2: 复杂系统科学导论及其在疝手术中的应用

2.1        引言

科学范式从还原论到复杂系统科学的转变始于一个多世纪以前。大约在二十世纪初，物理学家开始认识到牛顿物理学在实际生物世界中的不完整性。在过去的一个世纪里，许多其他的门徒开始做这个转变。从系统生物学到行为经济学的研究，对我们世界的还原论，理性和静态的科学理解的原则已经被发现不足以解释和改进我们充满活力和不断变化的世界。即使是人类基因组计划，由于未能发现我们所有疾病的原因和治愈蓝图的潜力，也发现我们的基因组正在不断适应和改变，以及我们可以对我们的健康产生重大影响的想法通过只有基因工程是天真的和错误的指导。将医疗保健理解为一个复杂的生物系统，并应用适用于这一现实的工具将导致建立一个基于衡量和提高我们提供的护理价值的全球医疗保健系统。

通过应用复杂的系统科学更全面地了解我们的世界将使我们能够确定导致可定义的患者过程和患者亚群的积极和消极结果的因素。 这些因素在不断变化，并与促成结果的其他因素相互关联。 如果在前瞻性随机对照试验中尝试单独进行试验，则任何一个因素的潜在影响测量结果都可能不准确。 它也只适用于那些测试了这个因素的人群，而且只适用于那个实验完成的环境。 我们用来试图发现医疗保健领域的静态真相的工具将需要被应用于所有患者的复杂系统科学（也称为信息或数据科学）的工具取代（不包括纳入或排除标准） 许多不同的地方环境。

如果试图证明或否定假设的还原论科学方法假定测试环境是静态的，那么发现的复杂系统工具就应该适用于不断变化的世界。 复杂系统科学的基本原理包括假设：许多不断变化和相互作用的因素可能会对考虑各种治疗方案并会有多种变化的对象（一个人/一个患者）产生多种影响 基于与患者相关因素的相互作用的潜在结果，在特定时刻当地环境中的治疗过程。 任何一个或多个这些因素的变化都可能导致来自同一治疗方案的相似或可能不同的结果。 与其试图证明或否定一个假设，复杂系统科学中的发现工具只是设计用于改进在可定义过程中测量的任何内容。

例如，这些改进工具已经在制造业，汽车工业中应用和成熟。各种术语已应用于改进工具，如精益和六西格玛，但基本概念是相同的 - 实现持续改进的愿望。与医疗保健相比，这些工具在制造业中的应用需要一个重要的观点。在制造业中，这些工具通常应用于生产一种特定产品的制造工艺，例如2016年福特野马。在制造过程中，可以通过消除变化来控制和改进涉及的步骤和因素。统计工具包括过程控制图表以识别不合适或意外的变化。在医疗等生物过程中，控制变化是不可能的。相反，可以通过迭代测量和改进基于价值的结果并通过识别模式和亚群来管理流程。各种亚群的最佳选择可以通过因子分析和预测分析等非线性复杂系统工具来确定。目前，许多用于改进的简化工具（例如单一的“最佳实践”）正在应用于医疗保健，就好像医疗保健是由静态的机械过程组成的，而不是我们正在处理医疗保健中的复杂生物过程的现实。

改进工具在医疗保健中普遍被错误应用的另一种方式是将其应用于子处理而不关注对整个患者处理的价值的影响。应该很好地认识到，最重要的改进过程是对许多可定义的患者过程进行整个患者护理周期。整个患者过程的概念包括从第一次症状到恢复到完全生活质量（用于急性，可治愈的疾病）的时间以及在某些情况下在患者的整个生命中的时间（对于慢性，而不是目前可治愈的疾病）。整个护理周期的最终结果指标是价值，成本组合，质量指标和患者角度的结局指标，例如患者和家属对护理流程的满意度。到目前为止，基本上所有的医疗过程改进尝试，例如减少中心线感染或提高手术室的安全性，都试图改善子流程，而不是整个护理过程的整个周期。在一个复杂的过程中，如果一个子过程在不关注整个过程的情况下得到改进，那么结果就是次优化 - 一个子过程的改进不会导致整个过程的改进，并且会预料会产生意想不到的后果。

