Une méthodologie de modélisation pour les systèmes hospitaliers

Michelle CHABROL, Michel GOURGAND, Sophie RODIER
Université Blaise Pascal, LIMOS CNRS UMR 6158, Clermont-Ferrand, France
{chabrol, gourgand, rodier}@isima.fr
Les systèmes hospitaliers, entrant dans une logique de gestion d’entreprise,
réfléchissent à de nouvelles organisations de leurs structures afin de répondre aux
objectifs de diminution des coûts, de satisfaction des patients, de gestion du temps
qui leurs sont fixés. L’application de la tarification à l’activité oblige les hôpitaux
publics à envisager un contrôle rigoureux de leurs processus pour limiter leurs
dépenses et optimiser leur fonctionnement général. Pour cela, les structures
hospitalières ont besoin d’outils de gestion et d’aide à la décision adaptés à leurs
spécificités. Pour concevoir de tels outils, il est nécessaire de mener une réflexion
sur les approches et les méthodes de modélisation, étape indispensable pour la
formalisation de la connaissance de tout système.
Mots clés : Modélisation, Méthodologie, Systèmes hospitaliers..
Introduction
Les travaux présentés dans cet article se pla-
cent dans le cadre du Nouvel Hôpital Estaing
(NHE) de Clermont-Ferrand ouvert depuis le
printemps 2010. L’ouverture de ce nouvel
hôpital offre au Centre Hospitalier Universi-
taire de Clermont-Ferrand la possibilité d’in-
nover dans l’organisation de ses activités. Sur
la base d’un principe de partage de moyens et
de regroupement des services actuellement
éclatés sur une structure pavillonnaire le NHE
s’est fixé comme objectifs d’améliorer la qua-
lité de prise en charge et le confort des patients
(90% des chambres seront à un lit) et de s’a-
dapter à l’évolution permanente de la
médecine.
Une nouvelle structure et une nouvelle orga-
nisation imposent de repenser l’ensemble des
processus afin qu’ils évoluent en accord avec
cette structure et cette organisation.
Pour accompagner les soignants dans cette
démarche, la direction du CHU a souhaité dis-
poser d’outils d’aide à la décision permettant
de couvrir l’ensemble des horizons temporels
stratégique, tactique et opérationnel.
L’objectif principal de ces outils est de pou-
voir agir :
•en amont sur le dimensionnement de la
structure en termes d’effectif, sur la mise en
place et la comparaison de règles d’organi-
sation en termes de planning et d’affectation
des ressources, de gestions des flux (hu-
mains, matériel, d’information) ;
•pendant le fonctionnement du système pour
faire évoluer et adapter les règles d’organi-
sation et d’affectation des ressources et réa-
gir aux événements aléatoires ;
•en aval pour évaluer la performance du sys-
tème.
Avant tout accompagnement au changement
et conception d’outils d’aide à la décision, il
convient de comprendre le système existant et
d’appréhender au mieux le système futur.
Pour cette raison, le recueil et la spécification
de la connaissance sont des phases capitales
dont la qualité et le détail sont primordiaux
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Une méthodologie de modélisation
pour les systèmes hospitaliers :
Application au Nouvel Hôpital Estaing
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pour la conception d’outils d’aide à la
décision.
Pour formaliser la connaissance du NHE et
concevoir des outils d’aide à la décision, nous
avons choisi de suivre la méthodologie ASCI
(Analyse, Spécification, Conception, Implan-
tation) que nous présentons après avoir donné
un aperçu de la littérature sur les études liées
aux systèmes hospitaliers et sur les méthodes
et outils les plus couramment employés. Afin
d’illustrer nos propos, nous présentons
ensuite l’application de cette méthodologie
sur des services du NHE.
Revue de la littérature
Le patient, élément central de tout système
hospitalier, induit des flux matériels, humains,
financiers et génère de la valeur. (Dallery,
2004) propose les différentes décompositions
des flux physiques (Fontant et al., 2003), d’in-
formation (Bounekkar et al., 2004) et finan-
ciers d’un système hospitalier (Moedbeck et
al., 2004 ; Leclercq et al., 2003).
De nombreux travaux traitent de la modélisa-
tion, la simulation et l’optimisation des flux de
patients et ont pour objectifs, par exemple, de :
•diminuer les temps d’attente des patients ;
•optimiser l’utilisation des ressources ;
•planifier et ordonnancer un ensemble d’acti-
vités ;
•mesurer la satisfaction des patients ;
•…
Le (Chauvet, 2009) donne quelques exemples
de problèmes traités ces dernières années sur
les systèmes hospitaliers.
