醫院內配置公共自動體外除顫儀的研究

陳永娟，李啟東，李格麗

1.東莞臺心醫院 設備科，廣東 東莞 523000；2.佛山市禪城區中心醫院 設備科，廣東 佛山 528000；3.深圳市薩米醫療中心 護理部，廣東 深圳 518000

引言

自動體外除顫儀（Automated External Defibrillator，AED）作為一種通過電擊來搶救和治療致命性心律失常的便攜式設備，已被大量的臨床研究證實其安全和有效性，但建立一個高效、合理的公共除顫項目仍在探索中[1]。

本文論述內容涵蓋醫院內門診區域及公共區域自動體外除顫儀配置的主要程序。首先，從宏觀及客觀角度分析了院內公共區域配置AED的必要性；其次，從采購角度，在論證討論AED選擇階段引入了統籌學的層次分析法，各專家及相關人員通過對指標間兩兩比較，得出成對比較矩陣，然后計算權向量并作一致性檢驗，最終選擇飛利浦HeartStart FRx自動體外除顫儀）在AED選擇中的權重超過1/2，應作為第一選擇品牌；接著，在AED放置地點的選擇中，使用圖論得出簡化路圖，并結合Floyd算法對AED的位置選擇進行建模分析，整個建模結果可靠；同時，結合醫院的實際情況進行整改，確定了全院公共區域和門診范圍內一共配置4臺便攜式AED，能確保在3 min內取得AED并使用，有效保證了心臟驟停病人的安全，該模型為AED的地點設置提供了有效的依據；最后，根據現有情況制定了AED的管理辦法。

本文通過層次分析法及圖論的觀點建立數學模型，使整個院內門診區域及公共區域自動體外除顫儀的配置程序更加系統化，更有說服力，也能更好地發揮自動體外除顫儀在院內應急狀況中的作用，以下將做詳細論述。

1 醫院內配置公共自動體外除顫儀意義

1.1 宏觀要求

隨著中國居民老年化進程的加快[2]，亞健康問題的增加[3]，健康問題備受關注，其中，我國心血管病（Cardiovascular Disease，CVD）患病率及死亡率仍處于上升階段，CVD死亡占居民疾病死亡構成40%以上，居首位，高于腫瘤及其他基本，中國CVD日漸嚴重，已成為重大的公共衛生問題[4]；心臟驟停又是心血管疾病死亡的主要表現，據統計心臟驟停（Cardiac Arrest，CA）是導致居民死亡的主要原因之一，截至2011年，美國每年有36萬人反生CA，中國則超過50萬人[5]。而導致心臟驟停的病理生理機制最常見是心室顫動，而早期使用電擊除顫是治療室顫的有效手段，《國際心肺復蘇和心血管急救指南》近年來也一直強調“生存鏈”對于CA患者存活的重要性，并于2015年更新時將其拆分為院內和院外兩條生存鏈[7]。盡管近年來生命復蘇科學取得了巨大的進步，但是基礎生命支持（Basic Life Support，BLS）仍是影響患者預后的關鍵。《2015年美國心臟協會心肺復蘇及心血管急救指南更新》中，關于先給與心臟驟停者電擊還是先進行心肺復蘇給與了更新，當可以馬上取得AED時，應盡快使用AED；當不能馬上取得AED時，應在他人前往獲取并準備AED時開始心肺復蘇，應在AED可供使用后盡快使用并嘗試進行除顫，而醫院內是病患密集區域，發生CA的潛在可能性較大。由于心臟驟停發生4～6 min腦細胞即發生不可逆損傷，所以將心臟驟停后的4 min作為心肺復蘇的“黃金時間”，能在最短時間內獲取并使用AED，能提高除顫成功率及患者復蘇率[8-9]，所以醫院內部在公共區域配備AED是必要的。

