医院内配置公共自动体外除颤仪的研究

陈永娟，李啟东，李格丽

1.东莞台心医院 设备科，广东 东莞 523000；2.佛山市禅城区中心医院 设备科，广东 佛山 528000；3.深圳市萨米医疗中心 护理部，广东 深圳 518000

引言

自动体外除颤仪（Automated External Defibrillator，AED）作为一种通过电击来抢救和治疗致命性心律失常的便携式设备，已被大量的临床研究证实其安全和有效性，但建立一个高效、合理的公共除颤项目仍在探索中[1]。

本文论述内容涵盖医院内门诊区域及公共区域自动体外除颤仪配置的主要程序。首先，从宏观及客观角度分析了院内公共区域配置AED的必要性；其次，从采购角度，在论证讨论AED选择阶段引入了统筹学的层次分析法，各专家及相关人员通过对指标间两两比较，得出成对比较矩阵，然后计算权向量并作一致性检验，最终选择飞利浦HeartStart FRx自动体外除颤仪）在AED选择中的权重超过1/2，应作为第一选择品牌；接着，在AED放置地点的选择中，使用图论得出简化路图，并结合Floyd算法对AED的位置选择进行建模分析，整个建模结果可靠；同时，结合医院的实际情况进行整改，确定了全院公共区域和门诊范围内一共配置4台便携式AED，能确保在3 min内取得AED并使用，有效保证了心脏骤停病人的安全，该模型为AED的地点设置提供了有效的依据；最后，根据现有情况制定了AED的管理办法。

本文通过层次分析法及图论的观点建立数学模型，使整个院内门诊区域及公共区域自动体外除颤仪的配置程序更加系统化，更有说服力，也能更好地发挥自动体外除颤仪在院内应急状况中的作用，以下将做详细论述。

1 医院内配置公共自动体外除颤仪意义

1.1 宏观要求

随着中国居民老年化进程的加快[2]，亚健康问题的增加[3]，健康问题备受关注，其中，我国心血管病（Cardiovascular Disease，CVD）患病率及死亡率仍处于上升阶段，CVD死亡占居民疾病死亡构成40%以上，居首位，高于肿瘤及其他基本，中国CVD日渐严重，已成为重大的公共卫生问题[4]；心脏骤停又是心血管疾病死亡的主要表现，据统计心脏骤停（Cardiac Arrest，CA）是导致居民死亡的主要原因之一，截至2011年，美国每年有36万人反生CA，中国则超过50万人[5]。而导致心脏骤停的病理生理机制最常见是心室颤动，而早期使用电击除颤是治疗室颤的有效手段，《国际心肺复苏和心血管急救指南》近年来也一直强调“生存链”对于CA患者存活的重要性，并于2015年更新时将其拆分为院内和院外两条生存链[7]。尽管近年来生命复苏科学取得了巨大的进步，但是基础生命支持（Basic Life Support，BLS）仍是影响患者预后的关键。《2015年美国心脏协会心肺复苏及心血管急救指南更新》中，关于先给与心脏骤停者电击还是先进行心肺复苏给与了更新，当可以马上取得AED时，应尽快使用AED；当不能马上取得AED时，应在他人前往获取并准备AED时开始心肺复苏，应在AED可供使用后尽快使用并尝试进行除颤，而医院内是病患密集区域，发生CA的潜在可能性较大。由于心脏骤停发生4～6 min脑细胞即发生不可逆损伤，所以将心脏骤停后的4 min作为心肺复苏的“黄金时间”，能在最短时间内获取并使用AED，能提高除颤成功率及患者复苏率[8-9]，所以医院内部在公共区域配备AED是必要的。

1.2 医院发展要求

作为一家以JCI标准运行的医院，本院严格执行JCI各项标准，其中 Care of Patients（COP）章节提出，复苏服务里“COP.3.2 Resuscitation services are available throughout the hospital.”[10]，即全院范围内都能随时获得复苏服务，能否达到该要求，衡量要素有：① 全院内所有患者24 h内随时获得复苏服务；② 用于复苏的医疗设备及用于基本和高级的生命支持药物是标准化的；③ 在院内所有区域，发现心脏骤停或呼吸停止后，立即提供BLS，并在5 min内提供高级生命支持。基于以上要素，院内配置自动体外除颤仪刻不容缓。但由于患者或公众对自动体外除颤的认识较低，所以一个高效、合理的公共除颤项目是非常必须的，且配置AED后需要定期对院内人员进行基础生命支持BLA的培训[11]，使病人的安全得到很好的保障。

因此，医院为提高医疗质量与患者安全，本院于2015年开始在公共区域设置自动体外除颤仪。

2 设备的品牌要求选择

市场上AED的品牌及型号较多，招标谈判中必须对设备进行比较选择。经过采购前与临床科室进行研究讨论，所选择的AED必须是能应对苛刻环境的；是能快速给予有效除颤治疗的；操作应用简单的；电池性能好的；设备自检功能较为全面，能有效辅助管理人员进行工作的。因此根据这些要求设定相关项目对AED进行评判[12]。具体参数如下：

