基于整数线性规划的肝脏配对交换匹配优化研究

《Scientific Reports》：Decision-support modelling for liver paired exchange integrating clinical thresholds and operational feasibility

　　

摘要

活体捐献者肝脏移植（LDLT）受到血型不兼容、移植物与受体体重比（GRWR）以及剩余肝脏体积（FRLV）的限制。借鉴肾脏移植的机制，肝脏配对交换（LPE）为扩大捐献者来源提供了新的策略，但其实施仍受手术、物流和伦理方面的挑战制约。我们构建了一个整数线性规划（ILP）模型，并使用OPL/CPLEX软件对其进行了优化，以在综合考虑临床和运营限制的情况下实现LPE的最佳配置。临床决策标准包括ABO血型兼容性、GRWR≥0.8以及FRLV≥30%。物流可行性通过同时或连续安排手术时间、中心间旅行距离≤250公里以及外科团队可用性来评估。我们利用已发表的LDLT和LPE项目中的临床参数分布，生成了一个包含20对不兼容捐献者与受体的模拟队列。应用该优化模型后，我们找到了6个符合条件的配对（占比30%），而在相同的临床标准和一对一分配规则下，随机分配的匹配率仅为12.5%（±4.3%）。所有模拟配对均满足ABO血型、GRWR和FRLV的阈值，同时也通过了物流可行性的筛选。这项研究表明，在优化框架中加入运营限制可以提高模拟LPE池中的匹配效率。该方法提供了一个透明且可复制的决策支持体系，移植中心可以据此进行调整并对其进行前瞻性评估。主要贡献包括：(i) 将LPE的物流可行性纳入整数线性规划模型；(ii) 通过模拟数据证明，优化算法能够识别出比随机分配更具临床和物流可行性的交换方案；(iii) 阐明了这一工具如何辅助而非替代多学科决策，以保障捐献者安全、提高受体存活率并优化机构运营能力。