Operating room planning and scheduling under uncertainty: Modeling, analysis and optimization

In ziekenhuizen is de operatiekamer meestal de grootste bron van inkomsten, maar ook verantwoordelijk voor een vergelijkbaar groot deel van de totale kosten van het ziekenhuis. Het heeft ook een grote invloed op de prestaties van het hele ziekenhuis. Daarom is een efficiënte planning van de operatiekamers (OKs) absoluut noodzakelijk. Dit proefschrift heeft tot doel belangrijke inzichten te verschaffen voor het efficiënt plannen van OK-capaciteit alsmede het plannen van operaties in een complex en onzeker operatiekwartier door gebruik te maken van verschillende methodologieën die voortkomen uit het veld van Operations Research en Management Sciences (OR/MS).

Geïnspireerd door de praktijksituatie in Universitaire Ziekenhuizen Leuven (een van de grootste ziekenhuizen in Europa), geeft hoofdstuk 2 een literatuuroverzicht over het vergelijken van poliklinische operatieplanning met intramurale operatieplanning op basis van de relevante literatuur gepubliceerd tussen 2000 en 2020. We stellen vast dat in veel ziekenhuizen de chirurgische activiteiten in een poliklinische setting behoorlijk effectief gepland kunnen worden , terwijl het een uitdaging is om OK-capaciteit te plannen in de meer onzekere en complexe intramurale setting. Op basis van het literatuuronderzoek stellen we een veelbelovende praktijk voor voor het efficiënt plannen van operaties in het intramurale operatiekwartier. Het bestaat eruit om electieve operaties op te splitsen in twee homogene groepen, d.w.z. de groep met meer voorspelbare operaties (MPS) en de groep met minder voorspelbare operaties (LPS), en vervolgens worden de MPS-operaties gepland in aparte OKs van de LPS operaties en de spoedoperaties.

Als vervolg in deze onderzoekslijn wordt in Hoofdstuk 3 uitvoerig de impact van een dergelijke opdeling met betrekking tot een verscheidenheid aan prestatiemaatstaven onderzocht door gebruik te maken van een simulatiestudie op een enkele discipline. Er is met name een volledig factorieel ontwerp uitgevoerd om de impact te onderzoeken van het variëren van ziekenhuis- en patiëntattributen op het potentiële voordeel van partitionering. De verkregen resultaten en bevindingen (bv. de opdeling met een gepaste verdeling van de chirurgische caseload tussen de twee subgroepen en met een overflow kan meer voordelen opleveren) zouden ons kunnen helpen om de voorgestelde praktijk in UZ Leuven te evalueren wanneer meer disciplines in beschouwing worden genomen.

In hoofdstuk 4 ontwikkelen we een ingewikkelder simulatiemodel dat rekening houdt met veel realistische kenmerken van het academisch ziekenhuis. Daarnaast is een heuristiek ontworpen om electieve operaties te verdelen in de MPS- en de LPS-groep door rekening te houden met zowel de variabiliteit van de operatieduur als de lengte van de operatieduur. Aan de hand van real-life data rapporteren we belangrijke bevindingen. Ten eerste kan partitionering (met overloop) de electieve wachttijden of het uitvalpercentage (in zowel de MPS- als de LPS-groep) aanzienlijk verminderen ten opzichte van pooling. Ten tweede, door de opsplitsing worden de wachttijden van spoedpatiënten iets verslechterd, terwijl de licht negatieve impact afneemt naarmate het aantal toegankelijke OKs groter is. Het voordeel van de opsplitsing voor electieve patiënten neemt toe met een grotere vraag van de patiënt. Ten derde, om beter te kunnen partitioneren, zouden OK-managers aandacht moeten besteden aan zowel een effectief gebruik van de beschikbare capaciteit als een hoge efficiëntie in de MPS-groep.

Anders dan de voorgaande hoofdstukken, gebruikt hoofdstuk 5 het Markov-beslissingsproces (MDP), lineair programmeren (LP) en simulatiemodellen om duidelijk inzicht te krijgen in het voordeel van een dergelijke opdeling op basis van een gestileerd OR-model. Bovendien verdeelt dit hoofdstuk de operaties per chirurg afzonderlijk in plaats van per discipline. Op basis van uitgebreide numerieke experimenten komen we tot belangrijke aanvullende bevindingen. Ten eerste vereist een betere verdeling zowel (1) een hogere bezetting in de MPS-OKs (gerelateerd aan een betere bin-packing-aard), als (2) een hoge efficiëntie in de MPS-groep (gerelateerd aan een kleinere variabiliteit in operatieduur). Wanneer de twee aspecten echter niet gelijktijdig kunnen worden bereikt, moet aan het eerste meer aandacht worden besteed dan aan het tweede. Ten tweede zou de resulterende actiemix van MDP/LP praktische en eenvoudige richtlijnen kunnen bieden voor het plannen van operaties in de werkelijkheid, doordat de planner goed weet hoeveel operaties er voor elk operatietype in verschillende cycli gepland moeten worden.

Over het algemeen verbetert partitionering (met overflow) de robuustheid van de operatieplanning doordat de meer voorspelbare operatiegroep efficiënt kan worden uitgevoerd en dat het algehele operatieschema robuust is tegen onzekere operatieduren en niet-electieve aankomsten. Op deze manier kan het ziekenhuis vertrouwen hebben in de meer voorspelbare groep (met als resultaat een vlottere ziekenhuislogistiek), en ook verpleegkundigen profiteren omdat hun vrije uren voorspelbaarder en stabieler zijn. Onze bevindingen kunnen OK-managers helpen om beter te partitioneren en de planning van operaties te begeleiden met betrekking tot het aantal operaties dat moet worden gepland voor elk type operatie in verschillende cycli. We tonen ook aan dat het gebruik van meerdere OR/MS-methodologieën zowel duidelijke als praktische inzichten biedt voor effectieve hulpmiddelenplanning in de gezondheidszorg.