Valutazione di lungo termine delle strategie di pianificazione

dei blocchi operatoriA. Agnetis1, A. Coppi1, M. Corsini1,

G. Dellino2, P. Detti1, C. Meloni3, G. Murgia1, M. Pranzo1

1 Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università di Siena2 IMT Institute for Advanced Studies, Lucca

3 Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Politecnico di Bari

Il progetto GeRiCO - Gestione delle Risorse Critiche in ambito Ospedaliero

• Si propone di individuare, modellare, analizzare e ottimizzare i processi a maggiore criticità in ambito ospedaliero

• È condotto da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Siena

• Al progetto partecipano ASL 11 (Ospedale San Giuseppe - Empoli) e ASL 7 (Campostaggia – Poggibonsi)

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(PAR FAS Regione Toscana - Linea di Azione 1.1.a.3)

Il progetto GeRiCO

• Due filoni di ricerca principali:1. Analisi e ottimizzazione della fase di

pianificazione operativa del blocco operatorio• Progettazione del Master Surgical Schedule (MSS)• Selezione degli interventi di chirurgia elettiva

2. Problemi decisionali nei processi di trasporto sanitario• Definizione degli instradamenti dei veicoli• Sincronizzazione di veicoli e appuntamenti

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• Due filoni di ricerca principali:1. Analisi e ottimizzazione della fase di

pianificazione operativa del blocco operatorio• Progettazione del Master Surgical Schedule (MSS)• Selezione degli interventi di chirurgia elettiva

2. Problemi decisionali nei processi di trasporto sanitario• Definizione degli instradamenti dei veicoli• Sincronizzazione di veicoli e appuntamenti

Pianificazione blocchi operatori

a) Criteri per la definizione e gestione del programma operatorio nel corso dell’anno– obiettivo: calcolare in modo integrato MSS e

programma operatorio dettagliato, tenendo conto di diversi gradi di libertà

b) Con MSS fissato, risoluzione di SCAP integrato con il calendario delle disponibilità dei chirurghi– obiettivo: calcolare il programma operatorio e

raccordarlo con la preospedalizzazione, utilizzando i modelli in modalità rolling horizon

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a) Criteri per la definizione e gestione del programma operatorio nel corso dell’anno– obiettivo: calcolare in modo integrato MSS e

programma operatorio dettagliato, tenendo conto di diversi gradi di libertà

b) Con MSS fissato, risoluzione di SCAP integrato con il calendario delle disponibilità dei chirurghi– obiettivo: calcolare il programma operatorio e

raccordarlo con la preospedalizzazione, utilizzando i modelli in modalità rolling horizon

La pianificazione chirurgica

• Il blocco operatorio rappresenta una delle risorse più complesse e costose di un ospedale

• Avere sedute operatorie troppo piene o, al contrario, troppo corte porta in entrambi casi a costi aggiuntivi e/o sprechi

• La pianificazione chirurgica ha inoltre un impatto diretto sulla qualità del servizio al paziente, per cui va tenuto conto in modo adeguato dei tempi di attesa e dell’effettiva priorità dei vari interventi

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Programma operatorio

• La definizione del programma operatorio della settimana successiva consiste di due decisioni concomitanti ma distinte:

1. Assegnazione delle sedute operatorie alle varie specialistiche (Master Surgical Schedule Problem, MSSP)

2. Selezione di interventi (elettivi) dalle liste di attesa delle rispettive specialistiche (Surgical Case Assignment Problem, SCAP)

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____________________ 7

____________________

____________________

____________________

____________________

____________________

Lun Mar Mer Gio Ven

OR1

OR2

OR3

OR4

OR5

OR6

OrtopediaUrologia

MSS

SCAP

Ginecologia Day surgery

Chirurgia generale Otorinol.

