基于Petri网的发热门诊流程模型优化分析

何子贤，刘祥伟

（安徽理工大学 数学与大数据学院，淮南 232001）

自2003年SARS事件之后，要求各地医院开设发热门诊，用于对发热患者的首次诊疗及对传染病进行初步筛查和防控。以有效控制传染源，切断传播途径，防止传染病扩散。SARS之后的禽流感、新型冠状病毒肺炎，再次体现了发热门诊的重要性。

目前有越来越多的人关注行为轮廓建模优化的研究课题。文献［1］研究了为实现预检分诊制度利用率最大化，提出了一种基于Petri网的就医预检分诊系统模型的优化方法。文献［2］为减少患者就医排队时间，实现医院和患者之间相对的利益达到最大化，给出了基于Petri网的门诊就医流程模型的优化分析方法。文献［3］基于Petri网理论，利用工作流技术，将IHE规范作为医疗信息系统集成问题到Petri网模型的桥梁，给出一种形式化、规范化的医疗信息系统工作流集成方法，构建了基于Petri网的医院信息系统工作流模型。为医院的医疗信息系统集成的仿真及对医疗服务信息系统工作流的分析、验证与优化提供了理论基础。文献［4］针对医院门诊流程繁琐，提出了一种基于广义随机Petri网的医院门诊流程模型的建立方法与其性能分析方法。文献［5］针对单病种诊疗流程的特点，构建了基于广义随机Petri网的单病种诊疗流程模型。利用广义随机Petri网与马尔可夫链同构的特性，将模型转化为等价的马尔可夫链。根据马尔可夫理论及相关数学方法，获得并分析流程的主要性能，识别影响流程运行效率的瓶颈环节。文献［6］针对目前患者到医院就诊等待时间长、医院内部资源利用效率低的问题，提出一种基于着色Petri网的医疗服务流程模型。利用仿真工具CPN Tools对整个医疗服务流程构建模型。文献［7］利用近期流程系统日志及Prom工具挖掘出近期流程行为的系统模型，并提出一种基于关联严格结构的并行优化算法，缩短实际业务流程耗时。

这篇论文是以Petri网行为轮廓［8］为基础，对防疫期间发热患者就诊流传进行建模优化分析。依据行为轮廓建立初始模型，在对初始模型进行优化，使病人分流，降低交叉感染的风险，保护普通就诊病人。

1 基本概念

定义 1［10］（原型 Petri网）已知一个网为六元组∑ =(S,T；F,K,W,M)，则满足以下条件：

2 建模优化分析

发热门诊，是正规医院门诊部在防控急性传染病期间根据上级指示设立的，专门用于排查疑似传染病人，治疗发热患者的专用诊室。每当传染病发生时，就会有不少发热患者盲目到发热门诊或医院就诊，但发热患者分普通发热和病毒感染发热患者，这样不仅存在交叉感染的风险，还会浪费极其珍贵的发热门诊医疗资源。本文重点分析在防控急性传染病期间，针对上述问题对发热门诊分诊流程进行优化。

如图1给出了发热门诊流程模型图，图1是通过绘图软件Microsoft Visio绘制而成的。这个模型主要由分诊流程、初诊流程、确诊流程三部分组成，其中Ti代表不同的变迁（事件）。

分诊流程：病人到达医院后预诊分诊变迁T0、T1、T2、T3依次发生，T3（测体温）变迁发生后出现一个排他关系T4和T5，T4（体温小于37.5℃）变迁发生会产生一个交叉序关系T6和T14，T5（体温大于37.5℃）变迁发生会产生一个交叉序关系T6和T7，T6（流行病学史）发生后出现一个排他关系T8和T9，T8（没有）发生会产生一个交叉序关系T10和T14，T9（有）发生会产生一个交叉序关系T10和T11，T10（不适症状）发生后出现一个排他关系T12和T13，T12（不符合）发生会产生一个交叉序关系T14和T17，T13（符合）发生会产生一个交叉序关系T15和 T7，T14（普通门诊通道）发生后，T15（普通门诊）发生，分诊流程结束。

初诊流程：在进行测体温、询问流行病史、不适症状三项预检后，只要其中一项存在问题，病人通过外部通道到达发热门诊，变迁T17、T18、T19、T20、T21、T22依次发生，T22（常规检查）发生后出现一个排他关系T23和T24，T23（不符合症状）发生会产生一个交叉序关系T25和T29，T24（符合症状）发生会产生一个交叉序关系T25和T26，T25（胸部CT）发生后出现一个排他关系T27和T28，如果常规检查不符合病症，胸部CT不符合现象T29（排除嫌疑）发生，如果常规检查和胸部CT有一个符合现象T30（疑似病例）发生，初诊流程结束。

确诊流程：病人如果是疑似病例，T31（病房隔离）发生，然后 T32、T33、T34依次发生，T34（核酸检测）发生后出现一个排他关系T35和T36，T35（检测阴性）发生后T37发生，T37（二次检测）发生后出现一个排他关系T38和T39，如果T36和T39同时发生后T40（确诊病例）发生，T40发生后出现一个排他关系T41和T42发生，确诊流程结束。

观察图1发热门诊流程模型可以发现，对于每个患者去预诊分诊台进行分诊时都要测体温、查询流行病学史、不适症状，如果存在一项嫌疑就会前往发热门诊。但实际上不少患者仅仅因为咳嗽或低烧就盲目到发热门诊或医院就诊，同时发热患者分为普通发热和特殊发热两种情况，但是他们都通过外部通道到达发热门诊，这些行为增加了人群聚集和交叉感染的风险。针对这些问题，对发热门诊流程模型图进行了优化。

图1 发热门诊流程模型图

图2是发热门诊流程优化模型图，是通过绘图软件Microsoft Visio绘制而成的，虚线区域为流程优化部分。首先患者到医院预诊分诊处先测体温，对于体温高于37.5℃的患者直接送到发热门诊，而温度低于37.5℃的患者当流行病学史和不适症状都符合病症的情况下，才会被送到加热门诊。这样既可以加快分诊时的检测速度，还可以减少非感染患者进入发热门诊，节约极其珍贵的发热门诊医疗资源。然后非发热患者有流行病学史和符合病症的患者通过非发热通道前往发热门诊，发热患者需区分普通发热与特殊发热，根据流行病学史设置不同通道，避免交叉感染。这相当于在分诊流程增加了一道安全防线。

图2 发热门诊流程优化模型图

为了检验优化模型的正确性和可行性，如图3所示，将流程在Petri网分析软件PIPE上进行模拟运行，通过State Space Analysis操作对模型进行状态空间分析，验证模型的有界性、安全性以及有无死锁。仿真实验表明，该结构能够满足有界性、安全性、无死锁。运行结果如图4所示。

图3 PIPE模拟图

图4 PIPE模拟结果图

3 结论

本文在Petri网的基础上对发热门诊流程模型的分诊流程以及前往发热门诊通道环节进行优化。基于Petri网的变迁发生规则和行为轮廓基本关系进行优化建模，优化后的模型能够减少患者聚集，增强医院防线，避免交叉感染，使医用物资最大利用化。将来对于建模优化还有许多问题去研究，例如在Petri网及其行为轮廓的基础上，对优化后的模型进行一致性、合理性分析，以得到更好的模型。