基于TRIZ理論的老年患者口含式霧化吸入器設(shè)計(jì)與評價(jià)

趙秀娟 劉穎

（北京市西城區(qū)平安醫(yī)院老年科，北京 100035）

霧化吸入是一種常用的臨床干預(yù)措施，霧化吸入器能夠與藥物形成微小氣溶膠，通過人體呼吸道直接吸入，到達(dá)指定的病變部位，并被人體吸收，從而提高藥物的有效性［1］。根據(jù)不同設(shè)計(jì)樣式，霧化吸入器可分為口含式和面罩式，其中口含式霧化吸入器使用方法是患者將呼吸面罩直接含入口中，再用喉嚨將霧化器吞入，隨后嘴巴緊閉，進(jìn)行深呼吸，憋氣1～2s后再次呼氣，每次霧化時(shí)長為15～20min，霧化吸入過程中，藥物可直接通過口腔進(jìn)入下呼吸道，快速到達(dá)病變部位［2］。國內(nèi)相關(guān)研究顯示，口含式霧化吸入器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了專人專用，與經(jīng)鼻吸氣的面罩式霧化吸入器相比，口含式霧化吸入器采用經(jīng)口吸氣，吸氣量要明顯大于經(jīng)鼻吸氣量，肺內(nèi)的藥物沉積量大于經(jīng)鼻吸入藥物沉積量，因此，從增加肺內(nèi)沉積率、減少藥物浪費(fèi)的角度來說，口含式霧化吸入比面罩型霧化吸入效果好［3-5］。

老年科患者以心肺疾病患者居多，對霧化吸入治療肺部疾病、支氣管哮喘等的需求較高［6］。但老年科患者多為臥床患者，身體狀態(tài)較為虛弱，理解能力較差，且部分高齡老年患者還存在聽力障礙，且吞咽功能較差，使用目前常用的口含式霧化吸入器治療時(shí)，存在以下缺點(diǎn)：（1）口腔含不住霧化罩，或無法完全按照醫(yī)護(hù)人員操作指令將霧化罩含入到指定位置，易造成藥液浪費(fèi)。（2）口含霧化器沒有固定支架，使用過程中需要陪護(hù)人員用手輔助操作，增加陪護(hù)人員工作量。（3）霧化過程中需進(jìn)行補(bǔ)水時(shí)，需取下霧化罩，完成補(bǔ)水后重新佩戴霧化器，操作繁瑣且舒適度低。因此，部分臨床研究顯示，針對老年患者，面罩式的霧化吸入器的使用頻率高于口含式［7］。然而，面罩式霧化吸入器雖然能在一定程度上解決操作性問題，但對皮膚和鼻腔產(chǎn)生副作用的幾率較高，且由于患者吸入的藥量較少，也無法實(shí)現(xiàn)很好的治療效果［8］。

本研究基于發(fā)明問題的解決理論（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ），依據(jù)其物-場分析和矛盾沖突理論以及76種解［9-11］，通過對霧化吸入器的樣式、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，建立物-場分析模型，對現(xiàn)有口含式霧化吸入器進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于：（1）為口含式霧化罩添加外部驅(qū)動(dòng)裝置，將霧化罩置入老年患者口腔后，啟動(dòng)外部驅(qū)動(dòng)，支撐板可直接撐住患者口腔，醫(yī)護(hù)人員將霧化器推入至患者喉嚨部位進(jìn)行吸入，無需陪護(hù)人員手持霧化裝置，在減輕工作量的同時(shí)提高了霧化效率。（2）在霧化器上增加補(bǔ)水裝置，霧化吸入過程中，如需進(jìn)行補(bǔ)水操作，可直接通過儲(chǔ)水氣囊進(jìn)行補(bǔ)水操作，無需取下吸入器，使霧化操作更加簡便，減少了霧化中斷次數(shù)且提高了患者舒適度。設(shè)計(jì)方案及評價(jià)結(jié)果如下。

1 基于TRIZ理論的老年口含式霧化吸入器設(shè)計(jì)

1.1 整體設(shè)計(jì)

