手術(shù)室運(yùn)營管理中手術(shù)排程研究進(jìn)展

楊紅梅，林艷，劉佩珍，春曉，錢慧玲

（廣州市婦女兒童醫(yī)療中心a.手術(shù)室；b.護(hù)理部；c.PICU，廣東 廣州 510623）

手術(shù)室高效運(yùn)行的潛力挖掘是醫(yī)院管理的焦點，有些醫(yī)院手術(shù)室收入甚至占到了全院收入的48%，而每分鐘的支出達(dá)30～100美元[1-2]，手術(shù)室使用等變動成本占總成本比例達(dá)55%。近年來，機(jī)器人輔助外科手術(shù)已經(jīng)開始大力開展中，手術(shù)室成本也隨之增加，因此確保手術(shù)室資源使用的最優(yōu)化至關(guān)重要[3-6]。手術(shù)排程問題的研究主要是探討手術(shù)室管理人員使用多維不確定性資源，使其達(dá)到最大手術(shù)室產(chǎn)出率的能力。手術(shù)室具有急診患者隨機(jī)到達(dá)、人力資源不確定性、手術(shù)時長不確定性及手術(shù)相關(guān)設(shè)備資源不確定性等特點[7]，在手術(shù)排程問題中，尋求最優(yōu)的開啟手術(shù)室數(shù)量以降低手術(shù)成本，尋求最優(yōu)的手術(shù)順序以降低患者的等待時間和醫(yī)生的加班時間，從而提高患者、醫(yī)生和醫(yī)院三方的滿意度，進(jìn)而提高手術(shù)室的利用效率，已成為醫(yī)院提高其經(jīng)濟(jì)和社會效益亟待解決的問題。

1 手術(shù)排程概述

1.1 手術(shù)室資源利用現(xiàn)狀 手術(shù)室是醫(yī)院所有公共平臺中投入最大、調(diào)度最復(fù)雜、涉及人員最多和業(yè)務(wù)不確定性最高的平臺資源。優(yōu)化手術(shù)室資源運(yùn)營效率，不僅可以節(jié)省許多隱形的成本支出，還能提高住院患者手術(shù)服務(wù)人次。目前，臨床科室在使用手術(shù)間的時候，可能因為慣例、方便程度、資源條件而未考慮整體手術(shù)室的效率。研究顯示：目前存在手術(shù)間利用不均衡、手術(shù)室人員加班嚴(yán)重、專業(yè)匹配度低等手術(shù)室資源利用率不高的現(xiàn)象，如某家醫(yī)院周一的手術(shù)室利用時間為470 min，而周五的利用時間僅為300 min[8]；另外，在醫(yī)院手術(shù)排程過程中，由于患者病情、手術(shù)醫(yī)生水平、外科手術(shù)團(tuán)隊的配合度以及手術(shù)過程中各環(huán)節(jié)的銜接差異等，導(dǎo)致了預(yù)期手術(shù)時長與實際手術(shù)時長的差異較大。Wu等[9]研究顯示：外科醫(yī)生每臺高估了18 min的手術(shù)時長，將造成手術(shù)室工作人員加班18 min，如果這家醫(yī)院每年進(jìn)行2 539例手術(shù)，那么1年內(nèi)該醫(yī)院手術(shù)室工作人員將加班1周來完成該工作。因此，針對醫(yī)院手術(shù)室的最大手術(shù)能力及各外科亞專科待安排的手術(shù)集合，開展最大手術(shù)室手術(shù)量的手術(shù)排程問題研究勢在必行；針對手術(shù)室1個工作日內(nèi)多個手術(shù)間待安排的手術(shù)集合，開展最小化手術(shù)室完工時間的手術(shù)排程問題研究迫在眉睫。