1.2 醫院發展要求

作為一家以JCI標準運行的醫院，本院嚴格執行JCI各項標準，其中 Care of Patients（COP）章節提出，復蘇服務里“COP.3.2 Resuscitation services are available throughout the hospital.”[10]，即全院范圍內都能隨時獲得復蘇服務，能否達到該要求，衡量要素有：① 全院內所有患者24 h內隨時獲得復蘇服務；② 用于復蘇的醫療設備及用于基本和高級的生命支持藥物是標準化的；③ 在院內所有區域，發現心臟驟停或呼吸停止后，立即提供BLS，并在5 min內提供高級生命支持。基于以上要素，院內配置自動體外除顫儀刻不容緩。但由于患者或公眾對自動體外除顫的認識較低，所以一個高效、合理的公共除顫項目是非常必須的，且配置AED后需要定期對院內人員進行基礎生命支持BLA的培訓[11]，使病人的安全得到很好的保障。

因此，醫院為提高醫療質量與患者安全，本院于2015年開始在公共區域設置自動體外除顫儀。

2 設備的品牌要求選擇

市場上AED的品牌及型號較多，招標談判中必須對設備進行比較選擇。經過采購前與臨床科室進行研究討論，所選擇的AED必須是能應對苛刻環境的；是能快速給予有效除顫治療的；操作應用簡單的；電池性能好的；設備自檢功能較為全面，能有效輔助管理人員進行工作的。因此根據這些要求設定相關項目對AED進行評判[12]。具體參數如下：

（1）物理規格、性能：整機體重（含電池）≤2.8 kg（重量）；應能承受在任何角度由1.5 m高度跌落后仍完好無損（耐摔）；具有IP55的防塵防水設備（防水）；最高工作環境溫度不低于50℃（耐高溫）。

（2）除顫性能：除顫波形參數可根據病人阻抗自動補償（阻抗自動補償）；充電至200 J時間不超過7 s（充能時間）；同步放電延時小于60 ms （同步延時）；采用雙相波技術，雙相指數截斷（BTE）波形（除顫波形）。

（3）操作性能：具有電極片粘貼方式示意圖，電極片粘貼位置動畫提示（電極片提示）；具有充放電語音提示（充放電提示）。

（4）電池性能：至少可支持300次200 J除顫治療（200 J治療次數）；可檢測電池低電量并給出報警提示，低電量報警后至少還可以支持10次200 J除顫充放電（低電報警后，200 J治療次數）。

（5）設備自檢：具有開機自檢、每天自檢、每月自檢功能，具有自檢結果顯示功能，提供設備狀態指示燈：根據自檢結果，紅燈、綠燈彩色顯示設備狀態（自檢結果顯示）。

從而可看出，一共有五大項，13小項，要從13小項中找出最合適亦即得分最高的設備，計算量較為繁重，也可看出，各項目的比重是不同的，但項目的權重并沒有指南提出。所以得出各項目的權重進行選擇是現階段所必須的，本文依據統籌學中的層次分析法[13]對權重進行分析計算，最后得出最適合本院的便攜式AED。

2.1 建立層次結構模型

運用層次分析法解決AED品牌的選擇問題，層次分析法是將定性與定量結合的系統分析法，將決策問題分為四個層次，通過相互比較確定各準則對于目標的權重，子準則層對準則層的權重及各方案對于每一個準則的權重，綜合以上各權重最終確定方案層對目標層的權重，然后給出進行綜合計算方法。層次結構圖，見圖1。

圖1 選擇AED的層次結構圖

2.2 構造成對比較矩陣

為計算項目中各層對于上層的權重，通過與臨床多方討論及專家咨詢，根據表1，對各指標進行兩兩比較，構造出成對比較矩陣[14]。

表1 各指標構造判斷矩陣依據表

2.3 計算權向量并做一致性檢驗

對每個成對比較矩陣，計算最大特征根及對應特征向量Wij，利用一致性檢驗指標隨機一致性指標RI和一致性比率做一致性檢驗，特征向量歸一化后為權向量。用MATLAB對矩陣A求解的最大特征根：歸一化后權向量 ：W1=(0.0017, 0.8613, 0.0318,0.0459, 0.0593)T。

