國內外醫藥衛生領域的應用進展

TRIZ理論早在20世紀70年代，由TRIZ專家Alexander開始在Petrozavodsk大學醫學院教授TRIZ理論，并以此解決了大量與醫療技術和醫療設備相關的問題[13]。近年來眾多的學者了解、掌握了TRIZ理論，并將其擴展到醫院管理、醫療質量控制、醫療器械設備制造、診療技術、藥品生產、疾病防控、醫保制度設計等方面，體現出了良好推動價值。

2.1 醫院管理及質量控制

使用TRIZ理論及方法可以很好地發現患者對于醫院服務質量的關注點，并尋找相應的發明原理對所關注的服務質量問題進行快速化的解決。正如LariSemnani等[14]對2011年3月在其大學附屬醫院就診的每一位患者，進行動態定性、描述性調查，發現患者對于醫療服務質量要求集中于：醫院就診流程設計，醫護人員責任心，治療的可信度、療效保證、同情心。而患者期望值最高的關注點在：(1)醫院就診流程設計是否合理；(2)醫護是否能夠提供滿意的治療與服務。因此，運用沖突解決理論與方法，確定沖突，并使用沖突矩陣，查找解決沖突的發明原理有：反向(原理13)、自服務(原理25)、參數變化(原理35)、分離(原理2)。通過使用TRIZ方法，可以以更開放的角度審視醫院管理中的問題，并超越組織結構框架，更快速響應患者的需求。王華等[15]通過在醫院管理創新中使用TRIZ理論，在其醫院病理科流程管理中進行創新。其具體流程分為三個階段：(1)分析階段：分析初始問題及主要環節、矛盾及其存在的直接原因；(2)操作階段：通過改變造成矛盾的原因，尋找消除矛盾的發明原理；(3)合成階段：將發明原理中的具體方法引入到待改進系統中，進行驗證。經過一年的改進，病理科凈收入增加100余萬元，人員積極性提升，醫療服務項目增加，合作領域擴大，學科品牌逐漸建立并推廣。公立醫院改革作為推進醫藥衛生體制改革的重要環節，近年來由量到質，由速到效地逐漸開展。齊齊哈爾市第一醫院在管理體制層面、運行機制層面、患者需求層面、改革互動層面與改革慣性方面，剖析醫院存在的問題。運用40個發明原理中的分割、合并、局部質量等原理，對標不同問題層面，尋找改革的優化路徑與戰略選擇，例如，運用合并原理，形成了整合急救資源，加強醫聯體建設，建立區域診療中心，形成醫生集團，實施部分預算統一管理等方式方法，擴展醫院的輻射面積，整合各項資源，減少成本投入，增強服務能力[16]。醫院內不良事件上報是促進醫療服務質量和提升患者就醫滿意度的重要參考，涉及醫療溝通事件、燒/燙傷事件、院內感染事件、藥物不良反應等方方面面，基于上述需求李成亮等[17]基于沖突理論，建立TRIZ問題模型，運用矩陣進行求解，將空間維數變化(原理17)作為程序設計的重要參考；對于上報流程問題，建立物質-場模型，使用76個標準解進行求解，設計了出現相關事件后的上報流程。最終求解結果由開發出的上報程序實現，大大減低了差錯事故率。

