張 凱，伍瑞昌，張新雷，趙 欣，陶學(xué)強

(軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所，天津 300161)

醫(yī)院管理是醫(yī)療資源優(yōu)化配置的一個重要課題。在研究實踐中，決策分析、馬爾科夫過程、數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)動力學(xué)和仿真建模等技術(shù)都在該領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在眾多方法中，離散事件仿真技術(shù)有其獨特的優(yōu)勢。

離散事件系統(tǒng)仿真，是對狀態(tài)變量只在一組離散時間點上發(fā)生變化的系統(tǒng)進行建模的技術(shù)。仿真模型不是用解析方法求解，而是用數(shù)值方法求解，即使用計算機程序運行模型求解。系統(tǒng)的演化過程產(chǎn)生于模型的假設(shè)，研究者收集和觀察運行數(shù)據(jù)以分析和估計真實系統(tǒng)的性能［1］。離散事件系統(tǒng)仿真技術(shù)現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、軍事等領(lǐng)域，并發(fā)揮了很好的決策支持作用。在醫(yī)院管理領(lǐng)域，仿真技術(shù)本身能夠整合醫(yī)院運行中的隨機因素;仿真模型的構(gòu)建能夠深化對醫(yī)院系統(tǒng)的認識;模型的運行能夠反應(yīng)醫(yī)院運行狀態(tài)和患者在醫(yī)療過程中的流動情況，并提供關(guān)鍵系統(tǒng)性能指標數(shù)據(jù)，如患者逗留時間、等待時間、隊長、設(shè)備資源和人員利用率等;運行仿真實驗可以虛擬的改變醫(yī)院結(jié)構(gòu)或輸入變量，而無需改變醫(yī)院的實際運行狀況和占用醫(yī)院資源。這使得離散事件仿真技術(shù)成為近年來醫(yī)院管理中的一個流行且有效的決策工具，成果也大量的應(yīng)用于實踐，減低醫(yī)療服務(wù)的成本，并有助于提高患者的滿意度。

1 醫(yī)院管理仿真研究現(xiàn)狀

1.1 門診仿真 門診在醫(yī)院中具有一定的獨立性，數(shù)據(jù)相對易于收集、救治流程較簡單，這使該部門成為研究者最熱門的研究領(lǐng)域之一。該部分的研究重點在于調(diào)度和容量規(guī)劃研究。

Harper等開發(fā)了倫敦附近某診所的耳鼻喉科門診救治仿真模型，用于研究各種預(yù)約安排對患者等待時間的影響情況。結(jié)果表明，如果診所能夠迅速啟動，患者平均等待時間會減少15分鐘。此外，成大塊的分組患者會導(dǎo)致患者平均等待時間增加8分鐘［2］。范廉明等設(shè)計和實現(xiàn)醫(yī)院門診管理系統(tǒng)仿真模型，該模型能夠輔助醫(yī)院門診管理系統(tǒng)趨向合理化、優(yōu)質(zhì)化，精簡機構(gòu)和提高經(jīng)濟效益［3］。

1.2 急診仿真 急診與門診類似，具有一定的獨立性。急診是醫(yī)院住院患者的主要來源，急診部門的運轉(zhuǎn)有助于平衡患者到達的不確定性，也為醫(yī)院提供調(diào)度時間。仿真在此類研究中常用于獲取資源利用率、患者等待時間、資源分配等數(shù)據(jù)，識別系統(tǒng)瓶頸，輔助醫(yī)院管理決策。

Martinez等結(jié)合實體流程圖對墨西哥某醫(yī)院的急診部門進行仿真研究。研究表明，通過增加系統(tǒng)容量和消除系統(tǒng)瓶頸，患者通過量可提高20%［4］。Yeh等利用遺傳算法結(jié)合仿真模型，優(yōu)化了臺灣秀傳紀念醫(yī)院急診部門的護士調(diào)度計劃［5］。

1.3 手術(shù)救治仿真 手術(shù)室是醫(yī)院的重要組成部分，而且與其他部門關(guān)系密切，手術(shù)救治情況往往會影響整個醫(yī)院的運轉(zhuǎn)。合理配置手術(shù)病房的人力、物力資源，保障醫(yī)院手術(shù)救治地高效運行，具有重要的意義。仿真在該方面研究主要用于消除不必要的等待時間，優(yōu)化調(diào)度資源等。

Bowers等模擬了某醫(yī)院的手術(shù)救治情況。研究表明，通過實施擇期手術(shù)，醫(yī)院的整體績效可提高13%［6］。Everett等的仿真項目考慮了患者救治優(yōu)先級，在醫(yī)院救治容量的約束下研究患者的手術(shù)救治情況，并通過對醫(yī)務(wù)人員的咨詢驗證模型［7］。Sciomachen等利用Witness仿真軟件開發(fā)了意大利熱那亞某醫(yī)院的仿真程序，用于獲取病床利用率、患者通過量等系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)［8］。

