一種院前非均勻相對穩(wěn)定模型的建模方法

摘要：

將一塊區(qū)域等分網(wǎng)格化或等分蜂窩格化通常是院前急救資源(如急救站點(diǎn)、急救車輛)分布分配的模型基礎(chǔ)，即院前均勻化模型。迄今為止，依據(jù)均勻化模型實(shí)現(xiàn)急救資源覆蓋仍是對院前問題認(rèn)識的基本思想基礎(chǔ)。主要以深圳市寶安人民醫(yī)院院前科為觀察對象，通過院前急救空間大數(shù)據(jù)分析，提出了院前急救3個空間數(shù)據(jù)特征，即：非均勻特征、相對穩(wěn)定特征、個體差異特征，為重新認(rèn)識院前急救、更好地把握院前急救提供了新方法和新的決策依據(jù)。重點(diǎn)基于院前非均勻相對穩(wěn)定特征提出了一種院前非均勻相對穩(wěn)定模型的建模方法，并應(yīng)用規(guī)劃數(shù)學(xué)探討了院前醫(yī)院站點(diǎn)優(yōu)化計(jì)算分布。

0引言

院前急救涉及廣闊院前區(qū)域，到目前為止，對于院前急救的空間數(shù)據(jù)特征研究基本處于空白，這一狀況與院前急救事業(yè)的高速發(fā)展是不相匹配的。實(shí)際上，不僅僅需要掌握院前急救出車量數(shù)據(jù)，更需要了解其院前急救首次醫(yī)護(hù)接觸（First Medicine Contact，F(xiàn)MC）空間區(qū)域分布狀況，從而更全面揭示院前工作特性。

1空間大數(shù)據(jù)的獲取

院前急救涵蓋發(fā)病現(xiàn)場初級救助(BLS)以及急救車到達(dá)后FMC所提供的高級救助(ALS)。就急救車而言，在大急診急救體系內(nèi)急救車可以理解為急診部門前出醫(yī)療單元，它包含眾多變量如醫(yī)護(hù)人員狀態(tài)信息、患者信息、醫(yī)療設(shè)備信息、車輛環(huán)境信息等，所有這些變量可以歸納為三大變量，即人、物、車，分別用X1、X2、X3代表[5-6]。通過車載智能傳感器，實(shí)現(xiàn)對急救車輛智能化輕改造，即能獲得變量組[X1，X2，X3]，經(jīng)移動互聯(lián)網(wǎng)(4G)傳至云端計(jì)算服務(wù)器，形成物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，云端服務(wù)器依據(jù)人工智能神經(jīng)元模型對各個變量分別進(jìn)行濾波和加權(quán)計(jì)算，同時將醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時轉(zhuǎn)發(fā)至急診部門。本系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

在這樣的云計(jì)算架構(gòu)體系上，普通急救車輛已成為云支撐的智能車，自動實(shí)現(xiàn)急救出車時間數(shù)據(jù)記錄(如FMC2D時間等)，自動跟蹤車輛運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)，實(shí)時傳輸車上病患體征數(shù)據(jù)，實(shí)時傳輸車上視頻影像和問診語音信息等，此架構(gòu)模式也為急救車智能化進(jìn)一步發(fā)展(如智能循跡行駛、智能行駛等應(yīng)用)奠定了基礎(chǔ)。圖2所示是急救出車救治鏈時間節(jié)點(diǎn)識別記錄截圖示意，這些院前數(shù)據(jù)為管理院前過程、提高急救臨床預(yù)后效果提供了相關(guān)評價依據(jù)。

本計(jì)算系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，與各級醫(yī)院和急救中心以及個人用戶應(yīng)用連接十分便利，實(shí)現(xiàn)資源共享，有利于大急診急救體系低成本建設(shè)擴(kuò)展。

本文重點(diǎn)關(guān)注院前FMC時間和FMC空間位置分布數(shù)據(jù)疊加，通過對這些數(shù)據(jù)的觀察，實(shí)現(xiàn)對院前急救空間數(shù)據(jù)特征進(jìn)行研究的目的。

2院前急救FMC熱域色譜圖分析

基于急救車智能化輕改造并聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算應(yīng)用，通過FMC空間數(shù)據(jù)分布積累，可實(shí)現(xiàn)基于電子地理信息系統(tǒng)GIS的FMC熱域色譜圖。圖3所示為深圳寶安區(qū)人民醫(yī)院急診醫(yī)學(xué)部院前科急救出車數(shù)據(jù)熱域色譜圖。