Liste d’attesa

MSSP e SCAP

• Input: liste di attesa per ogni specialistica– Record:

• Output: programma (MSS+SCA) della chirurgia elettiva

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Specialistica: Day surgery

Case ID Data inserimento

Durata(min)

Classe di

priorità

Tempo attesa corrente (g) Due date

6210 15/06/201130 B 27 15/08/2011

Pull

• In un sistema di tipo pull, è la richiesta dei clienti che determina il rilascio di un servizio, ossia questo non è pianificato in anticipo

• “Nessuno dovrebbe produrre beni o servizi finché il cliente non li richiede”

[Womack and Jones 1996]

• Nel contesto del percorso chirurgico, la domanda dovrebbe pilotare il programma operatorio

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Obiettivi della ricerca• Progettare un modello di ottimizzazione per la

chirurgia elettiva compatibile con un flusso “tirato” dalla domanda (>>>pull)

• Valutazione costi/benefici relativamente all’impiego congiunto di due approcci:– Adottare un metodo per la selezione degli interventi dalle

liste di attesa basato sulla priorità, sulla loro durata e sulla data di ingresso in lista

– Adottare un MSS dinamico che consenta di inseguire la domanda modulando flessibilità e complessità organizzativa

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Drivers

• Efficienza: ottimizzare l’utilizzo delle sale operatorie

• Qualità del servizio: riduzione dei tempi di attesa e rispetto delle normative regionali

• Sicurezza: gli interventi a maggiore priorità (classe A) sono favoriti

• Sostenibilità: non deve richiedere risorse di calcolo costose o complesse

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Sullo scheduling delle sale operatorie esiste una vasta letteratura, in cui: • i problemi sono affrontati separatamente [Blake et al 2002, Van Houdenhoven et al. 2007, Sier et al. 1997…]• i problemi sono affrontati in modo sequenziale [Testi et al. 2007, 2009…] • recentemente, l’analisi ha incluso anche aspetti di integrazione col percorso chirurgico [van Berkel 2011, van Oostrum et al 2008, Evers et al 2010…]

Letteratura

MSS fisso• In molti casi, gli ospedali mantengono l’MSS

costante per un determinato periodo (mesi, un anno)– Permette una previsione più semplice dell’occupazione

dei posti letto prima e dopo l’intervento– Consente di avere schedule ripetitivi per i chirurghi e

per il personalema

– L’MSS non è collegato allo stato corrente delle liste di attesa

– Situazioni contingenti possono riflettersi in uno sbilanciamento tra liste di attesa

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1. Modello per MSS fisso

• Se l’MSS è fissato, solo l’assegnamento di operazioni deve essere deciso (SCAP)

• All’operazione i della specialistica s è possibile associare un punteggio (score) Kis

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Kis = Pis(90 − Ris)

Durata operazione (minuti)

Slack time (giorni)

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Durata di una seduta

Score

Il modello (di ottimizzazione matematica) seleziona gli interventi che massimizzano lo score complessivo nel rispetto dei vincoli di durata delle sedute

MSS dinamico

• Se l’MSS varia nel tempo, la capacità del blocco operatorio può adattarsi maggiormente all’andamento della domanda

• Valutare il tradeoff tra flessibilità e complessità organizzativa

• Deve essere accettato dal personale e i processi devono essere progettati in modo coerente

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2. Modello (totalmente) flessibile

• Un MSS diverso (con il corrispondente SCA) è calcolato “ex novo” ogni settimana

• Un modello di ottimizzazione determina l’MSS e congiuntamente seleziona gli interventi che massimizzano lo score complessivo, nel rispetto di un insieme di vincoli che riguardano, oltre alla durata delle sedute, anche limiti sulla tipologia di sedute e sulle caratteristiche delle sale operatorie

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Durata di una seduta

Min/max no. di sedute per ogni specialistica

Min/max no. Di sedute parallele per ogni specialistica

Score

3. Modello con cambi

• Una strategia intermedia tra quella fissa e quella totalmente flessibile è quella di permettere un numero limitato di cambi rispetto a un MSS di riferimento

• Un cambio consiste nel riallocare una seduta da una specialistica a un’altra

• La distanza tra due MSS è il numero di cambi che consentono di passare dall’uno all’altro

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3. Modello con cambi

• Change policy (b,): – L’ MSS rimane invariato per b settimane– Il nuovo MSS ha distanza al più dall’MSS di

riferimento

• Si può allora modificare il modello totalmente flessibile vincolando la ricerca a MSS che distano al più dall’MSS di riferimento

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3. Modello con cambi

• Domanda-chiave: Quanta flessibilità è necessaria per avere miglioramenti significativi nella qualità del servizio, mantenendo un accettabile livello di complessità organizzativa?