1.2 手術(shù)排程的定義 手術(shù)室資源能夠得到有效利用的最直接、最有效的方式就是實現(xiàn)合理有效的手術(shù)排程，手術(shù)排程可從決策級別和排程周期進(jìn)行分類[10-11]。（1）手術(shù)排程按決策級別分為：戰(zhàn)略層級、戰(zhàn)術(shù)層級和操作層級。戰(zhàn)略層級的排程是把醫(yī)學(xué)專業(yè)和整個部門放在一起考慮，戰(zhàn)術(shù)層級指對某專科的手術(shù)資源進(jìn)行安排以平衡各手術(shù)間的利用率，操作層級指根據(jù)患者的類型進(jìn)行手術(shù)排序的過程[12]。（2）手術(shù)排程按排程周期分為：提前排程和分配排程，提前排程是確定某個患者的手術(shù)日期的過程，分配排程指在既定日期下確定手術(shù)間、手術(shù)開始時間及手術(shù)順序的過程。外科手術(shù)是1項知識密集型高風(fēng)險的專業(yè)服務(wù)且每個外科醫(yī)生都有自己獨(dú)特的手術(shù)手法，為了滿足患者可以根據(jù)病情危重程度及個性化的需求靈活安排手術(shù)的意愿，患者的手術(shù)日期由接診外科醫(yī)生根據(jù)患者的疾病嚴(yán)重程度及所屬專科資源情況綜合確定，而患者的手術(shù)時間點則由所在手術(shù)室的資源情況綜合確定。

2 手術(shù)排程方法的研究現(xiàn)狀

2.1 在運(yùn)籌管理學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀 近年來，在運(yùn)籌管理學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者把手術(shù)排程問題表述為：具有可變?nèi)蝿?wù)持續(xù)時間的多機(jī)車間排程模型問題進(jìn)行研究，并且在模型構(gòu)建及求解算法的優(yōu)化方面取得了突破性的進(jìn)展。該領(lǐng)域的研究模式通常為根據(jù)研究目標(biāo)設(shè)立約束條件及數(shù)學(xué)模型，然后采用1種算法去求最優(yōu)解，再采用模擬法或者數(shù)據(jù)仿真驗證模型的有效性[12]。目前，通常采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法（mathematical programming）、模擬法（simulation）、啟發(fā)式算法（heuristic procedure）和統(tǒng)計分析法 （analytical and statistical method）等方法解決手術(shù)排程問題[12]。這些研究往往只考慮1個或者2個資源的約束下進(jìn)行模型構(gòu)建，而醫(yī)院運(yùn)營管理過程中的手術(shù)排程，則需要在多維不確定性資源的約束下進(jìn)行，因此該領(lǐng)域的研究成果與實際應(yīng)用之間存在著巨大的鴻溝。

2.2 在醫(yī)藥衛(wèi)生管理領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀 目前，醫(yī)院手術(shù)室運(yùn)營管理模式為以醫(yī)院為單位的分散管理為主，參照標(biāo)桿醫(yī)院的管理經(jīng)驗施行經(jīng)驗式管理。該領(lǐng)域的學(xué)者針對首臺開臺準(zhǔn)時率、手術(shù)銜接時長、手術(shù)間利用率、手術(shù)室工作人員工作時長等問題，采用了流程再造[5]、六西格瑪管理模式[13]、PDCA等方法對手術(shù)運(yùn)作流程中出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化管理[14-20]。研究顯示[13]：實施從流程、培訓(xùn)、績效、信息管控等4方面制定出的多部門聯(lián)合協(xié)作成本管控方法后，可將平均手術(shù)銜接時長由38 min縮短至27 min，平均手術(shù)時長由3.01 h縮短至2.56 h，手術(shù)間手術(shù)利用率提高了22%。針對某大型綜合性的三級甲等醫(yī)院2016年出現(xiàn)的日間手術(shù)患者入院扎堆現(xiàn)象，病例資料填寫復(fù)雜，患者不熟悉就醫(yī)流程及環(huán)境，宣教不規(guī)范和手術(shù)臺次未做合理安排等問題。王婷婷[15]運(yùn)用六西格瑪經(jīng)典模型，通過定義、測量、分析、改進(jìn)、控制5個步驟對某院日間手術(shù)住院流程中主要問題進(jìn)行梳理分析，最終患者住院時間從958.94 min下降到681.72 min；住院流程中耗時最長的患者等待手術(shù)環(huán)節(jié)以及術(shù)后回復(fù)環(huán)節(jié)所需時間分別167.52 min、587.82 min下降至123.10 min、372.84 min；患者的平均住院日從4.19 d下降至3.38 d；平均住院費(fèi)用從6 796元減少至4 715元；患者滿意度從14%增加至82%。