從圖3院前FMC熱域色譜圖上看，寶安醫(yī)院急救熱域集中偏重在第二、三象限。

圖4所示是另一急救單位連續(xù)兩個月時間段急救FMC熱域色譜分布圖,很明顯這家單位院前急救熱域則較為偏重集中于第一象限。

從以上觀察可知，F(xiàn)MC急救熱域分布并不是均勻的，一個地域的院前急救需求隨這個地域的社會屬性分布不同而不同，具有冷熱不均的區(qū)域特征，圖5是基于熱域圖上的區(qū)域網(wǎng)格化示意圖，很明顯，每個網(wǎng)格內(nèi)的急救冷熱程度差距明顯。

可以借助于精準(zhǔn)醫(yī)療的“基因組學(xué)”數(shù)據(jù)概念來解釋這一現(xiàn)象。組學(xué)數(shù)據(jù)概念在院前急救空間數(shù)據(jù)的研究中轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘袇^(qū)域功能和人口分布特征，也就是說區(qū)域功能（行政功能、產(chǎn)業(yè)功能等）及人口分布與其對應(yīng)的院前急救資源需求是不同的，由此而產(chǎn)生出急救熱域色譜分布的非均勻特征，即不同區(qū)域具有不同的宏觀“習(xí)慣”行為，從而形成一個城市獨(dú)特的院前個性化宏觀“組學(xué)基因”數(shù)據(jù)特征[9-10]。

綜上分析，可以得出院前急救小樣本研究的3個數(shù)據(jù)特征如下：

(1)非均勻性特征：一定范圍內(nèi)院前急救是空間非均勻分布過程；

(2)相對穩(wěn)定特征：院前急救在某些區(qū)域的發(fā)生概率是相對穩(wěn)定的。這個現(xiàn)象將為定量分析區(qū)域急救需求提供數(shù)據(jù)依據(jù)；

(3)個體差異特征：不同醫(yī)院（站點(diǎn)）其熱域分布是不相同的。

上述3個特征為今后重新認(rèn)識院前急救、更準(zhǔn)確地把握院前急救決策模式提供了一定的基礎(chǔ)素材，同時也提出了一個對于院前急救觀察的全新角度。本文重點(diǎn)將對非均勻相對穩(wěn)定特征的應(yīng)用舉例描述。

在圖3中還發(fā)現(xiàn)，箭頭所指圈出區(qū)域是針對寶安公園發(fā)生的急救FMC現(xiàn)場點(diǎn)，它們有序地分布在公園門口區(qū)域，這一現(xiàn)象提醒人們公共場合急救資源投放(如AED設(shè)備的設(shè)置)應(yīng)當(dāng)盡可能重點(diǎn)布置于類似大門口等特別顯著的公共區(qū)域，如圖6所示，而不應(yīng)均勻分布于公共場合內(nèi)。

3院前急救非均勻相對穩(wěn)定模型應(yīng)用研究

按區(qū)域均勻分布院前急救資源是院前工作習(xí)慣為常的常規(guī)決策方法，包括急救站點(diǎn)的均勻分布、急救車輛和人員及物資分配等。然而實(shí)際情況是“平均”的院前工作決策模式常常使得院前急救資源處于“供不應(yīng)求”或者“供大于求”的尷尬境地，在這種情況下不斷加大投入實(shí)際上是很難解決這個問題的，甚至相反會帶來更大的浪費(fèi)。這就提出了差異化院前急救模式問題，以及解決差異化問題的方法。

院前非均勻相對穩(wěn)定分布特征給考慮差異化院前急救問題提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使得可以根據(jù)區(qū)域分布的冷熱差異化狀況區(qū)別對待，即根據(jù)不同區(qū)域的不同“熱量”定量計(jì)算各區(qū)域急救需求“強(qiáng)度”。同時，也可以定量分析各急救需求區(qū)域“重心”點(diǎn)，量化區(qū)域院前急救的“需求分布”。下面以兩例具體應(yīng)用說明院前急救數(shù)據(jù)特征的實(shí)際用途。

(1)高效建立寶安區(qū)網(wǎng)格化初級救護(hù)員隊(duì)伍

為了實(shí)現(xiàn)對危急重癥患者(如心搏驟?；颊?提供早期心肺復(fù)蘇，深圳市寶安區(qū)開始籌建一支具有初級救護(hù)技能的社會隊(duì)伍，這支隊(duì)伍以現(xiàn)有網(wǎng)格化區(qū)域管理員為基礎(chǔ)，通過展開心肺復(fù)蘇技能培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)在寶安區(qū)內(nèi)初級救護(hù)員隊(duì)伍的覆蓋。這里的問題是如何高效快速地建立起這支隊(duì)伍，使之發(fā)揮應(yīng)有的作用。如果按照原有均勻網(wǎng)格分布模型方法從上至下、從左至右地展開培訓(xùn)工作，可想而知，這樣做的結(jié)果是投入較大的工作量卻只能取得一個低速、低效率的推進(jìn)結(jié)果，事倍功半。

