基于CBR技術(shù)的重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急醫(yī)療物資的需求獲取

石振龍，孫慶峰

（北華大學(xué)，吉林吉林132013）

0 引言

突發(fā)公共事件按照事件發(fā)生的過程、性質(zhì)與產(chǎn)生機(jī)理不同，可分為事故災(zāi)難、自然災(zāi)害、社會安全事件與公共衛(wèi)生事件4類[1]。在重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件發(fā)生時，應(yīng)急醫(yī)療物資的需求獲取通常表現(xiàn)出突發(fā)性、不確定性與高度的實效性[2]，所以顯得尤為重要。本文通過基于案例推理（case-based reasning，CBR）的技術(shù)，將2020年新型冠狀病毒肺炎（以下簡稱“新冠肺炎”）疫情與之前所發(fā)生的重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件中急性呼吸道傳染性疾病所需的應(yīng)急醫(yī)療物資相比較，分析應(yīng)急醫(yī)療物資的需求獲取，為應(yīng)急醫(yī)療物資的儲備與應(yīng)急醫(yī)療資源預(yù)案的制訂提供參考。

1 應(yīng)急醫(yī)療物資的需求獲取

1.1 應(yīng)急醫(yī)療物資的需求獲取分類

重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件的醫(yī)療資源配置必須是以當(dāng)次事件的應(yīng)急響應(yīng)需求為導(dǎo)向，這種需求獲取主要分為3類。第一類是根據(jù)以往同類事件進(jìn)行需求獲取。在重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件初期，根據(jù)以往事件的需求，可以快速預(yù)判出當(dāng)下事件的醫(yī)療物資輪廓，提早形成初步響應(yīng)配置方案。第二類是根據(jù)一線救援人員的經(jīng)驗進(jìn)行需求獲取。通過總結(jié)一線救援人員的經(jīng)驗，可形成寶貴的應(yīng)急知識。通過研判當(dāng)次事件一線救援人員反饋的重要信息，可以更加準(zhǔn)確地把握當(dāng)次事件的醫(yī)療物資需求。第三類是根據(jù)承災(zāi)人員的實際需求進(jìn)行需求獲取。將這3類獲取途徑相結(jié)合，才能使事件響應(yīng)過程中醫(yī)療物資的需求獲取更加全面。

1.2 應(yīng)急醫(yī)療物資的需求分類

應(yīng)急醫(yī)療物資按照用途可分為十三大類，其中與醫(yī)療物資相關(guān)的有四大類，主要包括防護(hù)用品、生命救助類物資、生命支持類物資及其他類醫(yī)療物資[3-4]。防護(hù)用品主要用于防止醫(yī)療人員與受災(zāi)者在救援與治療時受到傷害，該類醫(yī)療物資主要包括一次性工作帽、N95口罩、一次性隔離衣、一次性眼罩、一次性手套與消毒液等。生命救助類物資主要用于對受災(zāi)者進(jìn)行生命救助，該類醫(yī)療物資包括止血繃帶、骨折固定托架和無菌紗布等。生命支持類物資是受災(zāi)者維持生命必不可少的醫(yī)療物資，該類醫(yī)療物資包括便攜式呼吸機(jī)、急救藥品、防疫藥品等。其他類醫(yī)療物資主要用于救護(hù)保障，該類醫(yī)療物資包括救護(hù)車、紅外測溫槍與試劑等。這四大類應(yīng)急醫(yī)療物資能在需求獲取的信息不足時，一定程度上滿足醫(yī)療物資的需求。

2 基于CBR技術(shù)的公共衛(wèi)生事件應(yīng)急醫(yī)療物資的需求獲取

2.1 CBR技術(shù)原理

CBR技術(shù)是人工智能領(lǐng)域的一個相當(dāng)重要的分支[5]，其核心思想是：為了解決一個新問題，從之前的案例庫中查找與新問題最相近的源案例，然后把查找到的案例相關(guān)信息與解決方法修改或修正后重新用到新問題中，以指導(dǎo)新問題的解決與處理[6]。當(dāng)突發(fā)公共衛(wèi)生事件發(fā)生時，通常缺乏高效的應(yīng)急預(yù)案，此時決策者往往通過回憶相似的事件與片段來處理解決當(dāng)前的突發(fā)事件[7]。所以CBR技術(shù)是突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急輔助決策常用的技術(shù)之一，通過參照歷史相近的案例來處理突發(fā)事件具有一定的可行性。

