活體腎臟分配和手術(shù)室資源調(diào)度.pdf

1、我國老齡人口基數(shù)大、發(fā)展速度快、高齡化現(xiàn)象嚴(yán)重，衛(wèi)生醫(yī)療服務(wù)的需求持續(xù)增長。醫(yī)療資源各地區(qū)各醫(yī)院分配不均，導(dǎo)致需求涌向設(shè)備更先進(jìn)、人才資源更集中的大城市大醫(yī)院?！翱床‰y、看病貴”的后果伴隨著社會(huì)發(fā)展日益凸顯。政府采取了一系列醫(yī)療改革來提高和完善醫(yī)療保健體系，目標(biāo)是減輕病人負(fù)擔(dān)、改善醫(yī)務(wù)人員的工作環(huán)境、提高醫(yī)療設(shè)施的可及性，首先表現(xiàn)在對(duì)衛(wèi)生費(fèi)用的投入持續(xù)增加。但相對(duì)于龐大的醫(yī)療需求，投入始終有限。僅僅依靠先進(jìn)醫(yī)療技術(shù)和設(shè)備無法解決所有醫(yī)療

2、問題，人類尚有很多疾病甚至一些常見疾病仍然無法解決。如何優(yōu)化有限經(jīng)費(fèi)支出的結(jié)構(gòu)和方向，充分有效利用稀缺醫(yī)療資源，提高醫(yī)院服務(wù)水平，為病人提供及時(shí)有效公平的服務(wù)是社會(huì)各界正在致力解決的問題。這篇文章在給定政策和醫(yī)療背景下分別從宏觀和微觀的角度，探索手術(shù)相關(guān)醫(yī)療資源的分配策略以及手術(shù)流程優(yōu)化策略，目標(biāo)是提高瓶頸資源的利用率和為病人提供的服務(wù)質(zhì)量。
　　醫(yī)療資源分配不合理的主要原因是信息掌握不充分，醫(yī)院在進(jìn)行資源分配和調(diào)用時(shí)面對(duì)諸多不確

3、定性。不確定性一般來源于兩個(gè)方面：一是來自病人方面，例如病人自身病情變化導(dǎo)致無法接受預(yù)先安排的治療方式，或是無法找到合適匹配的器官進(jìn)行移植手術(shù)等；二是來自醫(yī)院方面，醫(yī)院過于擁堵，資源配置或者醫(yī)療調(diào)度不合理導(dǎo)致無法給病人提供及時(shí)的醫(yī)療服務(wù)，或者需要醫(yī)生長時(shí)間加班才能完成既定任務(wù)。本文選擇信息交匯最集中、資源需求最多的環(huán)節(jié)—手術(shù)進(jìn)行具體分析。具體而言，開展手術(shù)涉及的醫(yī)療資源包括科室醫(yī)生、護(hù)士、麻醉師等。本文分析術(shù)前醫(yī)院和病人需要做的準(zhǔn)備，以

4、及術(shù)中面對(duì)各種不確定性醫(yī)院方能夠做的努力和工作，運(yùn)用數(shù)學(xué)優(yōu)化的方法提供各項(xiàng)決策和建議。本文的研究首先介紹一類特殊的手術(shù)，然后分析對(duì)于一般手術(shù)類型的手術(shù)室調(diào)度：
　　(1)我們首先分析活體腎臟移植手術(shù)的瓶頸環(huán)節(jié)。這類大型手術(shù)的優(yōu)先級(jí)非常高，手術(shù)室本身不是手術(shù)進(jìn)行的瓶頸，病人的身體和器官的供需狀態(tài)決定手術(shù)安排時(shí)間。供受體的選擇標(biāo)準(zhǔn)是能夠接受手術(shù)，雙方血型、組織相容性抗原(human leukocyte antigen，HLA)和群體反

5、應(yīng)性抗體(panel reactive antibodies，PRA)相匹配?；铙w腎臟移植的供體一般是病人的親屬或者朋友，如果供受體的血型、HLA及 PRA等指標(biāo)匹配，腎臟移植手術(shù)可以直接進(jìn)行。否則，活體腎臟供受體需要組隊(duì)參加腎臟交換庫，通過腎臟交換獲得匹配腎臟而接受腎臟移植手術(shù)。本文研究了手術(shù)前期腎臟交換庫動(dòng)態(tài)分配問題，其中供受體隨機(jī)動(dòng)態(tài)進(jìn)出腎臟庫。
　　(2)一般類型的手術(shù)共享同一間手術(shù)室，如何有效利用手術(shù)室是接下來兩部分主要

6、研究的問題。手術(shù)中的不確定性是影響手術(shù)資源利用率的一個(gè)重要因素。不確定性主要來源于以下幾個(gè)方面：手術(shù)本身的復(fù)雜性、醫(yī)療團(tuán)隊(duì)配合效果及工作經(jīng)驗(yàn)差異、病人病情變化以及醫(yī)療團(tuán)隊(duì)突發(fā)狀況等。以上諸多不確定性導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間波動(dòng)很大，病人等待時(shí)間很長。文獻(xiàn)中一般考慮用隨機(jī)規(guī)劃的方法來應(yīng)對(duì)這些不確定性，提前作出決策。本文在提前決策的基礎(chǔ)上引入實(shí)時(shí)調(diào)整措施。具體的，本文提出了自適應(yīng)策略，實(shí)時(shí)跟進(jìn)手術(shù)室使用進(jìn)度，安排等待病人的手術(shù)開始時(shí)間。每臺(tái)手術(shù)完成時(shí)刻

