Stochastic scheduling of operating rooms and reusable medical devices: a simulation optimization approach

Abstract

Health care expenditures are expected to grow every year, and more than 40% of a hospital's total expenses and revenues are generated by surgical surgeries. One of the major resources required during surgeries are reusable medical devices (RMDs). RMDs are surgical instruments utilized during surgeries which have to be reprocessed by thorough cleaning followed by high-level disinfection or sterilization after each use. RMDs have to be planned with operating rooms (ORs) concurrently since insu cient RMDs may cause delays in surgery starting times. However, management of RMD sterilization stage is nontrivial. First, RMDs are sent to sterilization service at different times due to diferent finishing times of surgeries during a day. Second, the decision of how to load the sterilization machines, i.e., how to batch RMDs, is a complicated one. Lastly, time spent during sterilization has to be considered during scheduling of ORs since an surgery cannot start without the required number of RMDs. In this thesis, we study the integrated scheduling of ORs and sterilization of RMDs under stochastic surgery durations. We propose a simulation optimization approach to tackle with this problem, and through numerical studies show that our approach could lead to significant (15% on average) cost savings in compare to deterministic approaches for a hospital.Sağlık hizmeti harcamalarının her yıl artması beklenmektedir. Hastanelerin harcama ve gelirlerinin 40% da ameliyatlar sonucunda oluşur. Ameliyatlar sırasında ihtiyaç duyulan en önemli kaynaklardan biri tekrar-kullanımlık tıbbi cihazlardır(reusable medical device, RMD). Ameliyatlar sırasında kullanılan RMD'ler, her işlem sonrasında detaylıca temizlenmek ve sonrasında da dezenfekte veya sterilize eldilmek zorundadır. RMD'lerin yetersizliği, ameliyatların başlama zamanlarının gecikmesine sebep olacağından RMD'lerin sterilizasyonu ameliyathanelerle eşzamanlı olarak planlanmalıdır. Ancak, RMD'lerin sterilizasyon aşamasının yöntemi kolay değildir. İlk olarak, gün boyunca farklı ameliyatlarda kullanıldıklarından, RMD'ler sterilizasyon servisine farklı zamanlarda gönderilir. İkinci olarak, sterilizasyon makinalarına RMD'lerin nasıl yükleneceği (ör. RMD'lerin nasıl gruplanacağı) kararı zor bir karardır. Son olarak da yeterli sayıda RMD olmadan ameliyata başlanamayacağından, sterilizasyonda harcanacak zaman ameliyathanelerin çizelgelenmesiyle birlikte dikkate alınmalıdır. Bu tezde, stokastik ameliyat süreleri altında ameliyathanelerin entegre planlanması ve RMD'lerin sterilizasyonu incelenmişstir. Bu problemin çözümü için bir simülasyon optimizasyon yaklaşımı önerilmiştir ve sayısal araştırmalar yoluyla yaklaşımımızın deterministik yaklaşımlarla karşılaştırıldığında bir hastane için önemli (ortalama 15%) maliyet tasarrufu sağlayabileceği gösterilmiştir.