（1）物理规格、性能：整机体重（含电池）≤2.8 kg（重量）；应能承受在任何角度由1.5 m高度跌落后仍完好无损（耐摔）；具有IP55的防尘防水设备（防水）；最高工作环境温度不低于50℃（耐高温）。

（2）除颤性能：除颤波形参数可根据病人阻抗自动补偿（阻抗自动补偿）；充电至200 J时间不超过7 s（充能时间）；同步放电延时小于60 ms （同步延时）；采用双相波技术，双相指数截断（BTE）波形（除颤波形）。

（3）操作性能：具有电极片粘贴方式示意图，电极片粘贴位置动画提示（电极片提示）；具有充放电语音提示（充放电提示）。

（4）电池性能：至少可支持300次200 J除颤治疗（200 J治疗次数）；可检测电池低电量并给出报警提示，低电量报警后至少还可以支持10次200 J除颤充放电（低电报警后，200 J治疗次数）。

（5）设备自检：具有开机自检、每天自检、每月自检功能，具有自检结果显示功能，提供设备状态指示灯：根据自检结果，红灯、绿灯彩色显示设备状态（自检结果显示）。

从而可看出，一共有五大项，13小项，要从13小项中找出最合适亦即得分最高的设备，计算量较为繁重，也可看出，各项目的比重是不同的，但项目的权重并没有指南提出。所以得出各项目的权重进行选择是现阶段所必须的，本文依据统筹学中的层次分析法[13]对权重进行分析计算，最后得出最适合本院的便携式AED。

2.1 建立层次结构模型

运用层次分析法解决AED品牌的选择问题，层次分析法是将定性与定量结合的系统分析法，将决策问题分为四个层次，通过相互比较确定各准则对于目标的权重，子准则层对准则层的权重及各方案对于每一个准则的权重，综合以上各权重最终确定方案层对目标层的权重，然后给出进行综合计算方法。层次结构图，见图1。

图1 选择AED的层次结构图

2.2 构造成对比较矩阵

为计算项目中各层对于上层的权重，通过与临床多方讨论及专家咨询，根据表1，对各指标进行两两比较，构造出成对比较矩阵[14]。

表1 各指标构造判断矩阵依据表

2.3 计算权向量并做一致性检验

对每个成对比较矩阵，计算最大特征根及对应特征向量Wij，利用一致性检验指标随机一致性指标RI和一致性比率做一致性检验，特征向量归一化后为权向量。用MATLAB对矩阵A求解的最大特征根：归一化后权向量 ：W1=(0.0017, 0.8613, 0.0318,0.0459, 0.0593)T。

为了确定A的不一致程度的容许范围，引入随机一致性指标RI[15]，随机一致性指标RI取值分别为：0、0、0.58、0.9、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45、1.49 和 1.51。

当n=5时，RI=1.12，即A通过一致性验证W1为其权向量。

上述方法，同理可得其他判断矩阵的最大特征根、权向量、一致性指标、随机一致性指标、一致性比率，见表2。

表2 各判断矩阵一致性验证表

2.4 方案层对目标层的总排序

对于方案层中的AED1，根据表2可以得出它的组合权重为相应项的乘积之和，即：W1=0.2135。

用同样的方法可以得到AED2、AED3的权重分别为0.6736、0.1130。

于是，组合权向量 ：W=(0.2135, 0.6736, 0.1130)T。

结果表明方案二，即AED2（飞利浦HeartStart FRx自动体外除颤仪）在AED选择中的权重超过1/2，远大于其余两种品牌，因此在评标中应作为第一选择品牌考虑。

3 公共AED放置地点的选择

由于便携式AED的选址问题是一个重要的长期决策，它的好坏直接影响到医疗服务方法及医疗服务质量，所以AED的选址问题的研究有着重大的意义，图2为简化图型，假设任何两个科室之间是相通的，只是有些科室有道路直接相通，有些科室是通过其他科室联系在一起[16]。为讨论方便，以下仅讨论需要配置便携式AED的区域，下表已将相应科室及一些人流密度较大的公共区域标记为A～Z，A1，B1，C1，AA，BB，CC，DD，EE以及FF。各科室及公共区域对应日平均人口流动如表3。

图2 各科室及公共区域的道路连接图

表3 各科室及公共区域对应日平均人口流动量

3.1 求最短路径

该问题需要求出两地点间距离矩阵D。最短路径算法要由Floyd算法[17]实现，最后获得由任意两地点间距离矩阵D和对应的最短路径。算法原理如下。

利用地点间道路信息，构造邻接矩阵L。若地点i和j间无直接连通的道路，则令(i,j)元素aij为正无穷大；否则aij(i=1, 2, …,n;j=1, 2, …, n)为i和j直接连通的道路长度。

科室道路信息可知n是35，根据科室间道路信息表可得出邻接矩阵L。根据表3得出人流量统计图，见图3。

图3 各区域人流量统计图

从图3与表3可得，区域AA、CC人流量最多，很可能是AED的设置点，而N、DD的人流量相近，DD实际上是属于第三层，N与CC属于同一层，所以DD也有可能是AED的设置点。以下通过建立模型验证[18]。