应用基于价值的临床质量改进（CQI）原则将原则应用于可定义患者护理流程的整个护理周期中，证明了复杂系统科学在疝气治疗中的应用。理想情况下，需要多学科团队确定最可能影响测量特定护理过程价值结果的适当因素（患者和治疗变量）。通过确定应收集哪些数据点和结果度量，团队正在提供计划，以便进行计算 - 一个提供数据分析和数据可视化的计算机程序。然后，该团队试图解释分析和数据可视化的重要性，以产生改进衡量价值的结果的想法。这个提供数据编程的团队的例子，一个计算机程序，根据输入的数据提供各种数据分析和可视化，然后同一个人员团队然后解释输出并使用它来产生改进患者护理过程的想法，这是一个可以称为人工智能的人机协作的例子（图2.1）。如果知道规则和答案并且不改变，计算机在竞争中击败人类变得非常强大。 IBM成功展示了他们的计算机能力，击败了世界上最好的国际象棋选手（IBM的Deep Blue vs. Garry Kasparov）和Jeopardy最伟大的冠军（IBM的Watson vs. Ken Jennings和Brad Rutter），表明计算能力已经超过了最伟大的人类在这些领域的头脑。但这并不意味着成为人工智能的最大潜在应用。人工智能的真正潜力在于发现尚未应用于提高特定过程价值的新想法，创新和应用。在疝气病例中，我们已经产生了很多尝试改善患有腹疝患者护理价值的例子。我们将阐明拥有一个专门团队的方法和影响（包括来自患者和家属的输入），他们确定用于计算机分析的因素和结果措施，以及如何将数据分析和数据可视化的输出解释为产生基于价值的想法，以改善结果。这是人工智能的一种应用，人工智能是人类团队和计算能力之间的共生关系，对医疗保健来说也是如此。随着世界变化的步伐不断加快，这种复杂的系统科学医疗方法将变得越来越重要。


图. 2.1  适用于医疗保健的人工智能的人机共生图例。 人员团队确定了文本（病人护理流程）并规划了需要分析的数据和结果，计算机可以执行各种分析并生成可视化文件，然后人员团队将分析和可视化解释为流程改进提供思路

2.2        应用于腹疝的CQI的例子

2.2.1        一个以病人为中心的改进想法（消除腹壁引流管的使用）

作为作者Hernia CQI计划的一部分，作者定期获得疝气患者及其家属的反馈和意见，以获得改善的想法。对于接受腹壁重建（AWR）的患者使用CQI几年后，作者认识到许多患者对AWR期间作者经常放置的腹壁引流管有非常负面的经验。患者不喜欢引流管的刺激，不适和麻烦，特别是当他们不得不在医院外管理他们时。甚至有一位患者在引流管离开皮肤的部位发生感染，而在实际切口部位没有问题。为了应用过程改进，作者的疝气团队进行了文献检索，发现了整形外科医生在腹壁成形术手术中开发的技术，这些技术导致消除了腹壁引流，这证明了更好的伤口并发症如感染，血液和血清。

已经开始采用技术来减少皮瓣的抬高 - 首先使用内窥镜方法进行外部斜向分量分离，然后使用腹横肌释放（TAR）方法。 作者增加了宽皮肤和软组织切除的技术，包括切除脐部，使用分层绗缝（也称为张力减轻）缝合线来消除死腔和皮肤闭合的紧张。 在某些情况下，这包括倒置的T（鸢尾花）切口。 尽管这确实增加了手术时间（一种新的改善机会），但在过去3年中，在不使用单次引流的情况下，伤口并发症的发生率显著降低。

用来评估消除排水渠影响的主要数据分析工具称为因子分析。一般来说，因素分析会产生一个正数和负数之间的数字。数字越正确，因素与被测量的因素之间的相关性越正。如果数字是负数，则数字越接近负数，该因数与所测数据之间的负相关越强。因子分析产生加权相关性，并试图确定哪些因素对确定特定过程的价值的确定的结果测量值最有贡献，在本例中为腹疝。在进行因素分析以确定导致不良结局的因素时，排水管的使用与不良结局具有高度的加权相关性（+.875）（LOS增加，阿片类药物使用增加以及术后并发症发生率增加） 。该因子分析支持在应用上述技术过程改进之后，在作者的AWR患者过程中不使用排水管的持续实践。

2.2.2  最大限度地减少疼痛和增强恢复（多模式努力）

阿片类药物相关并发症和慢性阿片类药物的使用和增加问题现在已成为全国性流行病，对话已向公众媒体报道了许多与处方类阿片药物有关的不幸死亡事件。 据估计，约12分之一的选择性手术患者可能由于使用他们的术后疼痛药物处方而对阿片类药物上瘾。