1.4 重癥監(jiān)護仿真 重癥監(jiān)護患者往往需要生命支持手段、監(jiān)控設(shè)備和較高的人員利用率等，這使得該部門的費用開支比較大。因此，醫(yī)院中常配備“恰好滿足需求”的重癥監(jiān)護病房數(shù)量。由于患者的到達存在變動性，醫(yī)院管理者需要平衡這種變動情況或者準確的預(yù)測需求。仿真在該類研究中通常作為計劃工具，用于識別問題，并提供解決問題的方案。

Kim等開發(fā)了一個仿真模型，集成了一個每日配額系統(tǒng)，靈活的進行重癥監(jiān)護病房分配，顯著地降低了該醫(yī)院對患者的拒絕率［9］。Litvak等對荷蘭萊蒙德地區(qū)的數(shù)個醫(yī)院通過協(xié)作來對患者預(yù)約重癥監(jiān)護病床的情況進行仿真研究。研究表明，整體合作和集中資源能夠增加患者通過量［10］。

1.5 住院仿真 住院部門也是研究者的熱點之一。從流程角度看，住院部門具有多個客戶端和服務(wù)器接口，具有患者、救治人員和物力資源需求的不確定性特點。仿真在該類研究中主要用于計算床位利用率和患者的逗留時間等。

針對患者住院時間長短的不同，有研究者采用房屋模型模擬患者住院的不同階段。Vasilakis等利用三室模型(短期、中期和長期住院)預(yù)計中風患者在不同階段的比例和住院逗留時間［11］。Cochran等對婦產(chǎn)醫(yī)院的床位利用率情況進行排隊網(wǎng)絡(luò)分析，并構(gòu)建仿真模型;研究表明，增加15%的病床數(shù)量能夠使患者通過量增加38%［12］。張靜文等結(jié)合多隊列、多服務(wù)臺并聯(lián)的排隊系統(tǒng)分析，構(gòu)建某醫(yī)院病床設(shè)置系統(tǒng)的仿真模型，并在Arena仿真環(huán)境下對某實例的仿真過程作了具體說明［13］。

1.6 醫(yī)院總體仿真 醫(yī)院由眾多的部門組成，很多部門之間具有輸入、輸出、共享資源等關(guān)系。研究者對醫(yī)院總體進行仿真，可以關(guān)注幾個部門的運行情況，避免單一部門仿真模擬邊界過于簡化而造成的失真。同時，模擬整個醫(yī)院的所有情況也是不切實際的。在醫(yī)院總體仿真時，合理簡化醫(yī)院的運行情況也屬必要。

Harter等設(shè)計和構(gòu)建了醫(yī)院資源利用的模擬框架及仿真模型，該模型包含患者的分類工具、患者在醫(yī)院數(shù)個部門的流動情況，以及人力資源利用情況，可為醫(yī)院管理提供決策支持［14］。Vissers等利用醫(yī)院患者的記錄數(shù)據(jù)構(gòu)建患者到達的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)醫(yī)院資源利用狀況的仿真模型，為資源調(diào)度或減少患者逗留時間提供輔助決策，提出時間階段資源配置方法，在不同的時間階段，進行不同的資源配置［15］。

2 研究存在的問題

眾多研究者應(yīng)用離散事件仿真技術(shù)對醫(yī)院諸多領(lǐng)域的管理問題進行了大量的研究，很多成果也在實際中得到應(yīng)用，效果良好。但是，從文獻看，存在如下問題:

第一，具體研究多，總體仿真少。大多數(shù)研究為解決具體醫(yī)院的具體部門的具體問題，故對單獨醫(yī)院部門的仿真研究較多，復(fù)雜、統(tǒng)一的包含多個醫(yī)院部門或數(shù)個醫(yī)院的總體仿真研究相對較少。這種研究狀況是由研究目的，以及有限的仿真數(shù)據(jù)、資金等資源決定。但是對單獨部門的研究，研究者通常對模擬邊界進行簡化假設(shè)，容易弱化周邊環(huán)境對該部門的影響，降低模型的可信度。

第二，概念模型研究少，研究重用性差。當前研究中仿真概念模型研究較少，大多數(shù)研究對模型細節(jié)披露也較少，這導(dǎo)致研究者構(gòu)建的模型的可重用性較差，研究重復(fù)性較多，缺乏創(chuàng)新見解，影響研究的深入。

