醫院急診科擁堵現象仿真分析系統研究
2008-12-31 00:00:00汪云峰田欣白慶華
計算機應用研究 2008年7期
摘 要：以城市應急系統研究為背景，將仿真技術用于突破醫院急診科擁堵分析中的難點。通過對擁堵現象及其原因進行解析，針對急診科擁堵現象的特點提出了擁堵現象仿真分析系統的邏輯結構與工作模式，并基于整體論出發討論了系統中所運用的擁堵仿真分析方法與過程。
關鍵詞：急診科； 擁堵； 仿真
中圖分類號：TP294.1； TP391．9 文獻標志碼：A
文章編號：1001-3695(2008)07-2035-03
Research on simulation analysis system ofovercrowding in hospital emergency department
WANG Yunfeng， TIAN Xin， BAI Qinghua
(College of Economics Management， Tongji University， Shanghai 200092， China)
Abstract:Based upon the study on urban emergency system analysis， the simulation technology was used to solve the difficulty of hospital emergency department overcrowding problem. After discussing of the phenomena and causes of overcrowding， and with the understanding of its characteristics， the paper presented the logical structure and mode of overcrowding simulation analysis system， and discussed based on the method and procedure of the system.
Key words:emergency department; overcrowding; simulation
急診科擁堵是指因急診科中滯留的患者過多造成醫護人員無法提供符合質量要求的服務。近年來，對城市醫院尤其是綜合性醫院急診服務的需求量一直持續增長，與此同時城市中各類公共突發事件也時有發生。這種情況導致擁堵現象發生的頻率不斷提高，不僅嚴重影響了醫院急診服務質量，還增加了醫療事故發生的可能性。為此，減少和緩解急診科擁堵現象也就成為許多醫院改進急診科工作以及醫院改進應急機制的重要突破口。
雖然醫院管理者根據經驗進行現場指揮調度對于緩解擁堵仍然是必不可少的，但是這種臨時性的措施更應該作為系統性改進后所采取的微調手段。從根本上來看，改進急診科工作需要從結構上改變醫院急救服務的流程以及資源配置，以消除急救服務系統中存在的瓶頸。而且經過一段時間后，隨著急診科所面臨的社會環境和醫院內部環境發生變化，當臨時性的微調手段被作為常規管理工具頻繁使用時，也就意味著需要再次對醫院急救服務進行系統性的改進。
仿真分析系統是幫助管理者進行系統性改進的重要工具。相對于其他分析方法，仿真方法的優勢在于能夠滿足復雜系統分析在整體性、精確度以及動態性上的需求。它將各類急診服務需求作為任務場景內置到仿真系統中，使用者不僅可以從計算機所虛擬的醫院急診科中觀察到現實情況的再現，而且可以通過人機交互的方式來考察不同改進策略可能產生的實際效果。
