Improving Patient Safety, Patient Flow and Physician Well-Being in Emergency Departments

Over 151 million people visit US Emergency Departments (EDs) annually. The diverse nature and overwhelming volume of patient visits make the ED one of the most complicated settings in healthcare to study. ED overcrowding is a recognized worldwide public health problem, and its negative impacts include patient safety concerns, increased patient length of stay, medical errors, patients left without being seen, ambulance diversions, and increased health system expenditure. Additionally, ED crowding has been identified as a leading contributor to patient morbidity and mortality. Furthermore, this chaotic working environment affects the well-being of all ED staff through increased frustration, workload, stress, and higher rates of burnout which has a direct impact on patient safety. This research takes a step-by-step approach to address these issues by first forecasting the daily and hourly patient arrivals, including their Emergency Severity Index (ESI) levels, to an ED utilizing time series forecasting models and machine learning models. Next, we developed an agent-based discrete event simulation model where both patients and physicians are modeled as unique agents for capturing activities representative of ED. Using this model, we develop various physician shift schedules, including restriction policies and overlapping policies, to improve patient safety and patient flow in the ED. Using the number of handoffs as the patient safety metric, which represents the number of patients transferred from one physician to another, patient time in the ED, and throughput for patient flow, we compare the new policies to the current practices. Additionally, using this model, we also compare the current patient assignment algorithm used by the partner ED to a novel approach where physicians determine patient assignment considering their workload, time remaining in their shift, etc. Further, to identify the optimal physician staffing required for the ED for any given hour of the day, we develop a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model where the objective is to minimize the combined cost of physician staffing in the ED, patient waiting time, and handoffs. To develop operations schedules, we surveyed over 70 ED physicians and incorporated their feedback into the MILP model. After developing multiple weekly schedules, these were tested in the validated simulation model to evaluate their efficacy in improving patient safety and patient flow while accounting for the ED staffing budget. Finally, in the last phase, to comprehend the stress and burnout among attending and resident physicians working in the ED for the shift, we collected over 100 hours of physiological responses from 12 ED physicians along with subjective metrics on stress and burnout during ED shifts. We compared the physiological signals and subjective metrics to comprehend the difference between attending and resident physicians. Further, we developed machine learning models to detect the early onset of stress to assist physicians in decision-making

Redesigning the Barranquilla's public emergency care network to improve the patient waiting time