基于TRIZ理論的老年患者口含式霧化吸入器的整體設(shè)計(jì)思路包含以下幾個(gè)方面：（1）設(shè)計(jì)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)老年患者霧化治療的高效性和舒適性；（2）設(shè)計(jì)的最優(yōu)解，無需患者自行操作即可完成霧化操作，同時(shí)提高患者霧化吸入舒適度；（3）設(shè)計(jì)的障礙，解決解放患者雙手且解決口含霧化罩的口腔自動(dòng)置入問題，同時(shí)提高患者的舒適度；（4）設(shè)計(jì)障礙的解決，在霧化罩外連接驅(qū)動(dòng)裝置，霧化罩進(jìn)入患者口腔后啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，撐板自動(dòng)支撐患者口腔，無需手持，同時(shí)儲(chǔ)水氣囊可隨時(shí)補(bǔ)水，患者缺水時(shí)無需摘下霧化罩進(jìn)行補(bǔ)水操作。

基于TRIZ理論的設(shè)計(jì)流程，以基本設(shè)計(jì)流程為主要框架進(jìn)行定向延伸。（1）發(fā)現(xiàn)問題階段，即對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，主要包括霧化器的樣式分析、具體結(jié)構(gòu)分析以及需要實(shí)現(xiàn)的功能。（2）剖析問題階段，即對霧化器產(chǎn)品設(shè)計(jì)中遇到的問題進(jìn)行描述、分解及排序，找出問題的主要原因。（3）解決問題階段，即對出現(xiàn)的問題進(jìn)行定向解決，解決方式基于TRIZ理論的物-場分析理論和矛盾沖突理論，建立解決沖突的基本模型，形成初步解決方案，物-場分析模型如圖1。（4）進(jìn)行設(shè)計(jì)階段，即根據(jù)初步問題解決方案對霧化器的外觀樣式、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成設(shè)計(jì)方案。（5）綜合評價(jià)階段，即對霧化吸入器的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評估，確定設(shè)計(jì)方案是否實(shí)現(xiàn)了問題的解決。（6）完成設(shè)計(jì)階段，即確定最終設(shè)計(jì)方案，形成定稿，完成設(shè)計(jì)。

圖1 老年患者口含式霧化吸入器設(shè)計(jì)的物-場模型

1.2 樣式、結(jié)構(gòu)和功能

本研究霧化吸入器的樣式為口含式，霧化氣體直接經(jīng)過口腔進(jìn)入，下達(dá)呼吸道。霧化吸入器的主要結(jié)構(gòu)包括霧化罩1、導(dǎo)管2、伸縮桿3、撐板4、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5、補(bǔ)水裝置6、氧氣管7等。主要功能為將藥液霧化成為微小顆粒，使藥物經(jīng)過霧化罩使人體以呼吸的方式進(jìn)入呼吸道和肺部，達(dá)到無痛、快速的治療效果，如圖2所示。

圖2 老年患者口含式霧化吸入器結(jié)構(gòu)圖

1.3 驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

如圖3所示，霧化罩1通過導(dǎo)管2與霧化器進(jìn)行連接，導(dǎo)管2兩邊設(shè)置有伸縮桿3，伸縮桿3可帶動(dòng)撐板4將患者口腔撐開，5為驅(qū)動(dòng)裝置，使用霧化器時(shí)，打開患者口腔，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置5，螺紋驅(qū)動(dòng)桿51通過帶動(dòng)伸縮桿31和32進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，使撐板足以撐開患者口腔，從而將霧化罩置入患者口中，啟動(dòng)霧化器，開始進(jìn)行霧化治療。

圖3 驅(qū)動(dòng)及補(bǔ)水裝置圖

1.4 補(bǔ)水裝置設(shè)計(jì)

如圖2及圖3所示，霧化罩上加有補(bǔ)水裝置6，當(dāng)患者需要進(jìn)行補(bǔ)水操作時(shí)，無需將霧化罩取下，打開閥門61，通過對儲(chǔ)水氣囊62進(jìn)行擠壓即可將水通過導(dǎo)管送入患者口中，能夠在為患者進(jìn)行有效補(bǔ)水的同時(shí)進(jìn)行霧化吸入，減少霧化中斷次數(shù)，同時(shí)提高患者霧化吸入的舒適度。

2 基于TRIZ理論的老年患者口含式霧化吸入器設(shè)計(jì)評價(jià)