仿真方法與技術的快速發展為上述過程從理論可行到工程實現創造了條件。在國內的相關研究中可以看到對醫院流程和資源配置的研究[1~4]，也有學者對急診科管理進行了探討[5，6]；在國外的相關研究中則能看到較多針對急診科的仿真研究，如人力資源管理[7，8]、服務質量[9，10]、設施布局[11]等，甚至有學者認為將仿真方法用于分析急診科擁堵問題是最有前景的方向[12]。但總的看來，對急診科擁堵問題的仿真研究目前尚處于起步階段。本文提出一種醫院急診科擁堵仿真分析系統的實現方案，并從邏輯結構、工作模式以及關鍵分析技術的角度進行深入討論。
1 對擁堵現象的分析
急診科是一個具有復雜業務過程和內部結構的系統。其基本業務流程如圖1所示。
通過歸納和總結，在上述過程中容易發生擁堵的環節以及可用于判定是否已經發生擁堵的常見現象包括：
a）分診臺。等待分診的病患在分診臺出現擁擠，病患在隊列中長時間等待。
b）掛號、收費、取藥。在掛號、收費和取藥窗口出現擁擠，病患在隊列中長時間等待。
c）輸液。輸液室沒有足夠的座椅或病床，發生擁擠，病患長時間等待護士提供服務。
d）輔助檢查。在驗血、驗尿、CT、B超、X光等環節中，病患長時間等待接受檢查或者等候結果。
e）診療。病患在隊列中長時間等待，或者發生擁擠。
f）急救及相關病房。在搶救室、急救室、留觀室或重癥監護病房中缺乏病床、關鍵設備、物資以至醫護人員而無法順利完成急救過程，或病患等待時間長。
g）出口。轉院、轉往其他科室、轉往住院部等過程中出口不暢，病患難以快速轉出。
可見，急診科擁堵從病患的角度來看是其在急診科中滯留時間過長以及急診科中空間過于擁擠；而從醫護人員的角度來看則是工作負荷太大，或關鍵資源缺乏。雖然現象似乎顯而易見，但是造成擁堵的原因卻往往難以確定。這是因為急診科僅僅是醫院系統的一個子系統，而醫院又是其所在城市區域系統中的一個子系統。醫院急診科在哪些環節上更容易發生擁堵，以及是否發生擁堵往往是多層次多種因素綜合作用的結果。
如果將與擁堵相關的各因素按照是否超出醫院管理者控制范圍來進行分類，那么包括醫院所處地區的人口基數、產業結構、同一區域中的醫療機構數量和服務質量、季節轉換和氣候異常等因素都屬于醫院管理者不可控制的擁堵因素。而醫院管理者能夠采取措施加以影響的僅是其中可控制的那部分擁堵因素。常見的可控制因素如表1所示。
2 擁堵仿真分析系統的工作模式
在上述理解的基礎上，用于分析急診科擁堵現象的仿真系統邏輯結構模型如圖2所示。該系統的核心部分是以離散事件系統仿真技術構建的急診科業務過程模型。該業務過程模型同時從活動、資源以及實體三個視角來描述急診科：它是一個復雜的活動網絡，在該網絡中分布著多種資源，代表各種類型病患的實體在其中流動，按照預定的活動順序以及規則要求不斷進行著占用及釋放資源的過程。
醫院內部可調整的相關因素用控制變量來描述。控制變量是從整個醫院中與急診科擁堵相關的因素中抽取出來的，抽取的標準是其能否用于構建管理者的各類策略，其余的因素則直接固化到系統中。對于急診科管理者們可采用策略的多樣性，控制變量起到了類似于“積木”的作用。使用者可以用有限個控制變量來準確描述各類基于規則、過程以及資源的策略。
醫院以外的環境因素用環境變量來描述。雖然環境變量主要屬于不可控因素，但通過改變環境變量的設置，能夠仿真外界環境改變對醫院急診科擁堵現象的影響，如醫院所在區域中老年化程度增加；附近設立新的醫院等。此外，環境變量中還包括醫院能夠利用的外部資源，如不同類型病患允許轉院的數量以及病情程度限制，能夠及時從外界調撥的物資和設施的品種與數量等。
測評變量是使用者所關心的對急診科、醫院以及病患狀態的描述，如排隊等待時間、隊列長度、資源利用率、滯留時間等。這些變量能夠用于評價各類策略的效果，為策略的改進提供決策參考。
從使用者的角度來看，借助該仿真分析系統進行分析的工作模式主要包括以下四個階段：
