线上线下融合的健康数据平台收益模型

贡 喜 赵林度

(东南大学经济管理学院, 南京 211189)

随着人工智能、大数据等技术的应用,建立医疗信息交换(HIE)平台已然成为一种新趋势.HIE能够更好地利用患者的健康数据,为提高医疗服务质量提供了现实依据和研究方向.近几年出现了一些基于HIE的线上医疗服务平台,如阿里巴巴健康平台、腾讯智慧医疗平台,以及国外的 Conversa Health,可让患者在线上实施健康管理和检测自身病情,并随时和护理团队或医师进行沟通交流[1-4].同时,线上/线下双渠道的医疗平台也在逐步形成,但仍然以O2O线上辅助线下模式为主,例如协助脑卒中患者的康复社区平台和服务于残疾人的康复辅具平台,线上记录患者的身体状况,线下由医务人员有针对性地对患者进行康复训练[5-6].

HIE技术在许多国家和地区得到了广泛的应用,而实践效果因各个医疗机构的自身特点或综合实力的不同而有所差异.Yaraghi等[7]认为HIE发展缓慢的原因在于缺乏对产品规格的综合考量及对EMR系统间互操作性的有效标准制定.一方面,目前仍鲜有一个相对固定的信息共享模式，HIE很大程度上依靠患者的电子病历,这些病例由不同的供应商提供,这为HIE的实施设置了更多阻碍[8].另一方面,医疗服务提供者(HPs)对于患者健康数据的共享意愿决定了HIE的发展程度，处于竞争中的HPs不愿与其他的HPs分享手中已有的患者数据,甚至不会选用EMRs系统[9-10].

HIE的目的在于能够更高效地共享HPs之间共有患者的健康数据[11],同时降低医疗成本,避免重复检查[12].Frisse 等[13]对美国孟菲斯市主要医院的门诊部门进行了调查,发现使用HIE的门诊部门相比没有使用HIE的门诊住院率要大大降低.然而,HIE有时候也不一定会达到预期的结果.Ross等[14]分析了美国梅萨县 69个诊所的患者数据,发现采用HIE并不能显著降低门诊测试率和节约医疗成本.

HIE的有效应用和普及需要不断发展和完善,让患者可以享受更加高质量的线上线下医疗服务,减少候诊时间.本文在HIE平台的基础上做出了相应创新，以患者健康数据为核心，建立并应用区块链技术保障患者数据隐私安全和合法权益[15].同时，结合双边平台运营理念,考虑到了HPs和患者双方的参与，不仅HPs之间可以交换共享患者数据,更注重改进远程及面对面诊疗服务,提高患者就医体验.

本研究将针对不同阶段下运营的健康数据平台建立模型,依次分析仅考虑线上服务、考虑线上线下服务和加入针对HPs的健康数据共享服务时平台的预期收益变化.

1 模型建立

健康数据(HD)平台分为线上和线下2个层级,患者在平台上除了可以直接获得线上服务(基础服务)之外,还可以根据自身需要选择线下服务.HD平台上提供的信息对于加入平台的HPs和患者均是公开的,平台上所有成员都有获取平台自有信息的权限.

患者需要在HD平台上提交自身的健康数据信息(无需提供身份信息),而HPs从平台获取患者信息之后进行收集和分析,继而达到提升线上线下服务质量的目的.然而,平台建立之初并没有足够的患者或HPs加入,需要通过支付酬金的方式向患者征集健康数据.当患者数量超过一定阈值时,平台便不再支付酬金.相反地,患者为了提高医疗服务来改善自身健康状况,会通过支付参与费的方式向平台提供健康数据.同理,平台建立之初的HPs数量也非常有限,因此对于最初加入的HPs,平台不收取任何费用,一旦HPs数量超过一定阈值,平台同样向其收取参与费.

1.1 医患同时参与的健康数据平台

假定可能加入平台的潜在患者数量为M,E[M]为期望,患者数量阈值为M0.当M≤M0时,平台需向患者支付酬金R,当M>M0时,患者向平台支付参与费f.建立HD平台的月固定成本为F,向每位患者提供服务的月成本为cM.可能加入HD平台的潜在HPs总数为N,E[N]为期望,HPs数量阈值为N0.当N≤N0时,HPs无需向平台支付任何费用,当N>N0时,HPs将支付平台参与费e.另外,平台向每位HP提供服务的月成本为cN.

患者和HPs为平台客户,假定患者和HPs同时进入平台并交易.该模型分为建立初期、中期和后期,平台建立初期只有线上服务职能,进入中期之后加入线下职能.