2.1 評價(jià)指標(biāo)

（1）利用可拓學(xué)優(yōu)度評價(jià)法［12，13］對常規(guī)面罩式霧化吸入器a（圖4）、常規(guī)口含式的霧化吸入器b（圖5）以及老年患者口含式霧化吸入器c（圖3）的設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合評價(jià)，獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果。

圖4 面罩式的霧化吸入器

圖5 口含式的霧化吸入器

（2）利用臨床測試的方法對霧化吸入器a、b、c的霧化吸入時(shí)間、霧化中斷次數(shù)和霧化舒適度進(jìn)行對比。除導(dǎo)管以上部分不同外，霧化吸入器的氣泵部分均保持一致，霧化吸入藥物劑量一致。選取基線資料無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的42例老年患者進(jìn)行臨床測試，患者均簽署知情同意書。

2.2 評價(jià)所用軟件及統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)度評價(jià)，采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［14］確定權(quán)系數(shù)并進(jìn)行關(guān)聯(lián)度及優(yōu)度的計(jì)算。采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行三種霧化吸入器的霧化吸入時(shí)間、霧化中斷次數(shù)及霧化舒適率的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，其中計(jì)量資料用（均值±標(biāo)準(zhǔn)差）表示，t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料用（%）表示，χ2檢驗(yàn)，檢驗(yàn)的有效度為0.05。

2.3 可拓學(xué)的優(yōu)度評價(jià)

2.3.1 衡量指標(biāo)的確定

針對霧化吸入器的3種設(shè)計(jì)，設(shè)置衡量條件集M＝｛M1，M2，M3｝，選擇操作簡易性、霧化效率和舒適度三個(gè)參數(shù)作為衡量指標(biāo)，分別設(shè)置為C1、C2、C3，衡量特征元Mi＝｛Ci，Vi｝，Vi表示數(shù)量化的量值域，i＝1，2，…，n，得

2.3.2 權(quán)系數(shù)的確定

AHP是將定性和定量分析相結(jié)合的具有系統(tǒng)性和層次性的分析方法，是可以對難以完全定量處理的復(fù)雜系統(tǒng)做出決策的模型。根據(jù)各因素在老年患者霧化吸入器使用中重要性的區(qū)別，認(rèn)為霧化吸入器的操作簡便性重要程度比其他兩個(gè)因素略高，以此構(gòu)造判別矩陣A：

根據(jù)和積法對A的各列進(jìn)行歸一化，得：

各列按行求和，得：

進(jìn)行行向量歸一化，得：

根據(jù)得到的（W1，W2，…，Wn）求出權(quán)系數(shù)α＝（0.58，0.31，0.24）

2.3.3 規(guī)范關(guān)聯(lián)度及優(yōu)度的計(jì)算

將操作簡易性、霧化效率和舒適度的評價(jià)量級均設(shè)置為1～5級，建立規(guī)范關(guān)聯(lián)函數(shù)Ki，Ki為離散型函數(shù)，表示為：

對三種設(shè)計(jì)進(jìn)行三種衡量指標(biāo)的對比，得關(guān)聯(lián)度：

根據(jù)規(guī)范關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式［16］得三種設(shè)計(jì)a、b、c的規(guī)范關(guān)聯(lián)度分別為：

可得三種設(shè)計(jì)的擬合優(yōu)度分別為：

可知：C（O3）＞C（O1）＞C（O2），由此可見，設(shè)計(jì)c即本研究所設(shè)計(jì)的老年患者口含式霧化吸入器為針對老年患者最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

2.4 臨床評價(jià)

2.4.1 霧化吸入時(shí)間

比較三種霧化吸入器的霧化吸入時(shí)間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)c的霧化吸入時(shí)間＞設(shè)計(jì)a＞設(shè)計(jì)b，c的霧化吸入時(shí)間分別與a和b比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表1。

表1 霧化吸入時(shí)間比較（，min）

表1 霧化吸入時(shí)間比較（，min）

注：*表示設(shè)計(jì)c與設(shè)計(jì)a比較，P＜0.05，＃表示設(shè)計(jì)c與設(shè)計(jì)b比較，P＜0.01。

2.4.2 霧化中斷次數(shù)