3.2 模型的建立

该模型首先使用Floyd算法计算科室区域间的最短路径矩阵，然后用0～1规划的穷举法模型目标函数的最优解[19]。

3.2.1 目标函数确定

为使患者及相关医护人员在发生紧急事件时到AED设置点的平均路线最小，只要满足区域的人到该AED设置点的平均路径最小，因此只需要求出所有人到离区域最近的AED设置点的总路程最小，然后除以各区域所有人流量。即：

3.2.2 约束条件建立

（2）若Pi=0表示不在区域i设置AED存放点，Pi=1表示在区域i设置存放点，即约束条件其中N表示一共设置的AED存放点。由最短距离矩阵R得出两点间最短距离的最大距离为188 m，相关人员在3分钟内来回取得AED，假设人的平均跑速为5 m/s，则人的最大行程L=5×1.5×60 m=450 m＞188 m,即任何两点间距离都满足要求，但考虑到医院内环境复杂，将在每层预设置AED存放点，即N=3。

（3）只有在区域i设置存放点，区域j的人才可以去i取AED，因此有，即有约束条件

以上总结得出最优化模型的目标函数：

约束条件：

3.3 求解结果

该模型属于线性规划模型，采用MATLAB[20]和LINGO程序[21]求解，用实现0～1规划法求得缴费点、对应的各覆盖区域，求得最小距离加权和，并求出其平均距离，其结果，见表4。

表4 AED设置地点模型结果表

最小距离加权和是239543 m，目标函数的最优解，即人与最近的AED设置点之间的平均距离的最小值是24.9862 m。

3.4 结果分析及调整

但是从医院长远发展看，区域CC的AED所负责的范围较大，应该增加一个设置地点作为分担压力，而且设置地点的规律性有利于患者及相关人员注意并记住AED的位置，因此在不同楼层的相同地点设置AED地点是必要的，从以上结果可得，即区域AA、CC、DD为不同楼层的相同位置，同理使用MATLAB得出结果，见表5。

表5 AED设置地点调整后模型结果表

最小距离加权和是206358 m，人与最近的AED设置点之间的平均距离的最小值是21.5248 m。该方法运用了图论的建立寻优模型，建模方法简单易懂，该模型使用穷举法，结果可靠，并且采用专业的数学软件，结果可信度较高。但这模型也是有缺点的，没有考虑到实际中其他较为复杂的问题，比如心律失常病人的分布状况没有对路图作加权，但图中区域CC附近就是心内科门诊，模型结果刚好解决了问题。从约束条件第二条可知，任意两区域间最短路径足以满足应急事件要求的。所以根据以上得出的结果，确定了便携式AED的数量及放置地点问题。

4 公共AED日常管理及规范

为确保AED在应用时能发挥其最大的作用，依据国家最新指标[22]，特与临床科室协商，指定在每台AED附近的临床部门负责AED的日常维护，落实心脏除颤仪安全管理的学习，组织员工接受相应操作规程的培训及考核；每日填写AED日常维护保养记录，确保其附件齐全，外观、外箱完好，功能检测正常，AED标识完好等，一旦发现异常立即报设备科维修。而设备科则制定AED的安全使用操作规程；制定AED相关指引标识，每三个月对AED开机做相关检查并维护保养，并记录存档；每六个月委托具备相关资质的计量技术机构对AED进行质控计量工作；建立AED设备技术档案并保存。

5 讨论和结论

（1）自动体外除颤仪作为一个应急抢救设备，在致命性心律失常的抢救和治疗中发挥重要作用。宏观上，根据国情及应急指南提出，医院内配置公共自动体外除颤仪是必要的；客观上，根据JCI及医院发展要求，配置公共AED是刻不容缓的。

（2）层次分析法则为研究选择便携式AED这类复杂的系统，在医院设备采购决策中提供了一种创新的、简洁的、实用的、具有说服力的决策方法，使到所选AED适合医院需求；但该方法比传统的总得分比较方法复杂，可以通过编写建立相关应用程序提高其操作性；该方法还可拓展应用于解决其他由相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统问题。

（3）通过简化医院内无配置AED的区域制成赋权连通图，使患者及相关医护人员在发生紧急事件时到AED设置点的平均路线最小，其中使用的Floyd算法计算得任意两点间的最小距离矩阵，得出任何两点间距离都满足相关人员在3 min内来回取得AED的要求，并使用数学建模方法得出各AED的负责覆盖范围，并根据实际情况进行整改。使用数学建模能使AED的地点选择问题提供有力的依据，能发挥AED的最大作用，若文中对心律失常患者比率赋权到路图，则得出的结果更具说服力，但实际实况中，文中确定的AED配置地点已经包含有心律失常患者比例最大的心内科门诊区域，因此得出的结果是可靠的；

（4）依据最新国家指标修订了本院公共自动体外除颤仪的日常管理规范。本文全面地提供了一个高效的、合理的配置院内公共自动体外除颤仪的项目流程，有效提高了医院的服务质量与医疗质量。