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Problèmes
traités Références
Modélisation,
simulation et
optimisation
Artiba A., Briquet M., Colin J., Dontaine A., Gourc D., Pourcel C., Stock R. (2004). Modélisation d’établissement de santé. 2ème
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Colin J., Briquet M., Schaefers J. (2003). Le patient, un client au centre des flux. 1ère conférence francophone en Gestion et
Ingénierie de Systèmes Hospitaliers (GISEH), Lyon.
Doheny, J.G., and Fraser J.L. (1996). MOBEDIC – A decision modelling tool for emergency situation,
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Ducq Y., Vallespir B., Doumeingts G. (2004). Utilisation de la méthodologie GRAI pour la modélisation, le diagnostic et la
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Faure S., Vermeulun B., Wieser P. (2003). Modélisation et réingénierie des systèmes hospitaliers. 1ère conférence francophone en
Gestion et Ingénierie de Systèmes Hospitaliers (GISEH), Lyon.
Hadges P., Bellou A., Grandhaye J.P., Bayad M. (2003). Modélisation de la prise en charge des patients du service des urgences.
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Health
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Vissers J.M.H. (1998). Health care management modelling: a process perspective.
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Système
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Hospitaliers (GISEH), Mons.
Fabbe-Costes N., Romeyer C. (2003). La traçabilité des activités de soins par les systèmes d’information hospitaliers : un constat
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Lyon.
Mesure de la
satisfaction
des patients
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Planification
des lits Akcali E., Côté M.J., Lin C. (2006). A network flow approach to optimizing hospital bed capacity decisions.
Health Care
Management Science
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Tableau 1 - Problèmes traités sur les systèmes hospitaliers.
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Etape indispensable à la simulation et à l’opti-
misation des systèmes, la modélisation fait
appel à des méthodes, formalismes et langa-
ges très divers. Nous les présentons briève-
ment suivant l’ordre de leur apparition dans la
littérature, en reprenant la classification
proposée dans (Vernadat, 1999).
De manière non exhaustive, on peut citer :
•l’approche cartésienne qui s’appuie sur l’a-
nalyse des fonctions que doit remplir le sys-
tème : CIMOSA (CIM Open System
Architecture) (Cimosa, 1993), GRAI
(Graphe de Résultats et Activités Interre-
liés) (Petit et Doumeingts, 2002), PERA
(Purdue Enterprise Reference Architec-
ture) (Williams, 1992), GERAM (Genera-
lised Enterprise Reference Architecture
and Methodology), (Geram, 1999), …
•l’approche systémique dans laquelle la mo-
délisation est abordée selon deux points de
vue complémentaires, les données et les
traitements : Merise, IDEF1x, le langage
Express.
•l’approche objet qui consiste à créer une re-
présentation informatique des éléments du
monde réel auxquels on s’intéresse, sans se
préoccuper de l’implémentation, ce qui si-
gnifie indépendamment d’un langage de
programmation. On peut citer la méthode
OMT de Rumbaugh, la méthode
BOOCH’93 de Booch, la méthode OOSE
de Jacobson et un langage plus récent dont
les trois méthodes précédemment citées
sont à l’origine, le langage UML (Unified
Modelisation Language) (Kim et al.
2003)…
•l’approche orientée processus qui semble
la plus naturelle pour la description des pro-
cessus hospitaliers et en particulier des par-
cours suivis par les patients. La norme ISO
9001 définie un processus comme un sys-
tème organisé d’activités qui utilise des res-
sources (personnel, équipement, matériels
et machines, matière première et informa-
tions) pour transformer des éléments en-
trants en éléments de sortie dont le résultat
final attendu est un produit. De nombreux
outils et langage sont orientés processus :
ARIS (Architecture of Integrated Informa-
tion Systems) (Sheer, 2001), SCOR (Sup-
ply Chain Operations Reference) (SCC,
2003), MECI (Modélisation d’Entreprise
pour la Conception Intégrée) (Pourcel et
Gourc, 2002)…
Dans des travaux récents (Hernandez-Matias
et al., 2008) énumère des outils et méthodes
pour l’analyse et la modélisation des systèmes
industriels en montrant que si chacun fournit
des solutions à plusieurs problèmes dans le
secteur manufacturier, aucun n’est suffisant
pour analyser et modéliser d’autres types de
systèmes complexes. Ce constat est valable
pour les systèmes hospitaliers dont la com-
plexité et les spécificités sont, par exemple,
liées à la nature même des clients : les patients
(parcours, règles de priorité, …). Le parcours
du patient dans le système va pouvoir évoluer
en fonction de l’état du patient mais égale-
ment de la disponibilité des ressources à l’ins-
tant t. Pour illustrer ces propos, citons
l’exemple d’une patiente prise en charge pour
un accouchement voie basse qui, suite à des
complications, finira par bénéficier d’une
intervention en urgence pour césarienne. De
même, les ressources humaines nécessaires
pour une opération élémentaire (niveau le plus
fin de découpage) sont le plus souvent fixes
dans un système de production et dépassent
rarement un à deux opérateurs pour une même
opération, alors que dans les systèmes hospi-
taliers, on peut avoir jusqu’à six opérateurs
pour une même opération élémentaire avec
des règles de gestion complexes en terme de
préférences et de priorités. Ces spécificités
doivent pouvoir être prises en compte dans le
langage de modélisation utilisé.