為了確定A的不一致程度的容許范圍，引入隨機一致性指標RI[15]，隨機一致性指標RI取值分別為：0、0、0.58、0.9、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45、1.49 和 1.51。

當n=5時，RI=1.12，即A通過一致性驗證W1為其權向量。

上述方法，同理可得其他判斷矩陣的最大特征根、權向量、一致性指標、隨機一致性指標、一致性比率，見表2。

表2 各判斷矩陣一致性驗證表

2.4 方案層對目標層的總排序

對于方案層中的AED1，根據表2可以得出它的組合權重為相應項的乘積之和，即：W1=0.2135。

用同樣的方法可以得到AED2、AED3的權重分別為0.6736、0.1130。

于是，組合權向量 ：W=(0.2135, 0.6736, 0.1130)T。

結果表明方案二，即AED2（飛利浦HeartStart FRx自動體外除顫儀）在AED選擇中的權重超過1/2，遠大于其余兩種品牌，因此在評標中應作為第一選擇品牌考慮。

3 公共AED放置地點的選擇

由于便攜式AED的選址問題是一個重要的長期決策，它的好壞直接影響到醫療服務方法及醫療服務質量，所以AED的選址問題的研究有著重大的意義，圖2為簡化圖型，假設任何兩個科室之間是相通的，只是有些科室有道路直接相通，有些科室是通過其他科室聯系在一起[16]。為討論方便，以下僅討論需要配置便攜式AED的區域，下表已將相應科室及一些人流密度較大的公共區域標記為A～Z，A1，B1，C1，AA，BB，CC，DD，EE以及FF。各科室及公共區域對應日平均人口流動如表3。

圖2 各科室及公共區域的道路連接圖

表3 各科室及公共區域對應日平均人口流動量

3.1 求最短路徑

該問題需要求出兩地點間距離矩陣D。最短路徑算法要由Floyd算法[17]實現，最后獲得由任意兩地點間距離矩陣D和對應的最短路徑。算法原理如下。

利用地點間道路信息，構造鄰接矩陣L。若地點i和j間無直接連通的道路，則令(i,j)元素aij為正無窮大；否則aij(i=1, 2, …,n;j=1, 2, …, n)為i和j直接連通的道路長度。

科室道路信息可知n是35，根據科室間道路信息表可得出鄰接矩陣L。根據表3得出人流量統計圖，見圖3。

圖3 各區域人流量統計圖

從圖3與表3可得，區域AA、CC人流量最多，很可能是AED的設置點，而N、DD的人流量相近，DD實際上是屬于第三層，N與CC屬于同一層，所以DD也有可能是AED的設置點。以下通過建立模型驗證[18]。

3.2 模型的建立

該模型首先使用Floyd算法計算科室區域間的最短路徑矩陣，然后用0～1規劃的窮舉法模型目標函數的最優解[19]。

3.2.1 目標函數確定

為使患者及相關醫護人員在發生緊急事件時到AED設置點的平均路線最小，只要滿足區域的人到該AED設置點的平均路徑最小，因此只需要求出所有人到離區域最近的AED設置點的總路程最小，然后除以各區域所有人流量。即：

3.2.2 約束條件建立

（2）若Pi=0表示不在區域i設置AED存放點，Pi=1表示在區域i設置存放點，即約束條件其中N表示一共設置的AED存放點。由最短距離矩陣R得出兩點間最短距離的最大距離為188 m，相關人員在3分鐘內來回取得AED，假設人的平均跑速為5 m/s，則人的最大行程L=5×1.5×60 m=450 m＞188 m,即任何兩點間距離都滿足要求，但考慮到醫院內環境復雜，將在每層預設置AED存放點，即N=3。

（3）只有在區域i設置存放點，區域j的人才可以去i取AED，因此有，即有約束條件

以上總結得出最優化模型的目標函數：

約束條件：

3.3 求解結果

該模型屬于線性規劃模型，采用MATLAB[20]和LINGO程序[21]求解，用實現0～1規劃法求得繳費點、對應的各覆蓋區域，求得最小距離加權和，并求出其平均距離，其結果，見表4。