同時，隨著現(xiàn)代化儀器設(shè)備不斷引入手術(shù)室，高值耗材系統(tǒng)、移動護(hù)理系統(tǒng)、手術(shù)麻醉系統(tǒng)等信息化管理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于手術(shù)室運(yùn)營管理中[15]，在智能系統(tǒng)輔助下的手術(shù)排程取得了較好的效果，但是目前各個系統(tǒng)處于獨(dú)立運(yùn)行階段[21]，各醫(yī)院的手術(shù)排程基本處于在智能系統(tǒng)的輔助下進(jìn)行人工排程階段，未來需要在更高層次上實現(xiàn)信息融合以便讓各種醫(yī)療資源協(xié)作，建立實時動態(tài)可視化的手術(shù)排程系統(tǒng)，最終提高手術(shù)室資源的有效利用率。

3 手術(shù)排程的影響因素

3.1 手術(shù)時長的不確定性是手術(shù)排程眾多影響因素中最關(guān)鍵的因素 手術(shù)排程決策涉及到醫(yī)院多部門多資源的影響，具有急診患者隨機(jī)到達(dá)性、手術(shù)時長不確定性、人力資源不確定性、上下游資源不確定性、設(shè)備資源不確定性等特點[21]。因此，在手術(shù)排程過程中不僅要考慮到手術(shù)團(tuán)隊實施人員的可用性和執(zhí)行每個手術(shù)所需的物力資源（儀器設(shè)備、耗材），還要考慮手術(shù)室上游資源（門診、病房）和下游資源（PACU和ICU），另外每天隨時可能到達(dá)需要立即進(jìn)行的急診手術(shù)也需要一并綜合考慮，以此來提高他們的綜合性能[1,22-23]。手術(shù)時長的不確定性是上述多維不確定性因素綜合作用后的具體體現(xiàn)。2019年Varmazyar等[1,22-23]提出手術(shù)排程問題可以轉(zhuǎn)化為手術(shù)時長、外科手術(shù)時間、周轉(zhuǎn)時間和預(yù)期完成時間4部分的時間安排問題，手術(shù)時長的準(zhǔn)確預(yù)測是優(yōu)化手術(shù)排程的前提[24-26]。

3.2 手術(shù)時長的影響因素 實際手術(shù)完成時間不是固定不變的，它依賴于外科手術(shù)時間、手術(shù)順序和各醫(yī)院控制參數(shù)的共同影響。手術(shù)時長根據(jù)外科手術(shù)流程由患者入手術(shù)間至麻醉開始、麻醉開始至外科切皮開始、外科切皮開始至外科醫(yī)生縫皮結(jié)束、外科醫(yī)生縫皮結(jié)束至患者出手術(shù)間4個時間段組成。手術(shù)準(zhǔn)備時間、外科手術(shù)時間和周轉(zhuǎn)時間均受到惡化效應(yīng)的影響，即當(dāng)手術(shù)開始時間、手術(shù)準(zhǔn)備時間和周轉(zhuǎn)時間中的任何1個時間被推遲時，手術(shù)室手術(shù)完工時間也將被推遲。手術(shù)時長受患者年齡、手術(shù)難度、外科手術(shù)團(tuán)隊合作度及外科醫(yī)生因素等因素的影響，其中手術(shù)難度及外科醫(yī)生因素是最主要的影響因素。外科醫(yī)生的技術(shù)水平?jīng)Q定著手術(shù)的快慢，而外科醫(yī)生的技術(shù)水平受到學(xué)習(xí)效應(yīng)和截斷效應(yīng)的影響，即技術(shù)水平會隨著年資的增長而增長，但是達(dá)到一定程度后又會趨于穩(wěn)定。另外，每臺手術(shù)的進(jìn)行都需要在保證器械完好的前提下，有外科手術(shù)醫(yī)生、麻醉醫(yī)生、巡回護(hù)士、器械護(hù)士的共同參與，某些手術(shù)甚至還有病理醫(yī)生、內(nèi)科醫(yī)生、B超/MRI醫(yī)生、影像等醫(yī)生參與。這些團(tuán)隊成員在他們各自的專業(yè)領(lǐng)域上都有較高的水平，但是外科手術(shù)的完成效率除了個人能力在很大程度上還依賴于團(tuán)隊合作的力量[25-26]。手術(shù)時長預(yù)測值應(yīng)與實際手術(shù)時長相匹配，當(dāng)實際手術(shù)完成時間大于預(yù)期完成時間時，將導(dǎo)致手術(shù)完成延遲，而手術(shù)完成延遲則影響術(shù)后復(fù)蘇工作的安排；手術(shù)室人員則需要加班來完成當(dāng)日工作；同時，后續(xù)手術(shù)患者將必須在沒有食物和水的情況下，繼續(xù)承受著身體和精神上的壓力等待手術(shù)。因此，手術(shù)時長的準(zhǔn)確預(yù)測至關(guān)重要。