a）設置初始條件，確定急診科所處的環境。使用者通過設置環境變量來構建急診科仿真實驗所需的外部環境，如日常進入急診科就診病人的結構與數量等。
b）設計任務場景。這里提供仿真中所需要執行的任務，包括日常運作場景和特定事件場景。日常運作場景的設計基礎源于急診科日常運作的數據，它基本反映了在大部分時間內急診科所面臨的救治任務。特定事件場景則是為了考察醫院對公共突發事件的應對能力，如大規模的流行性感冒、交通事故帶來的成批傷員等。場景中還確定了各自所服務病患類型的優先等級，作為優化分析的基本參數。
c）預設措施以及預案。由于日常工作中現場督導人員常用的措施已經作為急診科運作的一部分固化到系統中，這里的措施主要指從結構上對急診科進行的調整，如增加可用空間、改變人員數量與結構等；這里的預案則主要是針對公共突發事件而設計的成套方案。它們將借助控制變量對急診科的結構與運作規則重新配置。
d）評價與改進。通過對測評變量的分析可以得到在不同場景下醫院的擁堵狀況信息，同時還可以分析出不同的措施以及預案設計在緩解和消除擁堵上的效果。通過分析擁堵現象產生的具體原因，評價綜合采取多種策略的效果，或者僅評價單獨改進某類策略的效果，為醫院改進措施與預案設計提供決策依據。
3 仿真分析系統中的關鍵技術
該仿真分析系統最核心的問題在于如何精確確定擁堵現象與其原因之間的聯系。在急診科中，病人經常在活動之間形成回流，各種資源也會在活動之間共享，諸如此類的一些現象隱藏了因果之間的聯系。局部環節發生擁堵，其根本原因有可能不在該環節中，而是那些尚未發生擁堵的環節，甚至有時那些看似沒有關聯的因素也可能是導致擁堵的真正原因。當擁堵現象由諸多因素綜合作用形成時，由于每一個因素的作用都不明顯，更加難以分析。
上述困難直接導致了在分析急診科擁堵現象時不能夠采取局部分析的策略。所謂局部分析策略，其基本出發點是將急診科擁堵視為病患人群在數量和結構達到一定狀態時所導致的急診科流程中薄弱環節突顯成為瓶頸的現象。通過發現系統中的薄弱環節來分析相關資源配置以及流程設計上存在的問題，從而設計出改進措施。該方法能夠有效緩解所關注的瓶頸環節，但是系統內部要素間的非線性關系決定了急診科牽一發而動全身的特點，尋找解決方案的努力容易陷入顧此失彼的被動局面，即解決了一個瓶頸卻會導致更多的瓶頸出現。
對于急診科這樣的復雜系統，必須采取基于整體論的分析方法，將包括急診科、醫院以及醫院所在環境在內的整個系統作為分析的對象。這也正是仿真技術可以采用的較有優勢的分析方法。在該仿真分析系統中，按照這一思路設計了一整套擁堵分析過程，如圖3所示。
3．1 以個體為線索的優化目標設計
在系統仿真中優化目標通常以某種評價指標的形式予以表示。在這里采用的有三類指標：基于時間的指標，如病患在急診科滯留的時間；基于資源的指標，如病床的使用率；基于成本的指標，如新崗位的勞動力成本。優化目標的設計實際上是圍繞研究的目標來選取各類指標。
對擁堵問題進行研究首先關注的是時間方面的問題，因為擁堵的直接效果就是病患過長的滯留時間。為此，確定優化目標的前提就是明確研究所關注的病患人群，并通過仿真實驗來確定該類病患受擁堵影響的程度，在兼顧其他類型病患的條件下，以減少或消除該類病人的滯留時間為首要優化目標。
擁堵造成的后果并不局限于滯留時間，還包括急診科醫護人員在繁忙情況下的服務質量下降、物資緊缺以及急診科擁堵對門診造成的影響等。這也就形成了優化過程中的約束條件：對滯留時間的優化不能夠以犧牲標準醫療服務時間、基本物質條件以及必不可少的規程要求為代價。
3．2 確定系統環境的承受能力邊界
急診科的運作離不開與所處環境的交互，為了緩解或消除急診科擁堵而采取的策略既要充分利用急診科所在環境對其調整的承受能力，也要確保不超出環境的最大承受能力范圍。在擁堵仿真分析系統中必須考慮的主要環境承受能力包括：