阶段1平台建立初期,患者和HPs均未超过其参与数量阈值,M≤M0且N≤N0.此时,平台所花费成本要远远大于其收益,当患者和HPs同时进入平台时,平台的预期收益U为负,即

U=-(cM+R)E[M]-cNE[N]-F

(1)

s.t.

M≤M0,N≤N0

(2)

阶段2平台建立中期,患者参与量超过其阈值但HPs低于其阈值,或HPs参与量超过其阈值但患者低于其阈值.

当患者数量M>M0,而HPs数量N≤N0时,可得线上线下融合的HD平台的目标函数:

U(f,e)=maxf,e[E[M]f-(cM+oM)E[M]-

RM0-(cN+oN)E[N]-F]

(3)

s.t.

M>M0,N≤N0

f0≥f>oM>cM>0

e0≥e>oN>cN>0

(4)

条件(4)代表患者和HPs的平台参与费必须大于平台成本,同时不能大于其限定值f0和e0.f0和e0为常数,否则会造成患者和HPs流失.其中,oM、oN为平台为每位患者和HP维持线下服务的月固定成本.当患者数量没有超过平台参与量的阈值(M≤M0),但是平台已经有较为庞大的HPs基础(N>N0)时,平台仍需向每位患者支付酬金,此时平台的目标函数为

U(f,e)=maxf,eE[N]e-(cM+R)E[M]-

cNE[N]-F

(5)

s.t.

M>M0,N≤N0

f0≥f>cM>0,e0≥e>cN>0

(6)

阶段3平台建立后期,患者与HPs的数量均超过其阈值,即M>M0且N>N0.此时,平台目标函数为

F(f,e)=maxf,e[E[M]f+E[N]e-(cM+

oM)E[M]-RM0-(cN+oN)E[N]-F]

(7)

s.t.

M>M0,N>N0

f0≥f>cM>0

e0≥e>cN>0

(8)

模型1结合3个时期的概率,当患者和HPs同时进入平台时,仅考虑线上服务的平台预期收益函数为

U(f,e)=maxf,eP(M≤M0,N≤N0)[-(cM+

R)E[M]-cNE[N]-F]+P(M≤M0,N>

N0)[E[N]e-(cM+R)E[M]-cNE[N]-F]+

P(M>M0,N≤N0)[E[M]f-cME[M]-RM0-

cNE[N]-F]+P(M>M0,N>N0)[E[M]f+

E[N]e-cME[M]-RM0-cNE[N]-F]

(9)

s.t.

f0≥f>cM>0,e0≥e>cN>0

(10)

F(f,e)>0

(11)

式(11)表示只有在收益非负时,平台才有持续的可能.

M在(0,+∞],N在(0,+∞]上满足泊松分布,得出平台的最大预期收益为

(12)

同时,平台内HPs获得患者健康数据后可改进其服务质量,以鼓励更多患者选择线下面对面的直接医疗服务.当且仅当E[M]>M0时,平台可供患者选择HPs所提供的线下服务,这里假定平台中的每位HP都可提供线下服务.假定患者i选择了Pi个HPs的线下服务,同时平台内有潜在Q位患者选择线下服务,E[Pi]和E[Q]为期望.每位患者选择一位HP的线下服务需要缴纳的定金为t.

模型2考虑患者和HPs同时进入平台时,加入HPs线下服务后的平台预期收益函数为

U(f,e,t)=maxf,e,tP(M≤M0,N≤N0)[-(cM+

R)E[M]-(cN)E[N]-F]+P(M>M0,N≤

oM)E[M]-RM0-(cN+oN)E[N]-F]+

(cM+R)E[M]-cNE[N]-F]

(13)

s.t.

f0≥f>oM>cM>0

e0≥e>oN>cN>0,t0≥t>0

(14)

Pi≤N,Q≤Mi=1,2,…,Q

(15)

F(f,e,t)>0

(16)

式(14)表示t为非负,同时不能大于其限定值t0,t0为常量,否则很有可能选择线下服务的患者会流失;式(15)限定每位患者选择HPs的线下服务数量不能超过加入平台的HPs总人数,即患者只能选择加入平台的HPs提供的线下服务,并且选择线下服务的患者人数不会超过加入平台的患者总人数.

(17)

1.2 HD平台内健康数据共享

同HIE平台一样,HD平台同样有数据共享功能,但只是有限的共享.同样HD平台进入中期后加入健康数据共享职能.平台内每一位HP都有权利共享其他HPs的患者信息.例如,HPj想要与HPk共享彼此的患者信息,HPj必须要向HPk发出共享申请,并且支付HPk一定的费用g.其中每笔费用将以比例θ作为回馈提供给平台,θ为常数,获得HPk的许可后两者可进行信息共享.假定平台中有Ns位HPs成功申请了数据共享,其中HPj成功申请了与另外Sj位HPs的数据共享.E[Ns]、E[Sj]为期望.为促进HPs的共享意愿,平台中每位HP所花费的月固定成本为w.这里平台考虑到需要激励HPs的共享意愿,因此设定成本w较大,w>cM,cN,oM,oN.那么当E[N]>N0时,得到加入数据共享机制后的平台目标函数.