Après avoir recensé les problèmes liés aux
systèmes hospitaliers, nous en avons conclu
que les solutions apportées ne se limitaient
qu’à des problèmes spécifiques des systèmes
hospitaliers. De plus, comme le soulignent
(Jun et al., 1999), les travaux qui portent sur la
simulation de systèmes composés eux-mêmes
de plusieurs organisations ou systèmes,
comme cela est le cas pour un établissement
hospitalier, sont pratiquement inexistants.
Nous avons donc choisi de développer une
méthodologie de modélisation qui présente
des avantages en adéquation avec les difficul-
tés rencontrées par les hôpitaux. En effet, la
méthodologie de modélisation choisie
(ASCI) nous permet de comprendre et de
modéliser une structure hospitalière en utili-
sant différents outils et langages de modélisa-
tion permettant de s’adapter à la spécificité de
chacun des systèmes la composant.
Proposition d’une méthodologie
La méthodologie ASCI
La méthodologie ASCI (Gourgand et Kellert,
1991) est basée sur la conception :
•d’un modèle de connaissance dans lequel
est formalisée la connaissance du système ;
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•d’un ou plusieurs modèle(s) d’action (mo-
dèles informatiques) qui peuvent être
conçus à partir de modèles d’évaluation de
la performance (modèle analytique, modèle
de simulation), de méthodes d’optimisation
(modèle mathématique, …) ou d’un cou-
plage de modèles ;
•d’un modèle de résultats qui permet à partir
du modèle d’action d’obtenir les indicateurs
nécessaires pour aider à la décision et pou-
voir agir éventuellement sur le système
(structure, règles de fonctionnement).
La conception puis l’utilisation de ces modèles
pour la conception, la configuration, le pilotage
d’un système complexe constituent le proces-
sus de modélisation. Ce processus est itératif et
composé de quatre étapes (). Nous donnons sur
cette figure des exemples de méthodes, de lan-
gages et d’outils.
•La première étape permet de recueillir et for-
maliser la connaissance afin d’obtenir d’une
part le modèle de connaissance du système,
d’autre part un module de données permet-
tant d’alimenter les modèles d’action à ve-
nir.
•La seconde étape consiste à traduire le mo-
dèle de connaissance en vue d’obtenir un ou
plusieurs modèles d’action. Il pourra s’agir
par exemple de traduire le modèle de
connaissance dans un langage de simulation
ou encore en langage mathématiques si l’on
souhaite faire de l’optimisation.
•La troisième étape à passer du modèle d’ac-
tion au modèle de résultat qui est lui-même
élaboré en fonction des objectifs de la modé-
lisation. Il s’agira de déterminer et mettre en
forme les indicateurs, tableaux de bords
et/ou graphiques pertinents pour la prise de
décision.
•La dernière étape est celle de la prise de déci-
sion qui permet éventuellement d’agir sur le
système en modifiant le modèle de connais-
sance afin d’obtenir les résultats attendus
(ex : modification de règles de gestion, de rè-
gles d’affectation des ressources, de con-
traintes…).
Dans la section suivante, nous nous intéressons
plus particulièrement à la première étape de
recueil et formalisation de la connaissance. Les
autres étapes seront abordées dans la partie
expérimentation.
Les cinq niveaux descriptifs du modèle de
connaissance
Pour l’élaboration du modèle de connaissance
d’un système hospitalier nous proposons
(Chauvet, 2009) une décomposition hiérar-
chique du système en cinq niveaux descrip-
tifs () :
•Un hôpital étant divisé en pôles et en servi-
ces, la « structure générale » représente l’en-
semble des pôles avec leurs relations et
propose une vue d’ensemble du système
hospitalier.
•La « structure pôle » permet de montrer l’or-
ganisation en pôles. Un pôle est un regrou-
pement de services ayant des activités de
soins, de prévention, d’enseignement et de
recherche communes ou complémentaires.
Ils doivent être définis selon « une logique
de simplification et de déconcentration ». Ils
s’appuient sur des objectifs d’activité et de
qualité, fondés sur un projet partagé entre les
équipes et décliné dans le cadre d’un contrat
conclu avec la direction.