a）環境對急診科輸出的承受能力。從基本的流程圖中可以看到，急診科的病患除了直接出院的以外，通常都是轉往各專業科室、住院部以及其他醫院。因此，需要考慮環境對急診科輸出的吸收能力，否則病患就會因為無法輸出而堵塞在急診科中。
b）環境對共享資源占用的承受能力。在輸液、化驗、X光、B超、CT等輔助環節中需要與其他門診科室共享一些設施和人員，病患經常會由急診科進入這些環節占用其中資源，也有醫院采取急診科專用或優先使用共享資源的設計。不論是哪種情況，共享資源的承受能力都需要作為策略調整的硬約束。
3．3 確定可行的策略空間
用于解決急診科擁堵問題的策略可以劃分為三大類：
a）基于服務對象的策略。這里主要是指在預檢分診環節就設定較高準入門檻，將部分病患分流到其他組織，如門診或者其他醫院，從而減少急診科的壓力。
b）基于流程的策略。這里的策略主要包括三種類型：(a)跨崗位協作的策略，如首診負責制以及急診會診制度；(b)對正常程序的簡化，如改變掛號、收費的順序；(c)增加時限或效率規定，如要求檢查與化驗環節限時出具報告。
c）基于資源的策略。這里的資源主要包括人力資源、床位資源以及空間資源。這三類資源之間的相互制約與匹配關系將作為策略設計的一部分，如增加設施的策略往往要與調整人員班次、增加作業空間等策略共同進行可行性檢驗。
這里還需要著重考慮醫療服務的專業特征對策略空間的可行性制約。以病床資源為例，急診科可以將暫時借用其他科室和住院部的病床作為緩解擁堵的策略，但是不同類型的病患之間可能存在相互排斥的問題，而且不同科室護理人員專業領域不同也會限制病床的可用性。在不考慮這些制約條件的情況下制定的策略會導致過于樂觀的結論。
3．4 人機結合的策略尋優
在給定的優化目標下，針對每種預設的場景都會有若干種可供選擇的改進策略。在這里的仿真分析系統中，有兩種人機結合的尋優方式可供采用。
a）經驗嘗試法。由使用者根據經驗在策略空間中選擇，對于其中能夠充分定量描述的策略則采用優化算法程序輔助尋優。其中，對基于服務對象的策略，由于可供選擇的策略較少，主要由使用者在系統界面上進行手動選擇；對基于流程的策略，則根據使用者的要求預先將各種候選流程結構固化到系統中，從而使用者可以根據需要在系統界面上設置各候選流程的觸發條件。當程序運行過程中各項參數滿足觸發條件時，相應的候選流程會被啟用；對基于資源的策略，則基本上可以用仿真系統中常見的優化算法模塊來尋找最佳的策略選擇。這主要是因為基于資源的策略在量化的程度上要明顯優于前兩類策略。
b）自動尋優法。使用者根據自己的主觀判斷對上述前兩類策略進行配置形成一個基本的策略空間，然后仿真系統結合第三類策略的自動推演在這一策略空間中尋優，最終獲得推薦方案。該方法簡便易行，能夠直接獲得較為滿意的推薦方案。但是由于該方式所要面對的策略空間較為龐大，計算過程會消耗較多的時間，通常在策略空間相對狹小時才推薦采用。
4 結束語
急診科擁堵現象仿真分析系統的設計與原型開發是對應用仿真技術解決急診科管理問題的一種有益嘗試，也將為城市應急系統仿真分析的研究提供參考。該系統既可以拓展到對其他相關急診科管理問題的分析上，如對院前急救與院內急救的協調整合問題；也可以進一步深化成為對醫院應急預案制定與檢驗的仿真分析系統；還可以更進一步發展成為城市醫療急救網絡的仿真分析系統。
此外，由于在醫院中收集到的個案數據和統計數據往往因為數據在數量和質量上的問題而難以用于對仿真系統的有效性進行充分的驗證，該系統在有效性驗證上還需要借助于醫院以及急診科專業人士的經驗判斷，這也是有待進一步深入研究的問題。
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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”