2.2 案例庫的構(gòu)建

突發(fā)公共衛(wèi)生事件發(fā)生初期，應(yīng)急決策者通常依據(jù)經(jīng)驗與以往案例判斷確定當(dāng)前事件的物資需求[8]。因為應(yīng)急醫(yī)療物資的需求突出一個“急”字，按照應(yīng)急醫(yī)療物資大類分類能幫助決策者做出一個宏觀的判斷。因此，將防護(hù)用品、生命救助類物資、生命支持類物資和其他類醫(yī)療物資這四大類作為案例庫的特征屬性。

重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急醫(yī)療物資的需求獲取案例用行向量的形式可表示為式中，X代表重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急醫(yī)療物資的需求獲取案例；A1代表防護(hù)用品數(shù)量；A2代表生命救助類物資數(shù)量；A3代表生命支持類物資數(shù)量；A4代表其他類醫(yī)療物資數(shù)量。

式中，ai為某種防護(hù)用品數(shù)量（a1為一次性工作帽，a2為N95口罩，a3為一次性隔離衣……）；bi為某種生命救助類物資數(shù)量（b1為止血繃帶，b2為骨折固定托架，b3為救生衣……）；ci為某種生命支持類物資數(shù)量（c1為便攜式呼吸機(jī)，c2為急救藥品，c3為防疫藥品……）；di為某種其他類醫(yī)療物資數(shù)量（d1為救護(hù)車，d2為紅外測溫槍，d3為試劑……）。

本文以重大突發(fā)急性呼吸道傳染性疾病為例，把2009年甲型H1N1人感染豬流感疫情、2013年H7N9禽流感疫情和2020年新冠肺炎疫情作為案例。雖然2003年非典疫情與新冠肺炎疫情有眾多相似之處，但是考慮到時間久遠(yuǎn)且數(shù)據(jù)收集困難，因此不納入案例庫。

突發(fā)公共衛(wèi)生事件發(fā)生時，當(dāng)?shù)卣蚣部刂行慕Y(jié)合以往案例、一線救援人員的處置經(jīng)驗和承災(zāi)人員的實際需求發(fā)布的物資需求或采購儲備清單，能一定程度上反映出物資需求的特征。其中2009年甲型H1N1人感染豬流感疫情的數(shù)據(jù)以山東省兗州市防控物資清單（case1）[9]、內(nèi)蒙古自治區(qū)牙克石市疾控中心發(fā)布的物資需求采購清單（case2）[10]與江蘇省贛榆縣政府H1N1采購儲備物資清單（case3）[11]作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。H7N9禽流感疫情以2013年山西省晉中市防控中心采購物資清單（case4）[12]、2013年山西省陽泉市防控疫情應(yīng)急物資采購清單（case5）[13]、2013年廣西壯族自治區(qū)東興市衛(wèi)生局H7N9禽流感防控物資采購清單（case6）[14]、2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)土默特左旗疾病預(yù)防控制中心發(fā)布的人感染H7N9禽流感應(yīng)急物資采購清單（case7）[15]作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。新冠肺炎疫情以武漢市新冠肺炎防控指揮部的首批物資需求清單（case8）[16]作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。四大類醫(yī)療物資具體的數(shù)量信息詳見表1。

表1 案例庫信息統(tǒng)計表單位：個

德爾菲法能直觀地對特征屬性優(yōu)先級與重要性進(jìn)行判斷，所以選用德爾菲法對上述因素賦予權(quán)重并計算得到特征值權(quán)重：防護(hù)用品權(quán)重為0.41、生命救助類物資權(quán)重為0.12、生命支持類物資權(quán)重為0.26、其他醫(yī)療物資權(quán)重為0.21。