•Chaque pôle est composé de services : on re-
trouve des services administratifs, des servi-
ces de soins (la médecine générale, la
chirurgie, la neurologie, la pneumologie...),
des services techniques (les laboratoires, la
pharmacie…)… Le niveau « service » per-
met de donner l’ensemble des éléments qui
composent un service.
•Les « parcours patients » représentent l’en-
semble des activités lié à la pathologie des
patients (exemple : définition du processus
de prise en charge d’un patient atteint d’une
pathologie donnée). Son parcours est sché-
matisé à partir de son entrée dans le service
jusqu’à sa sortie. Son entrée dans le service
déclenche un ensemble de processus décidé
selon la nature des soins à apporter au pa-
tient. Son séjour peut donc engendrer diffé-
rents volumes de flux et différents niveaux
d’interventions de services ou d’acteurs ex-
ternes.
Figure 1 - Processus de modélisation.
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•Les « fonctions des acteurs » donnent l’en-
semble des activités des acteurs hospitaliers
(exemple : explications des activités de
l’IDE d’un service durant 24h). Elles sont
définies pour une journée d’un acteur pour
chaque service.
Langages et outils utilisés
La donne également les différents outils et lan-
gages utilisés dans le cadre du projet NHE pour
chacun des cinq niveaux.
Pour la formalisation et la spécification de la
connaissance, nous avons suivi deux appro-
ches :
•l’approche objet, avec le langage UML ;
•l’approche processus, avec l’utilisation des
langages ARIS et LAESH (Langage d’Ana-
lyse et d’Evaluation des Systèmes Hospita-
liers). Ils bénéficient notamment de
plusieurs formalismes avec lesquels nous
pouvons représenter, par exemple, les pa-
thologies des patients.
Niveaux 1, 2 et 3
ASCI préconise une décomposition systé-
mique du système étudié en trois sous-systè-
mes communicants :
•le Sous-Système Physique (SSP) définit
l’ensemble des ressources matérielles et hu-
maines physiques ;
•le Sous-Système Logique (SSL) est consti-
tué des flux que le système doit traiter, des
ensembles d’opérations concernant ces
flux ;
•le Sous-Système Décisionnel (SSD)
contient les règles de gestion et de fonction-
nement.
Nous effectuons une telle décomposition pour
les trois premiers niveaux du système étudié
(structure générale, pôle et service) à l’aide de
diagrammesdeclassesUML.
Niveau 4
Pour déterminer les parcours patients, une liste
des groupes de pathologie a été établie pour
que les acteurs médicaux puissent décrire les
différents groupes de pathologies composant
l’activité de leur service. Ce recueil de la
connaissance a été réalisé suivant une grille
afin de concevoir les parcours patients.
Cette grille est composée des étapes suivantes :
•Pré-entrée/Entrée : examens et activités réa-
lisés avant l’hospitalisation d’un patient.
•Hospitalisation : ensemble des activités liées
à une pathologie pour traiter un patient.
•Examens : ensemble des examens effectués
lors de l’hospitalisation d’un patient.
•Sortie du patient : le lieu de sortie du patient
après son hospitalisation.
•Suivi : les examens ou consultations après la
sortie pour contrôler l’évolution de la santé
du patient.
Pour chacune de ces étapes, des informations
complémentaires ont été recueillies sur le
déroulement des activités liées à la pathologie
d’un patient : le jour de l’hospitalisation, les
intervenants, le lieu, la durée de l’activité, le
temps hors du service…
La spécification de ces parcours a été réalisée
avec une approche processus en utilisant, selon
le système étudié, soit le langage ARIS et ses
Chaînes de Processus Evénementielles soit le
langage LAESH (Rodier, 2010).
Nous verrons dans la section suivante, les élé-
ments qui nous ont orientés pour le choix de
l’un ou l’autre des langages.
Niveau 5
Le cinquième niveau, composé des fonctions
des acteurs, décrit les activités des acteurs
hospitaliers réalisées durant vingt-quatre heu-
res. Pour un type d’acteur, toutes les activités
d’une journée sont décrites. Pour spécifier
cette connaissance, nous utilisons les arbres
de fonction du langage ARIS ou bien les dia-
grammes d’activités du langage UML.
Pour recueillir la connaissance, des entretiens
se sont déroulés en quatre étapes afin de tenir
compte de l’évolution des unités de soins du
système actuel vers une nouvelle structure :
•Conception des plannings journaliers de la
structure actuelle ;
•Validation des plannings actuels, évalua-
tion des changements organisationnels ;
•Réponses aux questions sur la nouvelle
structure avec la prise en compte des chan-
gements ;
•Validation des futurs plannings de la nou-
velle structure pour les acteurs hospitaliers.
Figure 2 - Organisation des 5 niveaux.
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