基于排队论的医院医疗过程仿真与优化研究

王雅浩　张英　张京涛

摘 要 本文针对当前医院存在病人排队时间长、通过率低的问题，以排队论模型为理论指导，应用计算机仿真技术设计实现了医院医疗过程仿真与优化软件，完成了对医院医疗资源的优化，从而减少病人的排队等待时间，提高了医院病人就诊通过人数。

关键词 仿真 优化 医疗资源

目前医院存在病人排队时间长、通过率低的问题，不合理的资源配置致使医护人员工作量分配不均，有的医护人员过于忙碌，有的医护人民过于清闲，使得医护人员整体工作效率偏低。本文以排队论为理论指导，设计实现医院医疗过程仿真与优化软件，对医院医疗过程进行仿真，并建立资源优化评价标准，依据评价标准自动完成对医院的资源的优化配置，从而减少病人的排队等待时间，提高了医院病人就诊通过人数。

1系统仿真模型的建立与医疗资源优化原理

1.1仿真模型的建立

本系统以标准M/M/1排队模型为依据，构建系统的仿真模型。排队系统通常由输入过程 、排队规则和服务机构三个部分组成。M/M/1模型即单服务台负指数分布、系统服务时间有限、顾客源无限的情况。本系统将医疗各硬件资源、医护人员抽象封装为服务台，为到达的病人进行服务。建立仿真模型如下：

（1）输入过程—顾客单个到来，相互独立，一定时间的到达数服从某种分布（定长分布、负指数分布、泊松分布、正态分布、爱尔朗分布），到达过程是平稳的。

（2）排队规则—单队等待，对队长没有限制，先到先服务。

（3）服务机构—单服务台服务，各顾客的服务时间是相互独立的，服从相同的指数分布。

1.2建立资源优化评价标准

医疗人员的忙闲比是指医疗人员接诊时间占工作时间的比例，如果医疗人员的忙闲比过低就会造成医疗资源的浪费。排队长度是医疗项目的病人排队人数，如果排队人数过多，患者满意度则会下降。

忙闲比P=T0/T，T0为接诊时间，T为工作时间。 （1）

病人排队长度L=系统中各医疗项目中病人排队的人数 （2）

资源优化评价标准：增加医生忙闲比，减少病人排队长度，提高医院病人通过人数为系统优化的目标。

1.3对医疗资源优化的原理

本系统中的优化借鉴自动控制理论中的反馈控制原理。在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务。本系统中的优化是对仿真过程的迭代反馈，优化过程根据评价的体系的评判不断调整医疗资源在不同医疗项目中的配置，调整后对医疗过程再次进行仿真，不断对比仿真结果，得出医疗资源在医疗项目中的最优配置，实现对医疗资源的优化。

2系统的设计与实现

2.1系统整体设计

依據排队论模型及医疗资源优化的原理对系统进行整体设计，划分为病人生成模块、医疗资源配置模块、仿真模块、优化模块。病人生成模块用以实现排队论输入过程部分，病人成批进入医院治疗，每批到达的人数是一个随机变量，批与批之间的到达间隔服从特定的随机分布。仿真模块实现了排队论中的排队规则要素，系统采用的救治服务规则为：先到先服务，随机服务，优先权服务。医疗资源配置模块实现了排队论中服务机构要素。

2.2病人生产模块

此模块依据排队论模型中输入过程要素设计实现，该模块根据输入模型的参数，生成病人的到达时间。根据病人的数量以及模型公式计算出病人各个时刻所产生的数量并将生成的病人配以编号作为唯一标识。利用随机生成函数以及病人比例产生每类病人的规定数量。

2.3医疗资源与医疗过程配置模块

此模块依据排队论模型中服务机构要素设计实现，完成医疗资源配置与优化过程中的调度过程。医疗资源包括医护人员、主要医疗设备等医疗过程中必需的资源。

2.4仿真模块

此模块依据排队论模型中排队规则要素设计，实现了医院医疗过程的仿真。病人进入医院就诊过程中，如果病人人数多，就需要排队等待治疗。医疗仿真过程中采用多种排队规则相结合，使用先到先服务、随机服务和优先权服务的原则。

医疗仿真系统是离散事件系统，仿真事件的发生都会引起系统的状态变化。对医疗仿真模型的求解采用面向事件的仿真方法，通过时间的推进确定下次事件的发生（如：病人到达、分类、手术、离开等），更新系统的状态。将各事件发生时间点相互间隔作为步长，模拟时钟的推进。

2.5优化模块

系统优化前先设定一个忙闲比阈值与排队长度阈值，根据资源优化评价标准将仿真过程中的医院的医疗服务项目进行排序，将医疗项目中忙闲比小于设定值或者排队长度小于设定值的项目定义为可调度项目，剩余项目为可优化项目。优化过程中将可调度项目中的医疗资源调度到可优化项目中，然后对医疗过程重新仿真，对比最大通过人数并记录优化过程。

3结论

本文以排队论模型为依据，针对当前医院存在病人排队时间长、通过率低的问题，设计并实现了医院医疗过程仿真与优化系统，此系统可以对医院医疗过程进行仿真，并根据评价体系对医院的医疗资源进行优化，从而提高了医院医疗资源的利用率，减少了病人的平均等待时间，提高了医院病人就诊通过人数。