模型3考虑患者和HPs同时进入平台时,加入线下服务与HPs间数据共享机制后的平台预期收益函数为

U(f,e,t,g)=maxf,e,t,gP(M≤M0,N≤

N0)[-(cM+R)E[M]-cNE[N]-F]+

(cM+oM)E[M]-RM0-(cN+oN+w)E[N]-

(18)

s.t.

f0≥f>cM>0

e0≥e>cN>0,t0≥t>0

g0≥g>0

(19)

Pi≤N,Q≤Mi=1,2,…,Q

(20)

Ns≤N,Sj≤Nj=1,2,…,Ns

(21)

F(f,e,t,g)≥0

(22)

式(19)表示数据共享申请费用不能超过其定值g0,否则选择共享服务的HPs会流失,g0为常数;式(21)表示选择共享服务的HPs人数不得超过平台中HPs总人数,即只有加入平台的HPs才能选择健康数据共享服务.

(23)

2 数值分析

根据文献[10,16-17]的研究成果,可以设定f和e在区间[0,2]之间,由数值仿真得出模型1的预期利润随着患者和HPs平台参与费{f,e}的增加而变化的三维图形.随着f和e的增长,利润也相应呈递增趋势.本模型设定λ=60,M0=N0=50,cM=0.8,cN=0.6,oM=0.95,oN=0.8,w=1.5,F=0.5,R=1,θ=10%.当F(f,e)>0可得到模型 1的中期和后期收益,如图1所示.初期平台未向患者和HPs收取参与费,因此这里不做讨论.

(a) 中期利润函数

(b) 后期利润函数

由图1可知,仅考虑HD平台线上服务时,平台预期收益随着f和e的上涨而不断增加,因此f和e与预期收益成正相关.另外,中期平台已开始正向盈利但总体收入依然偏低,到后期收益才得以大幅增长.当且仅当f+e>2.386 8时,平台后期收益为正.因为平台建立初期为吸引客户投入大量成本,所以必须规定患者和HPs参与费在一定范围时才能不致亏损.因此该模式在线上服务运作现有的成本下且对其内部双方的定价不超过患者和HPs可接受的极限{f0,e0}时,平台建立者将尽可能地吸纳更多客户使用该平台来获得最大效用.

模型2在模型1的基础上加入对患者的线下服务.此时,当患者人数超过其阈值即M>M0时,平台开始向患者提供线下服务.这里考虑到鼓励患者使用线下服务,规定患者支付的定金不宜过高,因而令t=0.5,得到了一个相比模型1增长幅度较大的曲面,如图2所示.

(a)中期利润函数

(b)后期利润函数

由图2可看出,模型2中无论是中期和后期的利润增长率远远高于模型1,呈迅猛递增趋势.显然加入线下服务能很大程度上弥补建立初期的巨大投入,进入中期后已然可以完全覆盖初期投入的成本,后期利润相比同时段的模型1呈飞跃式增长,从而证明平台具有长期可持续性.即便为了维持线下服务仍需投入成本oM、oN,但因为有之前的基础也逐渐形成了平台的稳态收益.可见,{f,e}与平台预期收益仍呈正相关,相比仅提供线上服务,线上会诊与线下面对面直接医疗相结合更可能成为患者的切实需求,每位患者的体质偏差也导致患者需要更多的服务选择.因此,线上线下融合的医疗平台模式将成为未来的主流趋势.

模型3是在模型1和模型2的基础上加入了HPs之间的数据共享服务,目的是满足患者需求的同时尽可能给予HPs更多的服务选择.平台内每位HP的共享费用g如果过低会削弱其接受共享的意愿,若过高则会导致HPs放弃使用共享服务,因此令g=1,得出模型3与模型2类似，呈递增状曲面,如图3所示.

(a)中期利润函数

(b)后期利润函数

由图3可见,虽然平台的收益仍与HPs参与费(f,e)呈正相关,并且中期的利润增长幅度不甚明显,相比同阶段的模型2几乎无太大差别,后期利润呈飞跃式增长但仅仅只是略高于同阶段的模型2.这说明，平台在提供线下服务后加入对HPs的数据共享服务并不能使其在原来的基础上得到更为可观的收益.这很大程度上是因为平台为促进HPs的共享意愿而不得不投入较大的成本,同时为鼓励持续的共享无法从中抽取较大份额的利润.因此,平台无论意在改进HPs的医疗技术还是为了争取利益最大化,仅依靠健康数据共享服务将收效甚微,本质上是因为HPs的共享意愿依旧不足.

