基于文本挖掘方法的突發事件與醫學救援裝備關聯研究

周亮，胡坤鵬，唐碩，張平，張治鋼，范立冬，肖南，李曙光

陸軍軍醫大學大坪醫院野戰外科研究所，重慶 400042

引言

隨著自然災害、恐怖襲擊事件以及公共衛生突發事件的頻繁發生，救援隊伍的機動反應速率、現場指揮營救能力和傷員后送效率等是應急救援行動中影響救援效果的直接因素。有研究認為，將救援裝備模塊化是提高救援效率行之有效的方法之一[1-2]。救援裝備模塊化，可以在裝備儲存、運輸以及成套化組合中提高裝備間的互用性和利用率，實現衛生資源的優化配置[3]。

不同救援任務下的醫學救援裝備的配置存在差異。根據不同救援任務對救援裝備進行模塊化研究，是提高救援效率的主要途徑。目前研究大多以經驗分析維護，缺乏對突發事件類型和裝備間關聯性進行探索。隨著信息化與大數據理論的興起，以數據主導的智能決策分析技術逐漸受到重視，其研究理論認為當面對龐大混雜的數據集時，忽略事物間的因果關系，重點關注全數據狀態下的相關關系，最終得到有價值的信息[4-5]。按該研究思路，若能通過對大規模數據集中救援裝備間關聯性的分析，以關聯強度作為依據進行模塊化設計，可以在屬性劃分的基礎上，更多的考慮裝備間的協同應用價值。

CNKI作為全球信息量最大、最具價值的中文網站，涉及領域涵蓋基礎科學、工程科技、 農業科技以及醫藥衛生科技等；其中收錄的研究文獻涵蓋了醫療急救裝備的應用、管理、維修和研發等信息；那么可以認為兩種不同的裝備同時出現頻次越高，其關聯度可能會越高[6]。

因此，本次研究以CNKI數據庫為基礎，將不同裝備間的共檢量作為相似尺度的量化指標，探索不同突發事件中與醫學救援裝備之間的關聯程度，為構建不同類別突發事件中模塊化裝備體系提供依據。

1　對象與方法

1.1　資料來源

基于文本挖掘的關聯分析的首要步驟是確定關鍵詞（共現詞）。本研究突發事件的類型主要參考《國家公共衛生事件總體應急預案》中的主要項目，確定了包括地震、水災、火災、傳染病等9項事件；另外，根據《國家衛生應急救援隊伍的基本裝備目錄》中提供的常用醫療應急救援裝備項目，確定納入研究的裝備38項包括顯微鏡、離心機、氣管插管、生化分析儀、呼吸機、監護儀、醫用冰箱、吸引器、X線機、清創縫合包、護理器材、尿液分析儀、輸液泵、婦產科手術器械包、麻醉機和擔架等。

事件與事件、裝備與裝備、事件與裝備間關聯強度的確定來源于在CNKI數據庫中，字段檢索的共現頻數。本研究以裝備名稱為檢索字段，將以上元素（突發事件或裝備）進行兩兩檢索，獲取其共檢量，用于構建裝備間的關聯矩陣；檢索時間跨度為從建庫起到2017年5月30日；以“事件—事件”檢索式如下：

兩項裝備間的共檢量，“地震”[全文]并含“火災”[全文]并含“救援”[摘要]（模糊）。

1.2　標準化

共現矩陣存儲的是兩元素間的共現頻數，共現次數多并不代表兩種自然災害的相關度高，相關度是指兩個事物間存在相互聯系的百分比，可以根據共現率來表示災害間的相關度；因此，本研究通過Jaccard指數來描述元素間的共現率[7]，公式如下：

式中：JAB為元素A和B的Jaccard指數；CAB為元素A與B的共現頻數；CA為元素A的總數；CB為元素B的總數。

另外，由于很多時候，兩元素的共現頻數遠遠小于兩元素的總頻數；因此，常通過以下方式進行標準化處理：

式中：Jmax和Jmin分別為Jaccard指數中的最大值和最小值。

1.3　可視化分析

采用R 3.4.0進行可視化處理，首先通過gplots( )包中的heatmap.2程序[8-9]對“事件—裝備”熱力圖進行構建，分析時間與裝備的相關關系；再通過igraph( )對“事件-事件”“裝備與裝備”和“事件—裝備”3類共線網絡，進一步探索事件與裝備間的關系。

1.4　“事件-裝備”綜合相關度

當一種災害發生時，可能引起次生災害的發生；另外，當攜帶一項裝備的同時也可能考慮其他裝備的協同；因此，基于“事件-事件”“裝備與裝備”和“事件-裝備”的關聯情況，提出以下綜合關聯度公式：

