Evaluating the capacity of clinical pathways through discrete-event simulation.

Organizing a medical facility efficiently is hard due to the numerous patient trajectories and their use of joint and scarce resources. Moreover, these trajectories tend to be complex and characterized by uncertain medical processes. In this paper, we will structure patient trajectories using clinical pathways and aggregate them in a discrete-event simulation model. This model enables the health manager to evaluate and improve important performance indicators, both for the patient and the hospital, by conducting a detailed sensitivity analysis. Two case studies, performed at large hospitals in Antwerp and Leuven (Belgium), will be introduced and briefly discussed in order to illustrate the generic nature of the model.Capacity management; Case studies; Discrete-event simulation; Health care operations; Processes; Structure; Simulation; Model; Performance; Indicators; Sensitivity; Studies; Hospitals; Belgium; Order;

A decision support system for surgery sequencing at UZ Leuven's day-care department.

In this paper, we test the applicability of a decision support system (DSS) that is developed to optimize the sequence of surgeries in the day-care center of the UZ Leuven Campus Gasthuisberg (Belgium). We introduce a multi-objective function in which children and prioritized patients are scheduled as early as possible on the day of surgery, recovery overtime is minimized and recovery workload is leveled throughout the day. This combinatorial optimization problem is solved by applying a pre-processed mixed integer linear programming model. We report on a 10-day case study to illustrate the performance of the DSS. In particular, we compare the schedules provided by the hospital with those that are suggested by the DSS. The results indicate that the DSS leads to both an increased probability of obtaining feasible schedules and an improved quality of the schedules in terms of the objective function value. We further highlight some of the major advantages of the application, such as its visualization and algorithmic performance, but also report on the difficulties that were encountered during the study and the shortcomings that currently delay its implementation in practice, as this information may contribute to the success rate of future software applications in hospitals.Decision support system; Optimization; Visualization; Health care application;

Visualizing the demand for various resources as a function of the master surgery schedule: A case study.

This paper presents a software system that visualizes the impact of the master surgery schedule on the demand for various resources throughout the rest of the hospital. The master surgery schedule can be seen as the engine that drives the hospital. Therefore, it is very important for decision makers to have a clear image on how the demand for resources is linked to the surgery schedule. The software presented in this paper enables schedulers to instantaneously view the impact of, e.g., an exchange of two block assignments in the master surgery schedule on the expected resource consumption pattern. A case study entailing a large Belgian surgery unit illustrates how the software can be used to assist in building better surgery schedules.Assignment; Case studies; Consumption; Decision; Demand; Exchange; Expected; Image; Impact; Management; Operating room scheduling; Resource management; Scheduling; Software; Studies; Visualization;

Improving workforce scheduling of aircraft line maintenance at Sabena Technics.

This paper presents our application of a visualization tool and optimization model based on mixed-integer linear programming to solve a workforce staffing and scheduling problem at Sabena Technics, a major aircraft maintenance company in Belgium. We used the software to generate many alternative, cost-efficient schedules and to analyze multiple scenarios. In several management meetings, takeholders evaluated the schedules and raised concerns. We subsequently changed the model to successfully address their concerns. The model has resulted in considerable savings and a more efficient use of human resources.Workforce staffing; Scheduling; Optimization; Visualization; Aircraft maintenance;

Visualizing the demand for various resources as a function of the master surgery schedule: A case study.

Case studies; Demand; Problems; Project scheduling; Scheduling; Studies;

Optimizing a multiple objective surgical case scheduling problem.

The scheduling of the operating theater on a daily base is a complicated task and is mainly based on the experience of the human planner. This, however, does not mean that this task can be seen as unimportant since the schedule of individual surgeries influences a medical department as a whole. Based on practical suggestions of the planner and on real-life constraints, we will formulate a multiple objective optimization model in order to facilitate this decision process. We will show that this optimization problem is NP-hard and hence hard to solve. Both exact and heuristic algorithms, based on integer programming and on implicit enumeration (branch-and-bound), will be introduced. These solution approaches will be thoroughly tested on a realistic test set using data of the surgical day-care center at the university hospital Gasthuisberg in Leuven (Belgium). Finally, results will be analyzed and conclusions will be formulated.Algorithms; Belgium; Branch-and-bound; Constraint; Data; Decision; Experience; Healthcare; Heuristic; Integer; Integer programming; Model; Optimization; Order; Processes; Real life; Scheduling; University;

Scheduling surgical cases in a day-care environment: a branch-and-price approach.

In this paper we will investigate how to sequence surgical cases in a day-care facility so that multiple objectives are simultaneously optimized. The limited availability of resources and the occurrence of medical precautions, such as an additional cleaning of the operating room after the surgery of an infected patient, are taken into account. A branch-and-price methodology will be introduced in order to develop both exact and heuristic algorithms. In this methodology, column generation is used to optimize the linear programming formulation of the scheduling problem. Both a dynamic programming approach and an integer programming approach will be specified in order to solve the pricing problem. The column generation procedure will be combined with various branching schemes in order to guarantee the integrality of the solutions. The resulting solution procedures will be thoroughly tested and evaluated using real-life data of the surgical day-care center at the university hospital Gasthuisberg in Leuven (Belgium). Computational results will be summarized and conclusions will eventually be formulated.Branch-and-price; Column generation; Health care operations; Scheduling;

Operating room planning and scheduling: A literature review.