有了这种动机和患者的观点，认为从主要手术中感受疼痛或感觉恶心和呕吐是术后使用阿片类药物的副作用并不是一个好的经验，作者的疝气团队在过程改进方面进行了许多尝试，重点是围术期疼痛管理和增强恢复，最大限度地减少阿片类药物的使用。与麻醉医师合作，使用多种药物包括长效局部麻醉药（布比卡因脂质体）和短效局部麻醉药（布比卡因），实施术前腹横肌平面（TAP）阻滞。此外，其他消炎药也被用作阻滞的一部分，并在术中通过静脉途径。随着时间的推移，对于大型腹壁重建患者，增加了一个含有布比卡因脂质体的术中阻滞，腹腔镜腹疝修复患者，建立了一个低压气腹系统来解决内脏疼痛问题，腹壁不能充分解决这个问题用于解决躯体疼痛的块。此领域的其他过程改进想法包括更积极地尝试为患者进行包括体重减轻，戒烟和营养，体格，医疗甚至精神健康/社交/精神和情绪优化等手术。对疼痛的感知是一种非常复杂的生物相互作用，如果患者的恐惧和情绪问题（如PTSD）在手术前得到解决，患者的亚群可能会经历较少的疼痛。作者也试图在设定术后疼痛预期和适当减少阿片类药物使用量方面做得更好。当作者解释使用阿片类药物作为术后疼痛控制的唯一或主要方法的潜在缺点时，大多数患者都明白。作者的疝病人护理管理人员完成了大部分的咨询工作，并且有很多来自以前患者的例子，以帮助患者理解为什么我们想要实现这些概念以尝试改善结果。


图. 2.2  显示患者情绪复杂性的因素分析（C情绪）与不良结果（例如增加的住院时间并发症和总阿片类药物使用的增加）具有高度正相关（因子1排+0.741）

实际上，作者的患者护理主管确定，患者的术前情绪状态可能会影响作者的疝气方案的结果。大约5年前，开始主观评估我们患者的情绪状态 - 低，中或高情绪复杂性。情绪问题很少或没有情绪问题的患者评分较低，中度问题患者为中等，而那些存在重大问题的患者，如记录明确的诊断或表现出严重焦虑或创伤后应激障碍，被认为情绪复杂性高。大约一年后，当我们进行因子分析时，我们了解到，术前患者的情绪状态是与不良结果相关的加权可修改因子最高，对这些结果的贡献远大于BMI，吸烟或糖尿病（图2.2）。从那时起，我们一直在实施术前咨询，心理评估和治疗，并为这个亚群患者提供社会支持需求。我们还与社会科学家和其他社会服务专业人士合作，改进和使我们的术前工具更加客观，以更好地识别和分类这些患者群体。

通过对阿片类药物节省疼痛控制和加强康复的过程改进进行多次多式联合尝试，我们发现PACU时间，PACU中停留时间和阿片类药物总使用以及总住院时间显著减少。腹腔镜重建术（AWR）患者不需要使用阿片类止痛药物的患者百分比上升至约33％，腹腔镜腹疝修补术患者的百分比上升至60％以上。同样，在手术当天或腹腔镜腹疝修补术后第1天出院的患者中，现在有更大比例的患者出院，并且在AWR后3天或更短时间内（全部不用引流管），几乎有40⁜％的患者现在被放电。在实施过程改进之前，只有一名患者在术后第3天回家（在3天或更短时间内出院的比例低于5％）。随着我们继续应用线性和非线性分析工具（如因子分析），我们可以继续查看哪些因素对结果贡献最大（或最小）。在最近的一项因子分析中，几项改善过程的尝试，如长效局麻药块，消除排水管和低吹气压力，随着时间的推移，其结果与改善结果高度呈正相关。

2.2.3        了解价值的成本组成部分（衡量实际成本的挑战）

在试图定义疝病人护理过程的价值测量时收集最难的结果措施是整个护理周期的成本。疝气治疗的大部分费用通常在手术和住院期间进行。对于医院来说，在整个住院期间为患者护理过程收取成本（称为基于活动的会计）是理想的。但医院使用一种称为成本会计的方法，其中成本由医院部门分配，而不是由患者护理过程分配。在成本会计中，医院通常会将所有成本汇总为直接成本（所有患者的实际护理成本）和间接成本（非临床相关成本，如管理费用和非临床工资）。为了内部目的，医院将有多种配方为每位患者分配直接和间接费用，但实际上并没有收集或了解每位患者的实际护理费用。医院住院期间病人收到的医院账单实际上与护理的实际成本几乎没有关系。该账单由收费管理员产生，该收费员通过记录患者住院时的逐项尝试生成账单。病人的住院费用是非常不准确的，通常会列出看似荒谬的物品的费用。了解医院收费与实际护理费用无关，并且不应将其用作衡量患者护理流程价值的费用之一，这一点很重要。