式中A代表事件，B代表裝備，DAB為B裝備與A事件的代表綜合關聯度；I(A→B)、I(A→Ak)、I(B→Bl)為標準化后的Jaccard指數；α代表主特征系數，β和γ分別為輔助系數。

2　結果

2.1　初始矩陣

基于CNKI數據庫的檢索結果，將9類突發事件與38項醫學救援裝備進行共現檢索，根據共現頻數構建以下初始矩陣，見表1。

2.2　標準化情況

按公式(1)計算獲取元素間的Jaccard指數，見表2。經公式(2)標準化處理后，進行熱力圖繪制，結果見圖1。結果顯示，防疫器材、生命探測儀、防毒面具、護理器材和擔架等是各項突發事件中相關程度較高的裝備類型；其中，與動物疫情相關性最高的5項裝備為防疫器材、電動噴霧劑、口罩、護理器材和擔架；與傳染病相關性最高的5項裝備為防疫器材、護理器材、口罩、擔架和輸液泵；與礦難相關性最高的5項裝備為生命探測儀、氧氣瓶、擔架、防疫器材和繃帶；與火災相關性最高的5項裝備為生命探測儀、擔架、防毒面具、防疫器材和口罩；與爆炸相關性最高的5項裝備為生命探測儀、防毒面具、擔架、防疫器材和口罩；與地震相關性最高的5項裝備為生命探測儀、防疫器材、擔架、輸液泵和護理器材；與水災相關性最高的5項裝備為防疫器材、生命探測儀、擔架、護理器材和輸液泵；與風災相關性最高的5項裝備為防疫器材、擔架、生命探測儀、口罩和護理器材；與恐怖襲擊相關性最高的5項裝備為防疫器材、生命探測儀、擔架、防毒面具和口罩。

表1　“事件—裝備”共現檢索初始矩陣

表2　“事件—裝備”共現檢索Jaccard指數矩陣

圖1　“事件—裝備”熱力圖

2.3　社會網絡分析

根據標準化后的Jaccard指數，構建的社會網絡分析圖譜；結果認為突發事件之間存在一定關聯，如地震發生時，可能會導致動物疫情（1.00）或傳染病（0.82）等次生災害的發生；另外，醫學救援裝備之間同時存在一定關聯性，如同屬于急救裝備的繃帶與夾板相關程度極高（0.71），見圖2。

圖2　社會網絡分析結果

2.4　“事件—裝備”綜合相關度

以地震為例，根據公式(3)計算獲取地震與各醫學救援裝備間的綜合相關度，見圖3。結果顯示，地震救援過程中，對最需要的是防疫、搜救和急救裝備，其次是護理、診療和監護裝備。

3　討論

本研究以CNKI數據庫中報道的突發事件醫學救援文獻為基礎，通過文本挖掘中的詞頻共現法對突發事件與醫學救援裝備進行了關聯分析，獲取了不同類型突發事件中各個救援裝備的綜合相關度，為后期建立模塊化救援裝備體系提供了數據支撐。

圖3　“事件—裝備”綜合相關度圖譜

從“事件—裝備”相關程度可以看出，不同的突發事件對裝備類型的需求程度存在一定差異；其中，動物疫情和傳染病更多的需要急救，結果顯示防疫裝備、急救裝備、個體防護裝備、搜救裝備以及傷員后送裝備是突發事件中相關程度較高的裝備類型；其中急救裝備的相關程度最高。從不同事件上看，動物疫情、傳染病事件與防疫裝備相關程度最高；在羅英等人的研究中，對緊急醫學救援裝備進行了模塊化配置應用，并采用德爾菲法對配置模塊進行專家一致性評價，最終劃定的幾項重點裝備模塊中就包含了防疫模塊，其作用在于承擔突發事件中的災后防疫工作[10]。礦難中、恐怖事件、地震與急救裝備、個體防護裝備、搜救裝備相關程度最高；在賈群林等[11]的研究中，針對地震救援隊裝備進行了優化配置，其中提到將救援裝備分為了9個大類，包括偵查設備、搜救設備、營救設備、動力照光、通訊設備、醫療急救、個人裝備、后勤保障和救援車輛，其裝備需求與本次研究基本一致。

