眼科病床的优化安排模型分析 .doc
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1、眼科病床的优化安排模型分析摘 要本文考虑如何对眼科病床合理安排的问题,以床位效率指数为评价模型的指标.在解决题中所提出的五个问题时,建立了三个相应的数学模型,进而运用Lingo、EXCEL等软件进行求解,并对各种数学模型进行了综合分析、改进与评价.对于问题一,通过用归一化的方法确定评价病床安排模型优劣的床位效率指数(见P.4),此指数值越大表明模型的安排越合理.将题目所提供的按照FCFS规则安排病人的数据(见表1)进行处理,提取9月5日到9月11日这段时间内的数据,得到出院病人数,算得此方法安排下的为0.2491.对于问题二,根据医院安排白内障手术在时间上的特殊性,通过划分星期来安排病床.结合
2、病床使用情况拟第二天出院病人数,根据第二天为星期几,可以得出应该安排哪些病人入住具体方案(见表5).再根据此方案中各天安排的病人类型,来提取等待病人中与之相符的人,按照FCFS规则安排入住情况.在用问题一的评价系统评价时,重新按照此模型安排9月5日到9月11日内的病人住院情况,得到出院病人数,算得为0.3256. 由可知我们的模型优于单纯的FCFS安排规则.对于问题三,医院处于运用问题二的模型安排眼科疾病床位这一系统下时,当某一病人来门诊时,我们可以给出他的大体入院时间.为了说明这一点,随机选取某天某病人前来门诊,通过已有数据进行运算得出结果.对于问题四,由于周末不安排手术,如果不调整白内障的
3、手术时间,结合问题二的模型给出新的安排情况(见表7),发现周四周五不接收除外伤以外的病人,而并非每天都有外伤病人就诊,这就有可能出现空床,进而影响病床的利用率.对9月5日到9月11日内的病人住院情况利用此方法重新安排,计算出该情况下床位的效率指数为0.2385,大大降低了,故需要调整.对于问题五,经分析,病床分配好以后,病人再来就诊就会依照同种病人先到先得原则,即在已有的病床上只要有病人出院,就把最早来就诊的病人安排入住此空床.这种安排方法正和多窗口排队服务系统(M/M/C)吻合.再结合题目要求的病人的平逗留时间最短,建立床位分配优化模型(见P.9),用Lingo求解(代码见附录).关键词:归
4、一化;效率指数;M/M/C一、问题重述医院就医排队是大家都非常熟悉的现象,现就某医院眼科病床的合理安排提出问题。该医院眼科门诊每天开放,住院部共有病床79张.该医院眼科手术主要分四大类:白内障、视网膜疾病、青光眼和外伤.附录中给出了2008年7月13日至2008年9月11日这段时间里各类病人的情况.白内障手术较简单,而且没有急症.目前该院是每周一、三做白内障手术,此类病人的术前准备时间只需1、2天.做两只眼的病人比做一只眼的要多一些,大约占到60%.如果要做双眼是周一先做一只,周三再做另一只.外伤疾病通常属于急症,病床有空时立即安排住院,住院后第二天便会安排手术.其他眼科疾病比较复杂,有各种不
5、同情况,但大致住院以后2-3天内就可以接受手术,主要是术后的观察时间较长.这类疾病手术时间可根据需要安排,一般不安排在周一、周三.由于急症数量较少,建模时这些眼科疾病可不考虑急症.该医院眼科手术条件比较充分,在考虑病床安排时可不考虑手术条件的限制,但考虑到手术医生的安排问题,通常情况下白内障手术与其他眼科手术(急症除外)不安排在同一天做.当前该住院部对全体非急症病人是按照FCFS(First come, First serve)规则安排住院,但等待住院病人队列却越来越长,现需我们建立数学模型解决该住院部的病床合理安排问题,以提高对医院资源的有效利用.提出以下几个问题:问题一:确定合理的评价指标
6、体系,用以评价该问题的病床安排模型的优劣.问题二:就该住院部当前的情况,建立合理的病床安排模型,以根据已知的第二天拟出院病人数来确定第二天应该安排哪些病人住院.并对自己给出的模型利用问题一中的指标体系作出评价.问题三:为了让病人尽早知道自己大约何时能住院,建立怎样的模型能根据当时住院病人及等待住院病人的统计情况,在病人门诊时即告知其大致入住时间区间. 问题四:若该住院部周六、周日不安排手术,则重新回答问题二,并确定医院的手术时间安排是否应作出相应调整.问题五:为便于管理,在一般情形下,医院病床安排可采取使各类病人占用病床的比例大致固定的方案,试就此方案,建立使得所有病人在系统内的平均逗留时间(
7、含等待入院及住院时间)最短的病床比例分配模型.二、符号说明-床位的效率指数; -期内床位实际周转次数;-期内床位标准周转次数;-病床使用率;-表示分给各种疾病的病床数;-第个系统中患者的平均到达时间;-第个系统中每张病床的平均利用率;-第个系统平衡后系统中有位患者;-系统状态;-第个系统中有位患者的概率;-各系统中等待人数期望值;-第个正在住院人数的期望值;-每个系统中期望等待入院时间;-每个系统中患者的期望住院时间;-每个系统中病床使用强度;-每个系统中病人的平均住院时间;-所有病人在系统内总的逗留时间.三、模型假设1. 住院的当天算为手术前准备时间;2. 没有特殊规定的情况下,医院每天都安