3.3 手術(shù)時長預(yù)測的研究現(xiàn)狀 目前，手術(shù)時長預(yù)測方法主要有：根據(jù)概率分布進(jìn)行參數(shù)擬合、外科醫(yī)生經(jīng)驗估算法、電子病歷歷史平均值法和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測方法。（1）根據(jù)概率分布進(jìn)行參數(shù)擬合。常用的概率分布有Hypergamma分布、Lognormal分布、Gamma分布和Weibull分布等[28-29]。該方法采用概率分布模型擬合手術(shù)時長的經(jīng)驗概率分布，通過最大期望值算法和遺傳算法等算法對擬合模型進(jìn)行參數(shù)估計，以均方根誤差作為擬合效果的衡量指標(biāo)，然而該方法的預(yù)測準(zhǔn)確率尚未見報道。（2）外科醫(yī)生經(jīng)驗估算法。多年來各家醫(yī)院的手術(shù)時長預(yù)測一直依賴于外科醫(yī)生自己提交的手術(shù)持續(xù)時間估計，但是多項研究表明外科醫(yī)生的估算有限[28-29]。醫(yī)院的激勵措施可能會導(dǎo)致外科醫(yī)生低估每臺手術(shù)的時長，從而導(dǎo)致手術(shù)量的增加，進(jìn)而導(dǎo)致醫(yī)護(hù)人員的加班、工作倦怠、手術(shù)取消等現(xiàn)象[25]。某些復(fù)雜手術(shù)術(shù)中具有較高的不確定性也會影響手術(shù)的時長[25]。另外，每臺手術(shù)的進(jìn)行都必須保證有手術(shù)醫(yī)生、麻醉醫(yī)生、巡回護(hù)士、器械護(hù)士及手術(shù)器械的同時參與，外科醫(yī)生很難考慮這些混雜因素的影響[25]。（3）歷史數(shù)據(jù)平均值法。通過利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)來完善和精準(zhǔn)預(yù)測手術(shù)時間，有助于利益相關(guān)方對寶貴的手術(shù)室資源進(jìn)行合理化的配置，最終為更多等待手術(shù)患者提供最佳、最快的醫(yī)療服務(wù)。研究人員從電子病歷中收集數(shù)據(jù)信息，在所采集的數(shù)據(jù)信息中進(jìn)行預(yù)測，但是結(jié)果顯示電子病歷收集的數(shù)據(jù)過于簡單，沒有考慮到其他的一些重要變量[30]。（4）基于大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測法。2019年，Bartek等[25]為每個外科專科和每位手術(shù)醫(yī)生創(chuàng)建了“機(jī)器學(xué)習(xí)模型”預(yù)測手術(shù)時長，共收集了92名外科醫(yī)生4年來（2014年1月—2017年12月）54 102例手術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，他們開發(fā)的基于外科醫(yī)生的機(jī)器學(xué)習(xí)模型能將手術(shù)時長估算的準(zhǔn)確率從32%提高至39%。該項研究通過應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)據(jù)科學(xué)方法和機(jī)器學(xué)習(xí)來理解手術(shù)過程及時間分配，為建設(shè)未來的全信息化AI手術(shù)室奠定了基礎(chǔ)[25]。Bodenstedt等[31]通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，利用內(nèi)鏡視頻流和設(shè)備數(shù)據(jù)的多模態(tài)資料，來預(yù)測腹腔鏡手術(shù)的手術(shù)時長，實現(xiàn)了實時動態(tài)的手術(shù)時長預(yù)測。Meeuwsen等[32]通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，利用40例腹腔鏡子宮切除術(shù)的錄像資料預(yù)測手術(shù)時長，手術(shù)時長預(yù)測準(zhǔn)確率高達(dá)70%。Tuwatananurak等[33]同樣通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來預(yù)測手術(shù)時長，他的預(yù)測模型可以降低70%的預(yù)測不準(zhǔn)確率，提高7 min的預(yù)測誤差。Zhao等[3]通過對比機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測排程與實際的手術(shù)排程的差異，發(fā)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測可以將手術(shù)室的手術(shù)量從148臺增加到219臺，大大增加了手術(shù)室的手術(shù)能力。