表4 AED設置地點模型結果表

最小距離加權和是239543 m，目標函數的最優解，即人與最近的AED設置點之間的平均距離的最小值是24.9862 m。

3.4 結果分析及調整

但是從醫院長遠發展看，區域CC的AED所負責的范圍較大，應該增加一個設置地點作為分擔壓力，而且設置地點的規律性有利于患者及相關人員注意并記住AED的位置，因此在不同樓層的相同地點設置AED地點是必要的，從以上結果可得，即區域AA、CC、DD為不同樓層的相同位置，同理使用MATLAB得出結果，見表5。

表5 AED設置地點調整后模型結果表

最小距離加權和是206358 m，人與最近的AED設置點之間的平均距離的最小值是21.5248 m。該方法運用了圖論的建立尋優模型，建模方法簡單易懂，該模型使用窮舉法，結果可靠，并且采用專業的數學軟件，結果可信度較高。但這模型也是有缺點的，沒有考慮到實際中其他較為復雜的問題，比如心律失常病人的分布狀況沒有對路圖作加權，但圖中區域CC附近就是心內科門診，模型結果剛好解決了問題。從約束條件第二條可知，任意兩區域間最短路徑足以滿足應急事件要求的。所以根據以上得出的結果，確定了便攜式AED的數量及放置地點問題。

4 公共AED日常管理及規范

為確保AED在應用時能發揮其最大的作用，依據國家最新指標[22]，特與臨床科室協商，指定在每臺AED附近的臨床部門負責AED的日常維護，落實心臟除顫儀安全管理的學習，組織員工接受相應操作規程的培訓及考核；每日填寫AED日常維護保養記錄，確保其附件齊全，外觀、外箱完好，功能檢測正常，AED標識完好等，一旦發現異常立即報設備科維修。而設備科則制定AED的安全使用操作規程；制定AED相關指引標識，每三個月對AED開機做相關檢查并維護保養，并記錄存檔；每六個月委托具備相關資質的計量技術機構對AED進行質控計量工作；建立AED設備技術檔案并保存。

5 討論和結論

（1）自動體外除顫儀作為一個應急搶救設備，在致命性心律失常的搶救和治療中發揮重要作用。宏觀上，根據國情及應急指南提出，醫院內配置公共自動體外除顫儀是必要的；客觀上，根據JCI及醫院發展要求，配置公共AED是刻不容緩的。

（2）層次分析法則為研究選擇便攜式AED這類復雜的系統，在醫院設備采購決策中提供了一種創新的、簡潔的、實用的、具有說服力的決策方法，使到所選AED適合醫院需求；但該方法比傳統的總得分比較方法復雜，可以通過編寫建立相關應用程序提高其操作性；該方法還可拓展應用于解決其他由相互關聯、相互制約的眾多因素構成的復雜系統問題。

（3）通過簡化醫院內無配置AED的區域制成賦權連通圖，使患者及相關醫護人員在發生緊急事件時到AED設置點的平均路線最小，其中使用的Floyd算法計算得任意兩點間的最小距離矩陣，得出任何兩點間距離都滿足相關人員在3 min內來回取得AED的要求，并使用數學建模方法得出各AED的負責覆蓋范圍，并根據實際情況進行整改。使用數學建模能使AED的地點選擇問題提供有力的依據，能發揮AED的最大作用，若文中對心律失?；颊弑嚷寿x權到路圖，則得出的結果更具說服力，但實際實況中，文中確定的AED配置地點已經包含有心律失?；颊弑壤畲蟮男膬瓤崎T診區域，因此得出的結果是可靠的；

（4）依據最新國家指標修訂了本院公共自動體外除顫儀的日常管理規范。本文全面地提供了一個高效的、合理的配置院內公共自動體外除顫儀的項目流程，有效提高了醫院的服務質量與醫療質量。