为了获得真正的价值衡量标准，对质量和患者视角的评估需要对护理成本进行合理评估。在基于活动的会计可用之前，衡量成本的最简单方法是将医院分配给每个患者住院期间的直接成本和间接成本的估计结合起来。尽管成本是一项挑战，但如果不知道（或者至少有合理的估计）实际成本，就无法获得真正的价值衡量。当已知实际报销并知道总费用估算时，可以为特定患者护理流程计算医院利润率。对于大多数疝气治疗，由于与其他手术方法相比疝气手术费用低，医院边际费用是负面的，并且由于一些疝网的费用和复杂腹疝相对较高的并发症率维修。我们发现，除了对患者的价值之外，包括衡量医院利润率并尝试改进流程以改善医院的财务结果可以帮助医院管理部门参与CQI工作。有些人选择仅考虑直接成本，不适用非临床间接费用（间接）费用估算。从医院总费用中扣除的直接费用的计量称为缴费边际。

我们选择在将财务指标应用于我们的CQI项目时使用总成本和总利润率，以便与医院更好地合作，并认识到如果我们要在医疗保健方面具有财务可持续性，则需要考虑所有医院成本。

2.3        这些工具在当地疝气项目中的应用

将这些概念应用于任何疝气治疗团队需要一段时间才能见面，对数据存在的位置有一定的了解（如果存在的话）以及医院方面的一些承诺，以帮助访问数据并允许贡献的人到每个当地环境（手术室工作人员，场地工作人员等）的整个疝病人护理周期都可以不时查看结果并帮助为尝试过程改进提供想法。 如上所述，理想情况下，医院将与疝气团队合作，为每个患者的每个过程中的实际成本做出更好更好的估计。 这可能会更准确地收集数据，尽管如果过去曾接受过照护的患者的数据是可用的，那么这可能是一个很好的数据集，作为激发尝试过程改进的第一套想法的起点。

我们目前应用这些原则的一般方法包括初步的多学科会议，我们将定义我们将要开展的关怀过程，确定过程中我们认为将对结果做出贡献的因素，并确定将成为衡量每个特定病人护理过程的价值。 对于腹疝过程，我们着眼于患者的人口统计学因素，例如性别，BMI，既往疝修补的次数，活动伤口的存在以及患者的情绪状态。 我们还确定了我们认为可能会影响结果的过程或治疗因素，如使用局麻药块，网片类型，术中局麻药块的使用以及腹腔镜手术中使用的二氧化碳气体的压力。 衡量腹疝过程价值的结果包括成本，停留时间，阿片类药物使用，伤口并发症，复发，生活质量恢复等。

当数据点被识别时，我们会到所有可能被发现的数据库 - 医生和医院EMR，麻醉记录，医院财务系统等。我们通常会进行1个月的数据集测试 看看我们是否认为数据收集机制能够生成正确的患者群并生成相当准确的数据。 通常，需要填补一些空白，特别是从实际手术过程中收集的特定数据点的数据以及长期随访的数据。 为了具体解决这两个差距，我们开发了表单，或者快速表单和后续表单，以进行记录。


图. 2.3  或腹腔镜腹疝修补的快速形式 - 这种方法可以更有效地收集这两个区域实际手术操作数据的差距（图2.3）。在数据集测试看起来不错之后，我们将收集定义的前一个时间段的数据，1年或更长时间，具体取决于每个流程的案例数量。在分析20-30例病例后，开始出现有意义的见解，因此通常不需要获得数百例过去的病例。查找数据并将其置于上下文中需要时间和一些资源，因此获取最少量的案例和数据可生成可操作的洞察以提高价值。一旦过程改进的想法是从以前的案例分析中产生的，那么数据就会在新病人经历这个过程时被收集，并且随着新潜在过程改进的想法被实施。会议将讨论结果和计算机生成的数据分析和可视化定期举行，以产生改进的新想法。通常情况下，我们每月召开一次会议，每季度通过非线性分析和数据可视化对数据进行更深入的研究。我们会定期邀请更多人参加聚会，并提出他们的观点和想法，以改善我们的护理流程。生产和销售作为患者护理流程中的因素的药物和设备的前病人，家属和行业合作伙伴的团体每年都会参加其中一到两次会议。从复杂系统科学应用于医疗保健的CQI原则的应用永无止境。从理论上讲，总是可以有所改进，变化正在以更快，更快的速度发生。因此，将来理解和应用这些原则将变得越来越重要。当应用于疝气疾病和整个医疗系统时，可实现基于量化和提高价值的可持续医疗保健系统的潜力，而不是基于数量。

2.4        概要

将复杂的系统科学应用于疝气和一般的医疗保健领域尚处于起步阶段。 但是，我们不能继续使用相同的方法来照顾病人，我们过去期望实现可持续的全球医疗体系的理解正在快速增长。 越来越明显的是，我们需要从基于数量的医疗体系转变为基于价值的医疗体系。 要做到这一点，我们需要学习如何在可定义的患者护理过程中衡量和提高价值。 本章描述的应用于疝疾病的复杂系统科学原理，包括使用人机智能来生成和应用想法来改善基于价值的结果，可以形成可持续的医疗保健系统。

参考：Textbook of Hernia