Tesis por compendio[ES] La oportunidad en la atención es uno de los críticos de mayor relevancia en la satisfacción de los pacientes que acuden a los servicios de Urgencias. Por tal motivo, las instituciones prestadoras de servicio y las organizaciones gubernamentales deben propender conjuntamente por una atención cada vez más oportuna a costos operacionales razonables. En el caso de la Red Pública en Servicios de Urgencias de Barrannquilla, compuesta por 8 puntos de atención y 2 hospitales, la tendencia marca un continuo crecimiento de la oportunidad en la atención con una tasa de 3,08 minutos/semestre y una probabilidad del 93,13% de atender a los pacientes después de una espera mayor a 30 minutos. Lo anterior se constituye en un síntoma inequívoco de la incapacidad de la Red para satisfacer los estándares de oportunidad establecidos por el Ministerio de Salud, hecho que podría desencadenar el desarrollo de sintomatologías de mayor complejidad, el incremento de la probabilidad de mortalidad, el requerimiento de servicios clínicos más complejos (hospitalización y cuidados intensivos) y el aumento de los costos asociados al servicio. En consecuencia, la presente tesis doctoral presenta el rediseño de la Red Pública en Servicios de Urgencias anteriormente mencionada a fin de otorgar a la población diana un servicio eficiente y altamente oportuno donde tanto las instituciones prestadoras del servicio como los organismos gubernamentales converjan efectivamente. Para ello, fue necesaria la ejecución de 4 grandes fases a través de las cuales se consolidó una propuesta orientada al desarrollo efectivo y sostenible de las operaciones de la Red. Primero, se caracterizó la Red Pública de Servicios de Urgencias en Salud considerando su comportamiento actual en términos de demanda y oportunidad de la atención. Luego, a través de una revisión sistemática de la literatura, se identificaron los enfoques metodológicos que se han implementado para la mejora de la oportunidad y otros indicadores de rendimiento asociados al servicio de Urgencias. Posteriormente, se diseñó una metodología para la creación de redes de Urgencias eficientes y sostenibles la cual luego se validó en la Red Pública sudamericana a fin de disminuir la oportunidad de atención promedio en Urgencias y garantizar la distribución equitativa de los beneficios financieros derivados de la colaboración. Finalmente, se construyó un modelo multicriterio que permitió evaluar el rendimiento de los departamentos de Urgencia e impulsó la creación de estrategias de mejora focalizadas en incrementar su respuesta ante la demanda cambiante, los críticos de satisfacción y las condiciones de operación estipuladas en la ley. Los resultados de esta aplicación evidenciaron que los pacientes que acceden a la Red tienden a esperar en promedio 201,6 min con desviación de estándar de 81,6 min antes de ser atendidos por urgencia. Por otro lado, de acuerdo con la revisión de literatura, la combinación de técnicas de investigación de operaciones, ingeniería de la calidad y analítica de datos es ampliamente recomendada para abordar este problema. En ese sentido, una metodología basada en modelos colaterales de pago, simulación de procesos y lean seis sigma fue propuesta y validada generando un rediseño de Red cuya oportunidad de atención promedio podría disminuir entre 6,71 min y 9,08 min con beneficios financieros promedio de US$29,980/nodo. En último lugar, un modelo compuesto por 8 criterios y 35 sub-criterios fue diseñado para evaluar el rendimiento general de los departamentos de Urgencias. Los resultados del modelo evidenciaron el rol crítico de la infraestructura (Peso global = 21,5i garantir la distribució equitativa dels beneficis financers derivats de la col´laboració. Finalment, es va construir un model multicriteri que va permetre avaluar el rendiment dels departaments d'Urgència i va impulsar la creació d'estratègies de millora focalitzades en incrementar la seva resposta davant la demanda canviant, els crítics de satisfacció i les condicions d'operació estipulades en la llei. Els resultats d'aquesta aplicació van evidenciar que els pacients que accedeixen a la Xarxa tendeixen a esperar de mitjana 201,6 min amb desviació d'estàndard de 81,6 min abans de ser atesos per urgència. D'altra banda, d'acord amb la revisió de literatura, la combinació de tècniques d'investigació d'operacions, enginyeria de la qualitat i analítica de dades és àmpliament recomanada per abordar aquest problema. En aquest sentit, una metodologia basada en models col´laterals de pagament, simulació de processos i llegeixin 6 sigma va ser proposada i validada generant un redisseny de Xarxa la oportunitat d'atenció mitjana podria disminuir entre 6,71 min i 9,08 min amb beneficis financers mitjana d'US$ 29,980 / node. En darrer lloc, un model compost per 8 criteris i 35 sub-criteris va ser dissenyat per avaluar el rendiment general dels departaments d'Urgències. Els resultats de el model evidenciar el paper crític de la infraestructura (Pes global = 21,5%) en el rendiment dels departaments d'Urgència i la naturalesa interactiva de la Seguretat de l'Pacient (C + R = 12,771).[EN] Waiting time is one of the most critical measures in the satisfaction of patients admitted within emergency departments. Therefore, hospitals and governmental organizations should jointly aim to provide timely attention at reasonable costs. In the case of Barranquilla's Pubic Emergency Service Network, composed by 8 Points of care (POCs) and 2 hospitals, the trend evidences a continuous growing of the waiting time with a rate of 3,08 min/semester and a 93,13% likelihood of serving patients after waiting for more than 30 minutes. This is an unmistakable symptom of the network inability for satisfying the standards established by the Ministry of Health, which may trigger the development of more complex symptoms, increase in the death rate, requirement for more complex clinical services (hospitalization and intensive care unit) and increased service costs. This doctoral dissertation then illustrates the redesign of the aforementioned Public Emergency Service Network aiming at providing the target population with an efficient and highly timely service where both hospitals and governmental institutions effectively converge. It was then necessary to implement a 4-phase methodology consolidating a proposal oriented to the effective and sustainable development of network operations. First, the Public Emergency Service Network was characterized considering its current behavior in terms of demand and waiting time. A systematic literature review was then undertaken for identifying the methodological approaches that have been implementing for improving the waiting time and other performance indicators associated with the emergency care service. Following this, a methodology for the creation of efficient and sustainable emergency care networks was designed and later validated in the Southamerican Public network for lessening the average waiting time and ensuring the equitable distribution of profits derived from the collaboration. Ultimately, a multicriteria decision-making model was created for assessing the performance of the emergency departments and propelling the design of improvement strategies focused on bettering the response against the changing demand conditions, critical to satisfaction and operational conditions. The results evidenced that the patients accessing to the network tend to wait 201,6 min on average with a standard deviation of 81,6 min before being served by the emergency care unit. On the other hand, based on the reported literature, it is highly suggested to combine Operations Research (OR) methods, quality-based techniques, and data-driven approaches for addressing this problem. In this sense, a methodology based on collateral payment models, Discrete-event simulation, and Lean Six Sigma was proposed and validated resulting in a redesigned network whose average waiting time may diminish between 6,71 min and 9,08 min with an average profit US$29,980/node. Lately, a model comprising of 8 criteria and 35 sub-criteria was designed for evaluating the overall performance of emergency departments. The model outcomes revealed the critical role of Infrastructure (Global weight = 21,5%) in ED performance and the interactive nature of Patient Safety (C + R = 12,771).Ortíz Barrios, MÁ. (2020). Redesigning the Barranquilla's public emergency care network to improve the patient waiting time [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/156215TESISCompendi