2.2 臨床診療與護理

TRIZ理論對于臨床治療技術提升，在下面的例子中體現的最為突出。彼得羅扎沃茨克位于北極圈附近，寒冷的冬天使得許多人因體溫過低而死亡，在這個問題被解決前，沒有一個既能快速升高體溫，又能避免血液因大量流向皮膚而導致心臟與大腦供血供氧下降的辦法。Tatti醫生通過學習TRIZ方法后，運用沖突解決理論對問題進行分析發現，問題的理想解是：合理快速升高體溫，挽救生命。矛盾的性質屬于物理矛盾，其基于條件分離及整體與部分分離的原理，將患者自身的血液作為一種資源，快速向心臟或其他器官傳送熱量。具體的解決方法是：將電熱毯置于體表大動脈處(頸動脈、股動脈、腘動脈等)，這一方法挽救了眾多生命[18]。創面及傷口愈合是一個復雜的過程，如何將創面傷口愈合時間從平均4周～6周縮至盡可能短，是臨床醫學關注的重要問題。Pravin等[19]通過在對創面長期大量的研究基礎上，運用TRIZ系統進化理論分析，推斷未來使用電刺激和激光治療創面，不但有助于其愈合，而且可以減少瘢痕和非愈合型損傷(皮膚潰瘍)。

兒科急診輸血是一個高風險領域，Dehnavieh等[20]通過醫療失效模式和效果分析對馬什哈德Qaem教育中心兒科急診輸血過程進行風險評估，發現在輸血的8個過程中，有13種失效模式被確定為不可接受的風險(風險評分高于8分)，經過因果會議討論，確認高風險模式的根本原因。最終其經過TRIZ將問題進行重新分析，找出了6類解決方法：重新設計輸血過程、輸血程序的標準化和持續更新、輸血災難事件的根源分析、患者識別條碼、課程培訓和宣傳手冊發放、輸血委員會定期會議，這些方法都在后期的執行過程中起到了很好的效果。

新生兒重癥監護室對于提高新生兒成活率起到了積極作用，但是由于患兒病情較重，費用高，往往使家長出現一系列的心理變化，而對于家長的優質心理護理決定了患兒的康復程度。謝芳芳等[21]針對患者家長常見的三種心理，運用40條發明原理中的分離(原理2)、合并(原理5)、預操作(原理10)、動態化(原理15)、反饋(原理23)、自服務(原理25)、狀態變化(原理36)，設計出了7條心理護理措施，經過臨床驗證效果突出，提高了科室護理水平，并且隨著創新方法的使用，臨床護理問題的解決能力得到了提升。

2.3 醫療器械與藥品研發

醫療器械、藥品的研發與生產是醫藥衛生領域的重要環節，其創新水平影響和決定著醫藥衛生行業的發展，這些行業與生物工程、機械制造、化工等學科息息相關，是醫藥衛生領域內接觸TRIZ理論及方法較早的行業[22]。

對于心臟瓣膜疾病患者，進行瓣膜置換術是有效手段之一。三葉機械瓣膜因其良好的性能受到各國學者的關注。在三葉瓣膜結構設計中，發現存在著如下技術沖突：(1)增大瓣膜開啟角度，利于血液流動，但降低關閉的可靠性；關閉時間增加，關閉能耗增大，噪音增大；(2)瓣膜葉片厚度減小，橫跨弧度減小，可降低心臟能耗，但是瓣膜葉片強度降低。結合到具體工程參數中發現，當前設計的技術矛盾為：(1)“可靠性”與“體積”的問題；(2)“速度”與“強度”的問題。通過查閱沖突矩陣，得出了局部質量(原理3)與球形原則(原理14)兩個發明原理，從局部質量和曲面化角度，對瓣膜進行重新設計，并在三維有限元模型中進行驗證，改進設計后的三葉機械瓣膜功能滿足設計要求，工作安全可靠[23]。

中成藥的加工制劑，需要提取、過濾、濃縮等環節，王麗娜等[24]在中藥混合提取液超濾系統中發現，濾膜濾孔在一定量的提取后，被阻塞，過濾效率降低，過濾膜的停機清洗既導致了操作連貫性降低，又增加了清洗費用，提升了成本。因此，其通過技術系統的因果分析和過濾系統的組件和功能分析，將待解決的實際問題轉化為TRIZ問題，再使用技術沖突和物理沖突、物質-場模型、進化法則對問題進行求解，形成不同的改進方案，最后使用創新方法軟件進行方案評價，進而解決實際生產中的問題。