8、排手术;3. 在同一种疾病的每张病床的利用率是相同的;4. 在同一种疾病的每张床的利用是相互独立的.四、问题分析4.1问题一分析由于安排床位涉及到大的两方面,一方面是患者,一方面是医院.患者希望自己等待的时间越短越好.而医院则是希望工作效率越高越好,反映医院工作效率的主要指标是病床的利用情况,而病床的利用情况与病床的使用率和病床的周转次数有关,把这两个方面结合起来就能正确的分析床位的工作效率,我们采用“归一分析法”将这两方面结合起来,运用数学方法进行处理,得到一个比较科学的反映床位工作的综合性指标,这即能反映医院的工作效率.再用加权方法将这两方面联系起来,得到评价病床安排模型的评价指标体系.4
9、.2问题二分析该医院是每周一、三做白内障手术,病人的术前准备时间为1、2天,而且做两只眼的必须是周一先做一只,周三再做一只.其它除外伤外的疾病一般不会安排在周一和周三,术前准备时间为2、3天.如果按照医院现在这种FCFS规则安排住院,这样就会有可能使患者在医院增加许多等待时间,也会造成一些患者错过治疗时机.这样就需要我们建立一种新的规则来尽量减少这种问题.4.3问题三分析若用第二问我们给出的模型来合理安排病床,可以明确的看出每天因该安排何种病人入住,再结合和该病人同种疾病的等待的病人数,按照同种病人先门诊先住院的规则来确定该病人大概何时能够住院.为了说明这一点,我们可以随机抽取某天某病人来门诊
10、,给出他大概入院时间。4.4问题四分析该问题的前提是周六、周日不安排手术,则先在不调整原有手术时间的情况下,根据第二问的模型可以排出相应的日期(星期几)安排的病人情况,再根据问题一的评价指标对安排好的情况进行评价,得出一个评价的值.再将手术时间进行调整,调整时要尽可能不让已住院病人拖延手术时间.然后再根据调整后的手术时间安排病人,再进行评价得出评价值.若发现调整后的效果更好,就说明原来的手术时间需要调整.4.5问题五分析此问题是要将79张病床进行分配,分配条件是满足病人在系统中的平均逗留时间最短.现在考虑,假设将病床分配好以后,病人再来就诊就会依照同种病人先到先得原则,即在已有的病床上只要有病
11、人出院,就把最早来就诊的病人安排入住此空床.这种安排方法正和多窗口排队服务系统(M/M/C)1吻合.这样我们所要解决的问题就可以理解成是在服从多窗口排队服务系统的同时,满足病人在系统中的平均逗留时间最短.这样我们建立了病床优化分配模型.五、模型的建立与求解5.1问题一 归一分析模型我们首先引入床位效率指数,将病床周转次数与病床使用率联系起来.得到的床位效率指数的表达式2其中床位周转次数,根据国家卫生标准我们取一个星期内的病床标准周转次数,床位使用率.评价某一安排模型的优劣就看该模型计算得到的的值,值越大越优.现在可用该指标评价医院原先的FCFS(First come, First serve)
12、规则安排方法,随机抽取9月5日至9月11日的一周的数据统计,得到:出院人数=69,开放病床数=79,入院人数=69,天数=7;代入上述模型计算得到:,;.5.2问题二模型分析与建立:根据已给条件,我们统计出青光眼和视网膜疾病的术前准备时间(见附表1),发现术前准备时间为3天的情况皆是由于入住的第3天为周一或周三,与白内障手术时间冲突,故推后了1天(例如:视网膜疾病中8月9日入住,8月12日手术,就是由于8月11日为周一),即准备时间实际浪费了1天,所以准确的术前准备时间应为2天.因此我们在建立模型时规定这两种患者的术前准备时间只为2天.我们也发现对于白内障患者的术前准备时间,本可为1天,而如果
13、按此分配,则会造成某天接收病人数紧张,而另一天病床空余,故我们也取其术前准备时间为2天.医院原来的模型(FCFS)之所以不科学,问题主要是手术前患者住院时间安排不合理;而手术后的住院时间符合患者恢复后即出院的原则,是科学的.因此,我们根据7月19号到9月11号已出院的人员情况,统计各类患者术后住院时间规律.拿白内障(单眼)病人为例,在表中所给数据中提取有关白内障病人的数据(见附表2),并统计其术后住院时间.发现术后住院时间有2、3、4天,这些天数的百分比为29.2%、51.4%、19.4%.同理可以算出其他病种的天数百分比,并制成表格如下表1 白内障患者(单)术后住院情况术后住院天数234人数