3 讨论

HD平台的收益状况包含3个阶段:① 平台建立初期,患者和HPs均未超过一定阈值,此时平台预期收益为负;② 平台建立中期,患者人数超过一定阈值,HPs低于其阈值,或HPs人数超过一定阈值,患者低于其阈值;③ 平台建立后期,加入的患者和HPs的人数均超过各自阈值.并计算了结合3个阶段的平台整体最大化预期收益.

1) 模型1仅考虑对患者线上服务时平台的预期收益函数.此时,通过平台中期和后期利润状况来看,其预期收益随着决策变量——患者与HPs的平台参与费的增长而呈上升趋势,意味着该决策变量与收益呈正相关,并且在中期阶段平台就开始盈利,到了后期收益率迅猛增长.若仅有线上服务,平台不得不将参与费设定得更高,哪怕后期平台已处于盈利状态也不能够给予患者更友好的价格,这不但无法满足患者对于线下服务的需求,并且在价格上也不能做到进一步吸引患者,从而导致平台对于受众者的整体内在价值偏低.在该模式下,平台主要凭借自有信息和HPs的线上远程会诊来帮助患者解决其健康问题,因此该平台只适用于一些患有常规疑难杂症的患者.若不需要特殊治疗,患者借用此平台将大大节约医疗投入的资金和时间成本.

2) 模型2在模型1的基础上加入对患者的线下服务.此时,平台的中期和后期预期收益随着客户平台参与费的提高相较于模型1 大幅增长.发展到中期已能够覆盖初期的成本,并在后期形成稳态的平台收益.线上线下融合服务模式不仅大大增加了平台利润,也从侧面说明患者的需求从该平台上得到更积极的响应.从管理学的角度,平台已一定程度上具备了长期可持续性,可适当下调参与费来进一步吸引患者和HPs的加入,因此该模型下的HD平台将提高其对于受众者的整体内在价值,尤其是对于需要线下诊治的患者.与模型1不同,参与该平台的患者大都无法仅凭医生建议而自行治愈自身疾病,需要更细致的个性化医疗服务.

3) 模型3在模型1和模型2的基础上增加了针对HPs的健康数据共享服务.此时,随着客户参与费的增长,平台预期收益仍呈递增趋势,但相较于模型2 对比模型1下的收益增长率,模型3对比模型2的收益增长率大幅下降,平台边际利润减少.因为HPs必须有偿共享患者的健康数据,并且平台为了鼓励数据共享,需要给予HPs足够的激励或投入相当的成本.此时,HD平台无论是处于建立中期或后期,单独为HPs设立健康数据共享服务相对于已经提供线上线下医疗服务的模式,不能够再为平台带来更多边际收益.从患者的角度出发,其并不是健康数据共享服务的直接受众群体,而直接受众者HPs又有可能因为共享意愿不足而不会使用该项服务.然而,事实上该模式的目的在于促进健康数据共享服务的同时让HPs在共享数据时更为慎重,从而尽可能地保护患者隐私,也能给不同HPs一定的机会,在更广泛的治疗领域内给有需要的患者提供精准的医疗服务.

4 结论

1) 仅考虑对患者的线上服务时,平台预期收益与患者和HPs参与费成正相关,到中期平台已开始正向盈利但总体收入依然偏低,到了后期收益才得以大幅度增长.

2) 考虑对患者的线上线下服务时,平台预期收益进入中期后可完全覆盖初期投入的成本,后期呈飞跃式增长,并且远远高出同阶段下仅考虑对患者线上服务时的平台预期收益,从而证明线上线下结合的HD平台具有长期可持续性.

3) 加入了针对HPs的健康数据共享服务时,平台收益到中期已能够覆盖前期成本,但相比同阶段下考虑对患者线上线下服务时的平台收益几乎无差异,后期迅猛增长但仅略高于同阶段的后者,说明加入对HPs的健康数据共享服务并不能使其在原来的基础上得到更为可观的收益.

4) 未来人们对于更精准的直接医疗服务将有越来越迫切的需求.HD平台不仅能全方位提高远程及线下医疗水平,而且能减少患者在医院的候诊时间.随着HPs的多样性不断扩展,患者将在平台上有更多选择.同时,平台应对HPs的质量和服务水平以及患者提供的健康数据设立审查和筛选机制,最大程度上维护患者和HPs的权益.