3 基于CBR技術(shù)的相似度分析

CBR過程主要包括案例獲取、案例匹配和分析處理[17]。

3.1 案例獲取

通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)查與文獻(xiàn)查閱提取重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件下應(yīng)急醫(yī)療物資的需求獲取數(shù)量信息，根據(jù)物資需求特征對其進(jìn)行分類。

3.2 案例匹配

計算本次事件案例與已發(fā)生的重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件案例的相似度。通過設(shè)定的相似度閥值，判斷以前案例的需求對新案例的需求是否有借鑒意義。本次案例與以往案例的需求特征都采用了向量的表示形式，通過計算案例特征向量的幾何距離來表征相似度。由于各案例之間都存在差異，為消除差異對相似度的影響，需要對案例特征值做歸一化處理，然后以歐式空間距離作為案例相似度的度量。所以新案例x與案例庫中案例a的歸一化相似度計算公式為[18]

式中，n為案例件數(shù)；ωi為案例a中第i個特征權(quán)重值的大??；xi為新案例x的第i個特征；ai為案例庫中a案例的第i個特征；aimax為第i個特征值的最大值；aimin為第i個特征的最小值。Sim（x，a）的值越大，則2個案例之間的相似度越高[19]。

確定一個閥值T，若案例的相似度超過這一閥值則終止對比。設(shè)案例庫有m個案例，則bi的相似度為

當(dāng)案例bi的相似度大于閥值T時程序終止，用公式表示為

通常案例匹配閥值T一般定為0.85～0.90，但具體情況應(yīng)根據(jù)實驗結(jié)果而定。

3.3 案例分析

由于新冠肺炎疫情以湖北地區(qū)最為嚴(yán)重，以武漢防控中心的物資需求清單為例，能集中體現(xiàn)應(yīng)急醫(yī)療物資的需求。但是鑒于物資需求數(shù)量巨大且患者較多不便與以往事件的需求獲取做比較，因此將本次數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。通過數(shù)據(jù)的計算處理得到本次案例與之前案例的相似度如下：

由相似度結(jié)果可知：新冠肺炎疫情與H1N1人感染豬流感疫情、H7N9禽流感疫情都有相似之處，與case2相似度結(jié)果最高。如果保障水平與運輸生產(chǎn)水平等因素不變的情況下，發(fā)生類似案例，應(yīng)急決策者可參照case2的物資需求與當(dāng)次事件的物資需求特點進(jìn)行物資的配置。

4 結(jié)語

突發(fā)公共衛(wèi)生事件往往類型眾多且復(fù)雜[20]，需要在最短時間內(nèi)生成滿足當(dāng)次醫(yī)療物資需求的資源配置方案。人工生成處置方案往往效率低下，且處置方案受主觀因素主導(dǎo)。CBR技術(shù)可以通過建立大量相似案例的案例庫，比較案例庫中案例特征屬性的相似程度，客觀得出與當(dāng)次事件最相似的結(jié)果，在短時間內(nèi)生成能解決當(dāng)次突發(fā)公共衛(wèi)生事件的處置方案。

針對突發(fā)事件應(yīng)急決策的實際需求，本文將CBR技術(shù)應(yīng)用于重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件的物資需求獲取的決策中，提取應(yīng)急醫(yī)療物資類別作為案例特征屬性，并通過實際案例分析證明該方法的可行性和有效性。由于各級政府部門對應(yīng)急醫(yī)療物資的采購信息披露有限，所以本文構(gòu)建的案例庫還有待進(jìn)一步完善，建議政府部門規(guī)范化、透明化管理應(yīng)急物資。針對公共衛(wèi)生事件涉及的病種不同、物資需求種類復(fù)雜等問題，可進(jìn)一步邀請專家針對具體病種類型，對案例特征屬性進(jìn)行修正，確保案例庫實時更新，提高預(yù)測效率和準(zhǔn)確性。