在醫用X線機的支撐立柱改進設計中，研究人員對問題做出詳細的功能描述，建立物質-場模型，通過系統分析得出支撐立柱定位費時費力、精確度差及定位角度局限性的主要原因在于：定位方式采用手動解鎖套筒和導軌間的固定滑動鎖止機構；套筒固定連接在導軌上導致設備的運動位置受套筒的限制，影響檢查的角度。基于上述問題的描述，使用沖突矩陣，查找到第28條發明原理“機械系統替代”，使用電磁鐵功能的彈簧鎖止機構替代機械鎖止機構，利用磁力控制彈簧機構伸縮，實現自動調節。而基于第二個問題，使用了76個標準解中“采用向外部復雜物質-場躍遷”的原理，引入一個活動關節機構對立柱進行結構補強，使伸縮臂能夠全角度自由旋轉。經過改進后的X線機結構簡單，工作范圍更廣，運行平穩，取得了良好的效果[25]。

2.4 公共衛生與疾病防控

2003年，嚴重急性呼吸系統綜合征在東亞流行，新加坡作為被波及的國家之一，在疫情流行期間，新加坡政府在短時間段內采取了大量行之有效的措施，這些措施被TRIZ研究者系統研究后，發現新加坡政府在40條發明原理中，應用了至少21條來解決非技術性矛盾，使得TRIZ方法成為了疾病防控中解決問題的重要手段，而本案例研究也被廣泛引用。舉例如下：(1)發明原理5(組合原理：a組合相似對象或擬用于類似或相關操作的對象；b同時進行類似或相關的操作)。樟宜機場的清潔人員利用了混合消毒劑的制品，增加清潔消毒所覆蓋的菌群范圍。(2)發明原理22(變害為利原則：a利用有害因素獲得優勢；b將有害因素與另一有害因素結合起來加以消除)。新加坡政府通過本次流行疾病，提高個人及社會對環境衛生重要性的認識，以改善整個國家的醫療衛生狀況。(3)發明原理32(變色原理：a改變物體或環境的顏色；b改變物體或其環境的透明度；c如果需要監控難以看清的物體或過程，則使用有色添加劑；d如果這些添加劑已經在使用中，則使用示蹤元素或附加熒光標記)。政府要求司機、職員等必須佩帶彩色貼紙，以顯示他們已經于今日通過溫度測試。樟宜機場通過紅外攝像機比較旅客的面部顏色和閾值圖來對其進行監測。通過上述的研究表明，新加坡政府的這些措施蘊含的創新原則都在40條發明原理中，可以幫助實踐者更快得找到可靠的解決方案[26]。

食品藥品安全對于人民群眾的身體健康有著極為重要的意義，而質量的控制與管理是食品藥品生產企業保證其產品安全的重要環節。徐靜等[27]經過分析得出食品藥品生產質量管理中存在的人員、設備、物料、法律(法規)、環境相關問題，與描述沖突的39個工程技術參數進行匹配修改，結合管理系統的特征進行改造，形成相應的沖突矩陣，并根據矩陣中的發明原理，形成具體的管理措施，進而對食品藥品生產企業進行相關管理指導與培訓，保障其在生產銷售中的各項安全。

隨著各國家級創新中心、各省市級科技部門等各級學者與工作人員的不斷推廣，以TRIZ為代表的創新理論與方法，在各企事業單位、大學、科研機構中被廣泛的使用，近兩年來成果涌現。并且在中小學節段教育中對發明創新理念與思想的推廣，在全社會也不斷深入開展[28-29]。相信以TRIZ為主的創新方法會為助力由中國制造向中國創造轉變提供巨大支撐。中醫藥是祖國醫學的偉大寶庫，如何將傳統思維、技術方法在繼承與創新中永葆活力，是我們每位中醫藥學者都必須面臨的問題，也希望本文能夠為大家提供一些借鑒和幫助。