手術(shù)室能力分配與優(yōu)化調(diào)度問題的隨機(jī)規(guī)劃和魯棒優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著生活水平的提高和醫(yī)療保健意識的增強(qiáng)，人們對醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高。手術(shù)部作為醫(yī)院的核心部門，與患者的健康乃至生命息息相關(guān)，其服務(wù)質(zhì)量更是引起了醫(yī)院和患者的高度重視。手術(shù)室是為患者提供手術(shù)及搶救的場所;是整個醫(yī)療環(huán)節(jié)中使用設(shè)備最昂貴，動用人力資源最廣泛，涉及資金最多的醫(yī)療過程。由于其手術(shù)過程的復(fù)雜不可預(yù)測性，手術(shù)室與上下游部門資源的緊密相關(guān)性，手術(shù)室管理成為困擾醫(yī)院管理者的一個重要課題。優(yōu)化分配醫(yī)院有限的手術(shù)資源，優(yōu)化安排患者手術(shù)

2、，盡量縮短患者手術(shù)的等待時間;調(diào)節(jié)醫(yī)生手術(shù)的日工作量，防止其因為過度疲勞而造成的手術(shù)事故;減少影響患者手術(shù)的種種不合理現(xiàn)象的發(fā)生，為患者創(chuàng)造一個良好的就醫(yī)環(huán)境，為醫(yī)院提供一個高效的能力分配與優(yōu)化調(diào)度策略，是本文的出發(fā)點，也是研究的目的。
　　本文以國內(nèi)三級甲等醫(yī)院手術(shù)部運作管理環(huán)境為依托，通過對多家公立及私營醫(yī)院的實地調(diào)研，對手術(shù)室運作流程、能力分配計劃與資源調(diào)度過程進(jìn)行了調(diào)查研究。通過分析手術(shù)室運作流程的特點以及實際服務(wù)管理中存

3、在的問題，在綜述國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用優(yōu)化調(diào)度和服務(wù)運作管理的相關(guān)理論知識，建立了手術(shù)室能力分配與優(yōu)化調(diào)度的體系架構(gòu)，研究了把有限的手術(shù)室資源分配給不同科室、醫(yī)生使用，為不同的患者提供服務(wù)，盡可能的達(dá)到高效利用手術(shù)資源，節(jié)約運營成本，提高工作效率，為患者提供滿意服務(wù)等目標(biāo)的決策過程。本文采用整數(shù)規(guī)劃、隨機(jī)規(guī)劃和魯棒優(yōu)化的建模與模型處理技術(shù)、通過開發(fā)精確算法與亞啟發(fā)式算法，對手術(shù)室能力分配與運作管理問題開展了系統(tǒng)的研究，主要研究

4、工作概述如下。
　　(1)針對多科室共用手術(shù)室資源的情況，研究了醫(yī)院多科室間的手術(shù)室能力分配問題。由于急診患者的突然到達(dá)和患者病情的復(fù)雜多變性，未來一段時間的患者需求是無法準(zhǔn)確預(yù)知的，為增強(qiáng)手術(shù)室能力分配方案的魯棒性，將患者需求表示為有界區(qū)間，引入魯棒控制參數(shù)調(diào)整患者需求在不確定集合中的取值，以手術(shù)能力分配不足引發(fā)的收益損失最小為目標(biāo)，建立了多科室手術(shù)能力分配問題的魯棒優(yōu)化模型。使用切平面算法求解該問題。為說明方法的有效性，將魯棒

5、優(yōu)化方法與基于情景的隨機(jī)規(guī)劃方法進(jìn)行比較，大量的數(shù)值實驗說明了魯棒優(yōu)化方法在限制最差解發(fā)生上具有明顯的優(yōu)勢;分析了魯棒控制參數(shù)對院方收益的影響。
　　(2)圍繞不確定服務(wù)時間下的醫(yī)院手術(shù)調(diào)度問題展開研究，開發(fā)了求解該問題的魯棒優(yōu)化方法。手術(shù)服務(wù)時間受患者身體狀況，醫(yī)生技術(shù)水平等因素影響，具有不確定性。如何有效地調(diào)度患者手術(shù)成為醫(yī)院管理的一大挑戰(zhàn)。將患者的手術(shù)服務(wù)時間表示為可調(diào)整的區(qū)間集合，在考慮患者最遲手術(shù)日期限制的情況下，建立了

6、手術(shù)調(diào)度問題的兩階段魯棒優(yōu)化模型。模型以最大化最差收益為目標(biāo)，決策患者的手術(shù)時間及地點。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)將魯棒優(yōu)化模型線性化，使用優(yōu)化軟件CPLEX求解該模型。數(shù)值實驗結(jié)果表明，將魯棒優(yōu)化運用于手術(shù)調(diào)度問題，能夠減小服務(wù)時間不確定性給醫(yī)院效益帶來的影響.同時，考慮最遲手術(shù)日期會降低醫(yī)院收益，最大降幅達(dá)10.7％.
　　(3)圍繞考慮手術(shù)停臺現(xiàn)象的手術(shù)室調(diào)度問題展開研究。對醫(yī)院手術(shù)停臺進(jìn)行建模，在限定醫(yī)院手術(shù)停臺率的情況下，以手術(shù)室運作

7、成本最低為目標(biāo)，建立了手術(shù)室調(diào)度問題的隨機(jī)規(guī)劃模型。理論推導(dǎo)了手術(shù)室最優(yōu)開放數(shù)量的上下界和手術(shù)室最大利用率表達(dá)式。使用蒙特卡羅近似方法，將隨機(jī)規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為確定性模型。數(shù)值實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提高限定的手術(shù)停臺率，手術(shù)室利用率提高，運作成本降低，但相應(yīng)的也會帶來患者的不滿。開發(fā)了基于列生成的啟發(fā)式算法求解該手術(shù)調(diào)度問題，實驗結(jié)果表明，算法在求解小規(guī)模問題時，得到解的質(zhì)量和CPLEX一樣好;針對CPLEX無法在有效時間內(nèi)找到解的大規(guī)模問題，算法

8、求得的解與問題線性松弛得到的下界距離小于5％。
　　(4)圍繞考慮患者偏好的聯(lián)合醫(yī)生排班與手術(shù)室調(diào)度問題展開研究。以為高端客戶提供醫(yī)療服務(wù)的私立醫(yī)院為背景，在考慮患者對手術(shù)時間和主治醫(yī)生偏好的情況下，提出了患者偏好驅(qū)動的聯(lián)合醫(yī)生排班和手術(shù)調(diào)度策略。以最小化醫(yī)生工作成本為目標(biāo)，建立了問題的隨機(jī)規(guī)劃模型，開發(fā)了基于列生成的偏好算法，算法求得解距離問題的線性松弛下界小于2％;提出了算法的加速策略，并分析了考慮患者偏好對手術(shù)室調(diào)度費用的影