• L’idea è di valutare questo tradeoff simulando diversi scenari

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Case study

• L’analisi riguarda il blocco operatorio dell’Ospedale San Giuseppe di Empoli– Non tutte le specialistiche possono essere assegnate a

tutte le sale– Per le emergenze deve essere sempre disponibile una

sala vuota o una sala rapidamente liberabile (con una operazione breve in corso)

– Limiti sul numero di sedute settimanali per ogni specialistica, sui possibili assegnamenti di specialistiche alle sale, sul numero di sedute parallele per ciascuna specialistica etc

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Lun Mar Mer Gio Ven

OR1

OR2

OR3

OR4

OR5

OR6

DAY SURG.

CHIRURGIA

ORTOPED.

GINECOL. GINECOL. GINECOL.

DAY SURG. DAY SURG.

DAY SURG.

UROLOGIA UROLOGIA

ORTOPED. ORTOPED. ORTOPED.

ORTOPED. ORTOPED. . ORTOPED.

CHIRURGIA CHIRURGIACHIRURGIA

CHIRURGIAOTORINOL. OTORINOL.

MSS in uso

GINECOL.

OTORINOL.

ORTOPED. .ORTOPED.

.ORTOPED.

DAY SURG.

GIN./URO.

Change policies

• D(b,): l’MSS rimane lo stesso per un blocco di b settimane, alla fine delle quali sono consentiti al più cambi dall’ultimo MSS

• S(b,): l’MSS rimane lo stesso per un blocco di b settimane, alla fine delle quali l’MSS può essere sostituito da uno nuovo, avente distanza al più da un MSS di riferimento

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Change policies considerateFisso MSS fissoD(13,∞) un nuovo MSS ogni tre mesiD(4,2) due cambi alla fine di un blocco di

quattro settimaneD(1,1) un cambio a settimana dal MSS precedenteD(1, ∞) un nuovo MSS ogni settimanaS(1,1) un cambio a settimana rispetto a un MSS

dato (l’MSS attualmente in uso nell’ospedale)

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Esperimenti• Abbiamo osservato il comportamento del

sistema in 10 simulazioni annuali• Tasso di arrivo uguale a quello reale per ogni

specialistica• Tutte le simulazioni partono dalle liste di

attesa reali• Per ogni settimana si risolvono il modello fisso,

quello flessibile e quello con cambi, a seconda della change policy adottata

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Performance settimanale media – scenario base

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# op. # op. in rit.

% t.s. vuoti

tardiness media

Fisso 186 69 4,51% 12D(13, ) 192 63 0,99% 9

D(4,2) 194 50 0,10% 8D(1,1) 194 43 0,05% 7

D(1, ) 193 30 0,04% 7S(1,1) 189 60 3,13% 10

Performance settimanale media – scenario large-scale (12 sale)

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# op. # op. in rit.

% t.s. vuoti

tardiness media

Fisso 382 104 4,46% 10D(13, ) 386 97 0,50% 9

D(4,2) 387 91 0,04% 8D(1,1) 387 91 0,06% 8

D(1, ) 387 78 0,07% 7S(1,1) 380 118 1,89% 11

Liste finali vs. liste iniziali (base)

31

# op. # op. in rit.

tardiness media

Tempo attesa

Iniziale 1373 777 33 90

Fisso 1502 246 3 44

D(13, ) 1160 13 0 34

D(4,2) 1051 9 0 30

D(1,1) 1057 2 0 28

D(1, ) 1068 0 0 21

S(1,1) 1329 117 1 40

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# operazioni in ritardo

Ritardo medio

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# operazioni in lista di attesa finali

Conclusioni• Risolvere SCAP ogni settimana (perfino con MSS fisso) porta

sensibili benefici, tuttavia… • …qualsiasi change policy porta ulteriori miglioramenti in termini

di tutti gli indici• Una change policy dinamica risulta migliore di una statica, e non

vi sono enormi differenze tra diverse change policies dinamiche• Introdurre anche un piccolo livello di flessibilità produce

miglioramenti significativi nel tasso di utilizzo delle sale, nel bilanciamento delle liste e nella riduzione dei tempi di attesa

• Cambiare poco e spesso è meglio che cambiare molto ma di rado

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Ricerca in corso e futura

• Raffinamento dei modelli di allocazione, a includere aspetti stocastici come:• Pattern di domanda variabili nel tempo• Durate probabilistiche delle operazioni

• Integrazione con il percorso chirurgico:• Bed management• Pre-ospedalizzazione

• Sperimentazione sul campo

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