比較三種霧化吸入器的霧化中斷次數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)c的霧化中斷次數(shù)＜設(shè)計(jì)a＜設(shè)計(jì)b，c的霧化中斷次數(shù)分別與a和b比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表2。

表2 霧化中斷次數(shù)比較（，次）

表2 霧化中斷次數(shù)比較（，次）

注：*表示設(shè)計(jì)c與設(shè)計(jì)a比較，P＜0.01，＃表示設(shè)計(jì)c與設(shè)計(jì)b比較，P＜0.01。

2.4.3 霧化舒適度

比較三種霧化吸入器的霧化舒適度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)c的霧化舒適度為92.86%，高于設(shè)計(jì)a的85.71%和設(shè)計(jì)b的78.57%（P＜0.05）。

3 討論

老年患者臨床常用的霧化吸入器主要包括口含式吸入器和面罩式，但傳統(tǒng)口含式霧化吸入器使用較為困難，部分老年臥床患者無法手持儲(chǔ)液器或手持不穩(wěn)定，而面罩式霧化吸入器又存在霧化吸入效率低等問題，在本文設(shè)計(jì)研究中，將傳統(tǒng)的口含式霧化吸入器進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)為霧化罩的導(dǎo)管兩側(cè)均通過伸縮桿連接一個(gè)可以將患者嘴巴撐開的撐板，霧化罩通過導(dǎo)管與霧化器連接，當(dāng)老年患者口中含入霧化罩時(shí)，直接啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過伸縮桿的伸縮活動(dòng)給撐板施加壓力將患者口部撐開，使霧化管深入患者口腔，老年患者無需進(jìn)行手持操作，即可啟動(dòng)霧化器完成霧化吸入治療。同時(shí)霧化罩上端設(shè)置有儲(chǔ)水氣囊，當(dāng)患者需要進(jìn)行補(bǔ)水時(shí)，可直接通過擠壓補(bǔ)水氣囊進(jìn)行補(bǔ)水，而不耽誤霧化治療的進(jìn)行。

對本設(shè)計(jì)進(jìn)行可拓學(xué)的優(yōu)度評價(jià)發(fā)現(xiàn)，本研究所設(shè)計(jì)的老年患者口含式霧化吸入器的擬合優(yōu)度為0.85，明顯高于常規(guī)口含式霧化吸入器b的0.66和面罩式霧化吸入器a的0.75，由此顯示了本研究所設(shè)計(jì)的老年患者口含式霧化吸入器為針對老年患者最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)評價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行臨床測評，發(fā)現(xiàn)本研究所設(shè)計(jì)的老年患者口含式霧化吸入器的霧化中斷次數(shù)低于設(shè)計(jì)a和設(shè)計(jì)b，而霧化吸入時(shí)間和霧化舒適率則高于設(shè)計(jì)a和設(shè)計(jì)b，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），由此證明了本設(shè)計(jì)方案在臨床應(yīng)用的優(yōu)勢。林文風(fēng)等［15］進(jìn)行一種霧化吸入器固定支架的設(shè)計(jì)，對霧化吸入器起到固定作用，發(fā)現(xiàn)可減少霧化中斷次數(shù)，延長霧化時(shí)間，提高患者的霧化舒適度，與該設(shè)計(jì)比較，本研究在該種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了口腔驅(qū)動(dòng)裝置和補(bǔ)水裝置的設(shè)計(jì)，霧化中斷次數(shù)更低，使用的舒適度更高。但本設(shè)計(jì)評價(jià)方面還存在一些問題，在性能測評上需采取更多的老年患者參與臨床試驗(yàn)，且后期需根據(jù)不同病情程度的患者進(jìn)行分類評價(jià)，以提高評價(jià)的有效性。

綜上所述，本研究設(shè)計(jì)一種針對老年患者的口含式霧化吸入器，無需手持且具有驅(qū)動(dòng)裝置，具有補(bǔ)水裝置，可同時(shí)進(jìn)行霧化操作和補(bǔ)水操作，設(shè)計(jì)方案的優(yōu)度評價(jià)較高，且能夠提高霧化吸入時(shí)間和霧化的舒適度，同時(shí)減少霧化中斷次數(shù)，具有臨床應(yīng)用價(jià)值。