14、百分比29.2%51.4%19.4%表2 白内障患者(双)术后住院情况术后住院天数234人数百分比21.9%63.4%14.7%表3 青光眼患者术后住院情况术后住院天数78911人数百分比35.9%30.8%20.5%12.8%表4 视网膜疾病术后住院情况术后住院天数7891011121314人数百分比11.9%15.8%10.9%17.8%14.9%10.9%8.9%8.9%根据这些患者术后住院规律我们可以算出次日出院人数,即将要空出的病床数.由于白内障手术只能在周一或周三,且不与其他类疾病同天手术,这就必须避免此类情况:非白内障病人即使早住院了,但经过两天准备时间后,却与白内障手术时间冲突
15、而必须拖延手术,从而多占用了床位时间的发生,故有如下约束条件:1白内障手术只能在周一周三做;青光眼和视网膜疾病只能在周二、周四、周五、周六、周日做;外伤每天均可做.2所有眼科疾病(外伤除外)能在手术前两天准时安排住院,不会提前或延迟.3.外伤患者来就诊后,次日须优先让他住院.我们安排各类病人住院时间如下表表5 医院每天住院患者安排星期日一二三四五六安排住院患者患病类型优先级(高)外伤外伤外伤外伤外伤外伤外伤优先级(中)青光眼白内障(单)青光眼青光眼青光眼青光眼白内障(单)优先级(中)视网膜疾病视网膜疾病视网膜疾病视网膜疾病视网膜疾病白内障(双)医院按照上表格安排病床,且同类患者按照先到先服务的
16、原则安排病床.由于白内障(双)患者大约占到60,比白内障(单)患者多,但双眼患者每周只有一次住院机会,单眼却有两次,故周六应优先考虑白内障双眼患者住院(外伤除外).对我们的模型利用指标进行评价:首先利用我们的模型从8月29号开始就在医院运作起来,我们现在安排一下29号的病床安排情况.首先,计算出29号应当出院的病人数:29号出院白内障人数=29号出院的白内障(双眼)人数=29号出院的青光眼人数=029号出院的视网膜疾病人数=所以29号出院的总人数=0+3+0+2=5 (人)然后安排29号(星期五)住进来的病人,根据上述模型,在待住院病人中选择:按照模型我们安排下面5名患者29号住院准备手术:8
17、月14日来门诊的一名青光眼患者,8月15日来门诊的一名青光眼患者和一名视网膜患者,8月16日来门诊的两名视网膜疾病患者。用此模型继续往后推算,我们可以依次列出30日至次月11日每天的出院人数,制成表格如下表6 8月29日至9月11日出院人数日期2930311234567891011出院人数519896515921797818由于受之前模型的影响,我们不取29日开始的一周,而取5日至11日一周的数据计算,求得: .这周的床位效率指数明显比之前的大,所以此模型比单纯的FCFS模型科学.5.3问题三求解我们采用问题二的病床安排方法进行分析,这样病人的住院时间就有一定的规律,并且床位的利用率会有很大提
18、高,这样等待的病人会稳定在某个范围.问题二方法中有规定在一周内每天入住的各种疾病患者会有所不同,并且我们在规定某种病人入住时采用先到先住的原则,这样在住院过程中不会浪费时间.我们根据统计出来的当时住院病人和等待住院病人的情况,再结合每种病人的住院天数的概率,这样就可以逐步安排每天的病人入住情况.所以这种方法可以实现.为了证明这以结论,我们从题给表格中随机抽取一个门诊病人,取8月30日一个来医院门诊的白内障(双眼)患者,计算他的住院时间:计算出30日出院病人数16,当天(周日)安排16个白内障患者住院;计算出31日出院病人数3,当天(周一)安排2个视网膜和一个青光眼患者住院;计算出次月1日出院病
19、人数4,当天(周二)安排4个白内障患者住院; 由此推算下去,发现,到12日,就能安排他住院了。5.4问题四求解周末不安排手术,仍将白内障手术安排在周一和周三,导致周四、周五没必要安排病床给病人.病床安排模型如下表7 不调整手术时间下的安排情况星期日一二三四五六安排住院患者患病类型优先级(高)外伤外伤外伤外伤外伤外伤优先级(中)青光眼白内障(单)青光眼青光眼白内障(单)优先级(中)视网膜疾病视网膜疾病视网膜疾病白内障(双)利用问题一的指标评价此模型:我们同样采取假设从9月5号开始在医院实行此病床安排模型,可以推算出9月5日至9月18日间医院每天出院人数.再结合病床数等已知条件可计算出此模型的床位
20、效率指数.效率大大降低.故需要将手术时间作调整.5.5问题五模型病床分配优化模型模型的建立将眼科疾病按手术时间,以及住院时间分为白内障单眼,白内障双眼,青光眼,视网膜疾病,以及外伤,将它们分别用15编号.将总的系统以疾病类型划分为5个小的系统.我们认定在同一种疾病的每张病床的利用率是相同的,且规定每张床的利用是相互独立的.就每种病床使用系统而言,其平均利用率与系统状态有关,即为了使系统不会滞留更多病人,只有使病床使用强度.分析这个系统时,仍从状态间的转移关系开始,其状态平衡方程为由以上差分方程可求得系统的等待人数期望值求的如下由李特尔公式可求得如下指标,住院人数的期望值,期望逗留时间题目要求分
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