第三，校核驗證少，模型質(zhì)量存疑。研究者構(gòu)建仿真模型時，限于時間和數(shù)據(jù)短缺的限制，對所構(gòu)建模型的校核驗證較少，很多模型的輸入數(shù)據(jù)也比較粗糙，而且仿真模型的具體應(yīng)用，在文中或者以后的文獻中較少著述，仿真模型的質(zhì)量未得到評價。

3 應(yīng)用前景

患者救治需求和到達的隨機性和醫(yī)院行為決策及其結(jié)果的變動性，使得醫(yī)院系統(tǒng)本身就是一個復(fù)雜的隨機系統(tǒng)。應(yīng)用離散事件仿真技術(shù)能夠較好的處理這些隨機性因素問題，這是該技術(shù)在本領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的根本原因。醫(yī)院資源的有限性和資源成本的上漲，使醫(yī)院在有限資源地約束下，對通過改善管理提高績效具有很好的誘惑力，這是該技術(shù)在本領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的直接動力。

未來仿真研究的重點及關(guān)注的領(lǐng)域包括:仿真數(shù)據(jù)的收集、整合與輸入;概念模型研究;模型的校核與驗證;更優(yōu)秀的建模方法;更好的模型表現(xiàn);與其他工具和知識的集成;模型的實際應(yīng)用情況;總體仿真研究等。

醫(yī)院管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用使得患者救治數(shù)據(jù)的收集相對以往更為便捷，這些真實的患者救治數(shù)據(jù)可以更為方便地應(yīng)用到仿真項目，這使得研究者的研究更為可信。面向?qū)ο蠓抡娼＜夹g(shù)的應(yīng)用和可視化仿真軟件包的發(fā)展也使得建模更為方便快捷，這些提高模型的開發(fā)速度和可重用性，有助于構(gòu)建大型和較為細致的模型，可更為真實地表現(xiàn)真實系統(tǒng)的運行情況。上述方法和技術(shù)的進步，有助于提高客戶應(yīng)用模型的信心，從而促進仿真模型在實際管理過程中的應(yīng)用。因此，可以預(yù)見，離散事件仿真技術(shù)在醫(yī)院管理中必將得到更為廣泛和深入的應(yīng)用，并取得很好的經(jīng)濟和社會效益。

［1］ Banks J，Carson J，Nelson B L，et al.Discrete－ event system simulation(5thedition)［M］.New Jersey:Prentice Hall，2009:5－10.

［2］ Harper P R，Gamlin H M.Reduced outpatient waiting times with improved appointment scheduling:a simulation modeling approach［J］.OR Spectrum，2003(25):207－222.

［3］ 范廉明，孫 紅.醫(yī)院門診管理系統(tǒng)仿真模型的設(shè)計和實現(xiàn)［J］.天津理工學(xué)院學(xué)報，1999，15(增刊1):89 －91.

［4］ Martinez－Garcia A I，Mendez－Olague R.Process improvement with simulation in the health sector［EB/OL］.(2007 －12 －01)［2010 －04 －28］.http://www.eu－lat.org/eHealth/Martinezand － Mendez.pdf.

［5］ YEH Jinn－yi，LIN Wen－shan.Using simulation technique and genetic algorithm to improve the quality care of a hospital emergency department［J］.Expert Systems with Applications，2007(32):1073－1083.

［6］ Bowers J，Mould G.Managing uncertainty in orthopedic trauma theatres［J］.European Journal of Operational Research，2004(154):599－608.

［7］ Everett JE.A decision support simulation model for the management of an elective surgery waiting system［J］.Health Care Management Science，2002(5):89－95.

［8］ Sciomachen A，Tanfani E，Testi A.Simulation models for optimal schedules of operating theatres［J］.International Journal of Simulation，2005(6):26 －34.

［9］ Seung－Chul K，Horowitz I.Scheduling hospital services:the efficacy of elective surgery quotas［J］.Omega，2002(30):335 －346.

［10］ Litvak N，Van Rijsbergen M，Boucherie R J，et al.Managing the overflow of intensive care patients［J］.European Journal of Operational Research，2008(185):998－1010.

［11］ Vasilakis C，Marshall A H.Modeling national wide hospital length of stay:Opening the black box［J］.Journal of the Operational Research Society，2005(56):862 －869.

［12］ Cochran J，Bharti A.Stochastic bed balancing of an obstetrics hospital［J］.Health Care Management Science，2006(9):31 －45.

［13］張靜文，徐 渝.醫(yī)院病床設(shè)置系統(tǒng)的仿真［J］.系統(tǒng)工程理論與實踐，2004，13(2):120－122.

［14］ Harper P R.A framework for operational modeling of hospital resources［J］.Health Care Management Science，2002(5):165 －173.

［15］ Vissers，Jan M H.Patient flow －based allocation of inpatient resources:A case study［J］.European Journal of Operational Research，1998(105):356－370.