Blood donation appointment scheduling with uncertain walk-in arrivals : an implementor-adversarial robust approach

Blood transfusions play an important role in a number of surgeries and care treatments. Blood is usually collected from people who voluntarily donate it, the donors, and it cannot be produced artificially: thus, it is a limited resource. Moreover, it quickly deteriorates. The Blood Donation (BD) system aims at providing adequate stocks of blood units to hospitals and transfusion centers. An efficient collection of blood units from donors is crucial for guaranteeing an adequate supply to the BD system and optimizing blood usage. A number of works can be found in literature related to the BD supply chain. However, in spite of its importance, donation scheduling is barely studied. In this thesis we consider a blood donation appointment scheduling problem where the goal is to balance the daily production of each blood type, while minimizing the costs due to the staff overtimes. We consider both booked and non-booked donors. Since the number of non-booked donors is an uncertain parameter, the goal of our work is to develop a robust approach for the problem. We propose an approach based on the Implementor-Adversarial method, which is an iterative technique. The developed approach is tested on several realistic cases: uncertain coefficients used to describe the uncertain parameters are determined based on historical data provided by AVIS Milan. The approach is run with different combinations of values for the uncertain coefficients, and the obtained solutions are applied to a set of scenarios so as to evaluate their performance with respect to the coefficients. Results show that the method correctly works when applied to this particular problem and that the choice of the uncertain coefficients strongly affects the solution.

Il ruolo svolto dalle trasfusioni di sangue è fondamentale in molte operazioni e trattamenti medici. Il sangue viene solitamente raccolto grazie a persone che lo donano volontariamente, chiamati donatori, e non può essere prodotto artificialmente: pertanto è una risorsa limitata. Inoltre si deteriora rapidamente. Occorre garantire un’adeguata quantità di unità di sangue a ospedali e centri trasfusionali grazie alle donazioni di sangue. Un sistema per la raccolta di sangue dai donatori efficiente è quindi indispensabile al fine di assicurare un approvvigionamento adeguato e l’utilizzo ottimizzato dello stesso. Alcuni studi sono già presenti in letteratura relativi al processo di raccolta e distribuzione del sangue. Tuttavia, nonostante la sua importanza, è stato scarsamente analizzato. In questa tesi consideriamo un problema, la pianificazione e gestione degli appuntamenti per le donazioni, il cui obiettivo è quello di bilanciare la produzione giornaliera di ogni gruppo sanguigno, e allo stesso tempo minimizzare gli straordinari dei medici. Consideriamo sia donatori che si presentano con prenotazione che donatori senza alcun appuntamento. Poiché il numero di donatori senza prenotazione è un parametro incerto, l’obiettivo del nostro lavoro è quello di sviluppare un approccio robusto per il problema. Proponiamo un approccio basato sul metodo iterativo dell’Implementor-Adversarial. L’approccio è stato applicato a casi realistici: i coefficienti usati per descrivere i parametri incerti sono stati definiti a partire dai dati storici forniti da AVIS Milano. Il metodo è stato provato con varie combinazioni di valori per i coefficienti incerti, e le soluzioni ottenute sono state applicate a una serie di scenari al fine di valutare i comportamenti al variare dei coefficienti. I risultati ottenuti mostrano che il metodo funziona correttamente in questo contesto, e che la scelta dei valori di coefficienti che descrivono i parametri incerti influenza notevolmente la qualità delle soluzioni.