另外，本研究通過R軟件包，構建了“事件—事件”、“裝備—裝備”和“事件—裝備”3類社會網絡，進一步闡述了不同突發事件與裝備間的相關性，為提高裝備利用率，整合救援裝備的優化配置提供了依據。在“事件-事件”網絡中，充分說明不同突發事件間是存在一定關聯，特別是在應對自然災害后所發生的次生災害，例如在地震發生后可能會引發傳染病的爆發[12]；因此，在考慮醫學救援裝備的配備上不僅要考慮地震相關的救援裝備，還應考慮防疫防護等裝備的協同。在“裝備—裝備”網絡中，以同類別裝備的相關性就高，例如監護儀繃帶和夾板、心電圖機和B超機等。在“事件—裝備”網絡中，可獲取突發事件與救援裝備的綜合關系，為接下來構建不同類型突發事件的救援裝備圖譜提供參考依據。

在裝備圖譜構建中，以地震為例，選取了頻數最高的15項裝備進行研究，以事件與裝備間的相關性為主要因子，以事件與事件、裝備與裝備間的關聯性為輔助因子，調整構建各裝備與地震的綜合相關度；既考慮了次生災害的影響，又考慮了裝備間的協同效應；其目的在于提高地震發生時的應急決策效率，同時優化了救援裝備的配置情況，為模塊化救援體系提供了依據。

災害救援過程中，醫學救援裝備模塊化是提高救援效率的有效保障[13-15]。在本次研究中，主要通過探索突發事件與醫學救援裝備之間的關聯性，進而確定不同突發事件下的裝備需求情況；然后，分析納入裝備間的關聯程度，即可構建裝備模塊（聚類分析）[16]；最后，根據突發事件之間的關聯性，可進一步探索隨著災情進展下的裝備模塊協同效應，從而提高模塊化的應用效率。因此，不同類型突發事件的醫學救援裝備模塊化構建過程，也可以看做是事件與裝備之間社會網絡關系的動態演化過程，即突發事件決定裝備需求，裝備類型決定模塊設計，模塊協同應對事件發展；按此過程循環往復、不斷調整，從而探尋最優化的裝備模塊設計思路。

綜上所述，本次研究基于文本挖掘方法，探尋了突發事件與醫學救援裝備間的關系，構建了它們之間的關系網絡，對進一步構建模塊化救援裝備體系提供很好的數據支撐，具有良好的實際應用價值。

[參考文獻]

[1] 趙蘭迎,黃寶森,張天罡.地震救援隊裝備分類編碼研究[J].科學與管理,2011,(5x):22-24.

[2] 李澤,吳宣樹,廖藝文.海上應急救援力量的模塊化應用研究[J].中國急救復蘇與災害醫學雜志,2016,11(1):1-4.

[3] 武周煒,向宇,趙艷梅,等.武警方艙醫院核生化醫療救援裝備模塊化配置研究[J].醫療衛生裝備,2015,36(8):32-34.

[4] 劉曉亮,王坤,馬軍.大數據時代的衛生信息化建設思考[J].中國衛生信息管理雜志,2014,(1):43-46.

[5] 劉會勛,劉超然.大數據時代的醫院信息化建設研究[J].決策咨詢,2015,(1):56-58.

[6] 魯海濤.CNKI數據庫高級檢索的應用探究[J].電子測試,2013,(8x):62-63.

[7] 陳立新,梁立明.技術領域的集成與整合研究——基于美國專利IPC的關聯分析[J].情報雜志,2013,(1):37-41.

[8] Wei K,Pan S,Li Y.Functional characterization of Maize C2H2,zinc-finger gene Family[J].Plant Mol Biol Rep,2016,34(4):761-776.

[9] Engle S,Whalen S,Joshi A,et al.Unboxing cluster heatmaps[J].BMC Bioinformatics,2017,18(S2):63.

[10] 羅英,高宏偉,丁輝,等.德爾菲法在緊急醫學救援裝備模塊化配置應用分析研究[J].醫療衛生裝備,2015,(9):44-46.

[11] 賈群林,陳莉.地震災害緊急救援隊優化救援裝備配備分析[J].中國個體防護裝備,2012,(2):9-12.

[12] 胡明生,賈志娟,雷利利,等.基于共現分析的歷史自然災害關聯研究[J].計算機工程與設計,2013,34(6):2015-2019.

[13] 孫伯春,何寧,王偉,等.簡述應急救援裝備模塊化儲運體系[J].消防技術與產品信息,2012,(4):17-21.

[14] 王曉輝,王剛,任俊峰.醫療救援隊裝備模塊化配置方案研究[J].中國急救復蘇與災害醫學雜志,2010,5(11):1056-1057.

[15] 謝明,董均杰,梁紅璇,等.衛勤分隊裝備模塊化建設在城市危化品爆炸救援任務中的應用分析[J].醫療衛生裝備,2016,37(7):124-126.

[16] 于魁龍,李軍,張宇,等.基于模糊聚類的保障裝備模塊化設計[J].裝甲兵工程學院學報,2015,(1):18-24.