This paper provides a review of recent research on operating room planning and scheduling. We evaluate the literature on multiple fields that are related to either the problem setting (e.g. performance measures or patient classes) or the technical features (e.g. solution technique or uncertainty incorporation). Since papers are pooled and evaluated in various ways, a diversified and detailed overview is obtained that facilitates the identification of manuscripts related to the reader's specific interests. Throughout the literature review, we summarize the significant trends in research on operating room planning and scheduling and we identify areas that need to be addressed in the future.Health care; Operating room; Scheduling; Planning; Literature review;

Operating room planning and scheduling: solving a surgical case sequencing problem..

In dit proefschrift bestuderen we planningsproblemen die zich manifesteren in het operatiekwartier van ziekenhuizen. Planning doelt niet alleen op de afstemming van vraag en aanbod, maar duidt ook op het opstellen van een gedetailleerd tijdschema dat aangeeft wanneer activiteiten, in dit geval operaties, zouden moeten starten en wanneer ze zouden moeten worden beëindigd. Aangezien de gevolgen van deze beslissingen voelbaar zijn doorheen het volledige ziekenhuis, lijkt het aangewezen dit beslissingsproces te optimaliseren en enkele technieken uit het domein van het operationeel onderzoek toe te passen en uit te werken. We kunnen de tekst van het proefschrift als volgt opdelen. In Hoofdstuk 1 wordt het belang van de gezondheidszorg in onze hedendaagse maatschappij onderstreept en tonen we aan hoe ziekenhuizen, en in het bijzonder hun operatiekwartier, een vooraanstaande rol spelen in het toedienen van de zorg. Het toenemende belang van dagchirurgie leidt ons ertoe om voornamelijk vanuit dit perspectief de planningsproblemen in het operatiekwartier te benaderen. Hoofdstuk 2 bestudeert op een gedetailleerde en gestructureerde wijze de recente wetenschappelijke literatuur die verschenen is over operatieplanning (verschenen na 2000). Eén van de conclusies die volgen uit dit literatuuronderzoek is het gebrek aan een consistent classifcatieschema om operatieplanningsproblemen te omschrijven. Dit resulteert in ondermeer een ambigu gebruik van terminologie en onduidelijke probleemformuleringen. Daarom wordt in Hoofdstuk 3 een classificatieschema voorgesteld, gebaseerd op de structuur van het literatuuroverzicht van Hoofdstuk 2, met als doel de probleemformuleringen van toekomstig onderzoek binnen dit domein te verduidelijken. In Hoofdstuk 4 bestuderen we de huidige operatieplanningspraktijken van de ziekenhuizen in Vlaanderen (België) en vatten we de antwoorden van 52 respondenten samen die de elektronische vragenlijst hebben ingevuld. De resultaten hebben betrekking op zowel het opstellen van de operatieplanning als de uiteindelijke realisatie van de vooropgestelde planning. Hoofdstuk 5 introduceert een planningsprobleem dat aangereikt werd door de UZ Leuven, het universitair ziekenhuis van de Katholieke Universiteit Leuven. Het probleem bestaat uit het bepalen van de volgorde van operaties in de operatiezalen van het chirurgisch dagcentrum. Naast een gedetailleerde probleemformulering beschrijft het hoofdstuk verschillende procedures om dit dagelijkse operationeel probleem op te lossen en het beslissingsproces van de planner te ondersteunen. Hoewel de meeste procedures gebaseerd zijn op lineaire programmering, wordt ook een branch-and-bound procedure voorgesteld. We maken gebruik van een artificiële testset, gebaseerd op kwantitatieve data en informatie aangereikt door de planner op basis van ervaring, om de rekenkundige capaciteiten van de procedures te testen. Hoewel de algoritmes performant blijken en bijgevolg geoptimaliseerde operatieschema's aanreiken, kunnen er nog verbeteringen aangebracht worden in het gebruiksgemak en de bijhorende flexibiliteit. Daarom wordt in Hoofdstuk 6 een grafische ondersteuning ontwikkeld die het gebruiksgemak wat betreft het invoeren van de gegevens, de interpretatie van de uiteindelijke resultaten en de flexibiliteit inzake het aanpassen van parameters significant verbetert. De grafische component verhoogt de mogelijkheid voor de eindgebruiker van het programma om verschillende operatieschema's te vergelijken en inzichten te verwerven die anders niet kunnen waargenomen worden. Naast de visualisatie zelf rapporteren we in Hoofdstuk 6 ook over de feitelijke toepassing van de applicatie in het chirurgisch dagcentrum van de UZ Leuven Campus Gasthuisberg. Het proefschrift wordt afgerond met Hoofdstuk 7 waarin de belangrijkste bevindingen van de voorgaande hoofdstukken worden samengevat en waarin enkele suggesties worden aangereikt om het onderzoek rond operatieplanning in de toekomst verder te zetten.