7、定義為一個(gè)決策點(diǎn)，用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法決策最優(yōu)調(diào)度方案。
　　(3)醫(yī)療資源短缺也是影響病人服務(wù)質(zhì)量和瓶頸資源利用率的另一個(gè)重要因素。加班時(shí)間過長導(dǎo)致手術(shù)最后時(shí)刻取消的現(xiàn)象，在很多國家，尤其發(fā)展中國家普遍存在，而資源短缺和調(diào)度不合理是主要原因。為了避免資源浪費(fèi)，醫(yī)生超負(fù)荷工作，工作內(nèi)容除了手術(shù)還需要看診。任何一環(huán)節(jié)與計(jì)劃不符都會(huì)導(dǎo)致手術(shù)開始時(shí)間延遲甚至取消，引起資源閑置和加班。本文考慮資源被占用時(shí)間和手術(shù)時(shí)間服從隨機(jī)分布，提出定時(shí)調(diào)整

8、調(diào)度的策略。假設(shè)手術(shù)室實(shí)行兩班制，在完成上午班的手術(shù)時(shí)，如果手術(shù)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)先安排的時(shí)間，醫(yī)院可以通過重排或轉(zhuǎn)移到其他醫(yī)院的方式取消部分手術(shù)，達(dá)到控制取消成本和醫(yī)生加班時(shí)間。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新和價(jià)值體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
　　(1)本文針對(duì)病人狀態(tài)轉(zhuǎn)移的不確定性，首次運(yùn)用馬爾可夫鏈模型計(jì)算腎病患者在每個(gè)狀態(tài)的健康值，以貼現(xiàn)調(diào)整生命年(quality of adjusted lifeyears，QALYs)為健康值的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

9、。本文提出最大化 QALYs(MaxQaly)的分配策略，利用馬爾可夫鏈模型和蒙特卡羅仿真方法對(duì)荷蘭腎臟交換庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，并與現(xiàn)有腎臟交換分配策略比較。數(shù)值結(jié)果顯示，MaxQaly策略的平均QALYs相對(duì)于現(xiàn)行策略提高6%。并且它能夠保持分配策略的公平性，在腎臟交換項(xiàng)目中處于劣勢(shì)的病人通過 MaxQALYs得到匹配腎臟的機(jī)會(huì)不會(huì)減少。沒有匹配的病人的平均 QALYs提高31%。通過比較分配策略的一個(gè)理論上界，發(fā)現(xiàn)MaxQaly更

10、接近上界值，差距縮小比例為32%。
　　(2)為了應(yīng)對(duì)手術(shù)中的不確定性，減少病人等待時(shí)間，本文提出了自適應(yīng)調(diào)度。為了更貼近實(shí)際情況，在自適應(yīng)調(diào)度中引入了承諾(committings)的定義。在理論上，本文提出并設(shè)計(jì)了偽多項(xiàng)式時(shí)間算法求解靜態(tài)背包問題，據(jù)此對(duì)自適應(yīng)策略給出了有效的啟發(fā)式算法。數(shù)值結(jié)果驗(yàn)證了啟發(fā)式算法的精確度和有效性。案例分析說明自適應(yīng)策略提高手術(shù)室利用率（相比現(xiàn)行策略提高6%）。對(duì)現(xiàn)實(shí)調(diào)度給出簡單易行的建議：手術(shù)按照

11、手術(shù)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差從大到小進(jìn)行排列。
　　(3)為了應(yīng)對(duì)手術(shù)的不確定性和資源短缺問題，避免最后時(shí)刻取消手術(shù)的現(xiàn)象，保持同日調(diào)度（same-day schedule）的一致性，本文在允許取消手術(shù)的情況下多次優(yōu)化單間手術(shù)室日間調(diào)度。本文將這個(gè)問題建成三階段隨機(jī)規(guī)劃模型，利用樣本平均值逼近方法、L-shaped方法和模型數(shù)學(xué)性質(zhì)設(shè)計(jì)算法進(jìn)行求解。最終計(jì)算結(jié)果的精確度為1%。數(shù)值結(jié)果顯示，允許手術(shù)取消的策略(Exogenous and Sch

12、eduled Cancellations，ESC)能夠平衡加班時(shí)間和取消成本，比不考慮手術(shù)取消的策略在成本控制方面最多能減少11%。當(dāng)資源被占用時(shí)間越長、病人取消手術(shù)概率越高，允許手術(shù)取消的策略相對(duì)于靜態(tài)策略(Exogenous Cancellations Only，ECO)成本減少的更多。
　　綜上，對(duì)于手術(shù)流程中的各種不確定性，采取實(shí)時(shí)跟進(jìn)和動(dòng)態(tài)決策的方法優(yōu)化資源分配，能夠提高資源利用率和手術(shù)成功率，從現(xiàn)實(shí)角度提高服務(wù)水平和醫(yī)