這里應(yīng)用區(qū)域內(nèi)非均勻相對穩(wěn)定模型來快速解決覆蓋問題則能起到立竿見影的效果。以寶安醫(yī)院院前熱域圖為例，如圖7所示，如果優(yōu)先對熱域網(wǎng)格人員組織培訓(xùn)，則可在相對短時間內(nèi)達(dá)到快速覆蓋區(qū)域急救需求80%以上區(qū)域，見圖7粗線網(wǎng)格域。因此，這樣基于空間大數(shù)據(jù)決策的工作方法，其工作效率將大大提高，事半功倍！

(2)最優(yōu)急救醫(yī)院站點(diǎn)部署規(guī)劃

這里僅從最優(yōu)化的角度觀察區(qū)域急救需求與急救資源的匹配關(guān)系。如圖8所示，首先將急救熱域區(qū)塊化，以區(qū)塊重心點(diǎn)為中心即可得如圖9所示院前非均勻模型，圖中Sj(j=1，2，…，10)代表急救熱域區(qū)塊中心點(diǎn)。圖10是該區(qū)域內(nèi)所有醫(yī)院相對于急救熱域的空間分布狀況，hi(i=1，2，…，12)表示急救區(qū)域內(nèi)分布的醫(yī)院站點(diǎn)，顯示出院前急救需求與供給對應(yīng)關(guān)系。

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效率供給覆蓋，即如何使用最少醫(yī)院站點(diǎn)滿足急救覆蓋需求。這里設(shè)1-0變量xij=[1，0](當(dāng)hi承擔(dān)Sj區(qū)域急救時為1，反之為0)，則按圖10供給系統(tǒng)總體最小距離成本Z的數(shù)學(xué)模型為：

式中，i=1，…，12；j=1，…，10；Cij為醫(yī)院相對急救點(diǎn)分布距離值。

這里不對式(1)具體求解過程進(jìn)行繁瑣描述，僅給出依據(jù)圖10系統(tǒng)問題在最短總距離原則下最優(yōu)規(guī)劃醫(yī)院站點(diǎn)分布解為H=[h2，h5，h6，h11]，見圖11。由圖11可知，在圖10中的12家醫(yī)院中選取如圖11的4家醫(yī)院即可實(shí)現(xiàn)圖8區(qū)域的急救需求覆蓋。根據(jù)每個點(diǎn)Sj的“熱量”可以進(jìn)一步給出各家醫(yī)院所應(yīng)承擔(dān)的任務(wù)量，根據(jù)任務(wù)量又可以定量計(jì)劃具體裝備車輛、具體設(shè)備及藥品量分配[9-10]。上述這一優(yōu)化計(jì)算過程簡要說明了基于院前非均勻相對穩(wěn)定特征模型的最優(yōu)急救醫(yī)療資源的規(guī)劃匹配計(jì)算。值得注意的是，從目前我國急診學(xué)科建設(shè)的角度看，將有限的資源集中在幾個重點(diǎn)醫(yī)院部門更有利于突出樣板建設(shè)效果，以點(diǎn)帶面推動整個地區(qū)急救急診水平發(fā)展。將規(guī)劃數(shù)學(xué)方法應(yīng)用于差異化院前急救可以形成一套新的院前急救方法論體系，從而促進(jìn)大急診急救理論體系進(jìn)步發(fā)展。

需要說明的是，根據(jù)圖5觀察的院前色譜云圖其邊緣分布實(shí)際在一段時期會發(fā)生改變，因此最優(yōu)院前資源分配決策也需要對應(yīng)隨之而變，差異化院前急救模式是需求與供給優(yōu)化匹配的動態(tài)過程，也是計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)不斷迭代計(jì)算的輔助決策過程。

4結(jié)論

本文針對深圳寶安人民醫(yī)院院前模型在差異化院前急救方面進(jìn)行了研究探討，拋磚引玉，不足之處在所難免。正如大家所知，“院前”是一個復(fù)雜領(lǐng)域，還需要更多深入工作，發(fā)現(xiàn)其規(guī)律，為實(shí)際工作提供更多理論依據(jù)。期待與急診急救廣大同仁展開更多合作，推動我國院前工作進(jìn)一步提高發(fā)展。