4 手術(shù)排程效果的評價指標(biāo)

手術(shù)排程的評價指標(biāo)包括：手術(shù)室最大產(chǎn)出率、手術(shù)間利用率[3]、手術(shù)室人員利用平衡度、完工時間、等待時間、滿意度和住院費(fèi)用等，其中部分評價指標(biāo)之間存在著相互聯(lián)系，可以相互轉(zhuǎn)化。例如：患者的等待時間可轉(zhuǎn)化為患者的住院費(fèi)用，患者等待時間過長則會造成對手術(shù)安排的不滿意。（1）手術(shù)室產(chǎn)出率：手術(shù)室產(chǎn)出率即醫(yī)院運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其優(yōu)化的目標(biāo)為最小化手術(shù)室運(yùn)營成本、最大化院方收益和最小化患者入院治療費(fèi)用。美國愛荷華州立大學(xué)Dexter教授團(tuán)隊[34]的研究成果較顯著，他認(rèn)為手術(shù)室利用率最大化的關(guān)鍵是確定手術(shù)時長及所選手術(shù)的數(shù)量。（2）等待時間：等待時間包括患者等待時間和外科醫(yī)生等待時間2部分，患者等待時間是患者看病選醫(yī)院最關(guān)心的問題，若入院后遲遲安排不上手術(shù)甚至等待手術(shù)安排，則會導(dǎo)致患者不滿。（3）手術(shù)室利用率：手術(shù)室利用率不高意味著接受手術(shù)治療的患者更少，過度使用則會導(dǎo)致手術(shù)取消、人員加班嚴(yán)重、加班費(fèi)增加等不良后果。（4）手術(shù)室人員利用平衡度：白雪等[34]研究顯示，不良的手術(shù)室排程還會降低員工的士氣和患者的滿意度。（5）完工時間：完工時間這個目標(biāo)一般用于手術(shù)室的日調(diào)度問題上，指手術(shù)計劃中最后1例患者完成手術(shù)治療的時間。控制手術(shù)完工時間有助于提高工作效率，避免醫(yī)護(hù)人員不必要的加班情況產(chǎn)生[24,35-36]。1項由2 039所醫(yī)院手術(shù)室參與的調(diào)查顯示我國手術(shù)間數(shù)量與手術(shù)室護(hù)士數(shù)量之比為1∶2[37]。調(diào)查顯示手術(shù)室護(hù)士的1周平均工作時間為45.64 h，護(hù)理人員的工作滿意度與排班滿意度呈負(fù)相關(guān)[38]。

5 展望

手術(shù)排程問題涉及到醫(yī)院多部門多資源的影響，管理手術(shù)室最直接、最有效的方法就是進(jìn)行合理高效的手術(shù)排程。手術(shù)排程旨在以特定的排程法則確定手術(shù)進(jìn)行的時間、地點、匹配手術(shù)配合人員及醫(yī)療設(shè)備資源，最終在人員、時間和空間等約束下提高資源的有效利用率。近年來，臨床亞專科手術(shù)的細(xì)分，以及機(jī)器人、器官移植、介入、微創(chuàng)等手術(shù)的開展，對專科儀器設(shè)備、麻醉醫(yī)生、器械護(hù)士和巡回護(hù)士的配合均提出了更高的要求。護(hù)理管理者應(yīng)關(guān)注人員配合對手術(shù)運(yùn)行的影響并提前做好計劃，不僅要科學(xué)設(shè)置首臺手術(shù)運(yùn)行管控目標(biāo)，更要投入精力進(jìn)行手術(shù)周轉(zhuǎn)的管控，例如設(shè)置麻醉誘導(dǎo)間、恢復(fù)室、優(yōu)化器械配送、標(biāo)準(zhǔn)化手術(shù)間清理流程等。利用信息化手段不僅可以開展日常運(yùn)行與效率監(jiān)測，還可以在制度明確的前提下，解決跨專業(yè)的管理矛盾。其中，通過智能化設(shè)置手術(shù)排序和護(hù)士的崗位條件，可快速將手術(shù)排入手術(shù)間并自動篩選可匹配的護(hù)士，達(dá)到人員與崗位的精準(zhǔn)匹配，大幅度降低排程人員花費(fèi)的時間，減少手術(shù)錯排率和二次手術(shù)調(diào)整率，減少手術(shù)間空置時間，從而能使手術(shù)室更高效地運(yùn)行。