Pediatric surgery scheduling in a Hub-and-Spoke hospital network

There is an increasing need in clinical sites for optimized planning of surgical procedures. To meet this need, the Hub&Spoke network model, a system of organization that allows a clinical center (hub) the possibility of using operating rooms of hospitals (spoke), is becoming more widespread. This collaborative model is proposed as a solution to two common problems in hospital management: on the one hand, the harm, also economical, of not making the best use of the availability of valuable resources, such as operating rooms, and on the other hand, the risk of having overcrowded clinical centers, causing inconvenience to patients, due to delays and extended waiting times. Over the past decades, much research has been conducted on optimizing the scheduling of surgical procedures, differentiating them according to patient type and hospital needs. This Thesis considers a new model of collaboration between hospitals and addresses the problem of planning pediatric surgeries, considering the related restrictions and specific requirements in a Hub&Spoke setting. Criteria considered for efficient scheduling include the urgency of patients, the penalization in the case of failure to meet the due date for operations, and the preference for surgeries in external operating rooms (spokes) over the referring clinical center (hub), or consider another formulation that aims exclusively to complete all clinical cases on the waiting list in the shortest number of days. The Thesis assumes a deterministic planning problem, which does not consider emergencies, formulated as an integer linear programming problem. However, given the computational onerousness of the ILP model, several model relaxations, alternative formulations, and heuristic solution methods will be proposed. Once the model with the best formulation in terms of solution quality and convergence speed has been identified, its advantages and disadvantages will be analyzed. The proposed approaches were tested on realistic data to evaluate the planning obtained and formulate reflections on possible difficulties in scheduling, points to be improved, and possible strategic decisions that the clinic could take to improve the service offered to patients.

Nei centri clinici è sempre più necessaria una pianificazione ottimale degli interventi chirurgici. Per venire incontro a questa esigenza sta diventando maggiormente diffuso il modello di rete Hub&Spoke, un sistema di organizzazione che permette ad un centro clinico (hub) la possibilità di usufruire sale operatorie di ospedali (spoke). Questo modello di collaborazione si propone come una soluzione a due problemi comuni nella gestione ospedaliera: da un lato il danno, anche economico, di non sfruttare al meglio la disponibilità di risorse pregiate, quali le sale operatorie, e dall'altro il rischio di avere centri clinici sovraffollati, causando disagi ai pazienti, dovuti ai ritardi e ai tempi di attesa prolungati. Negli ultimi decenni sono state condotte numerose ricerche sull'ottimizzazione della pianificazione degli interventi chirurgici, differenziandoli in base al tipo di paziente e alle esigenze ospedaliere. La Tesi considera un nuovo modello di collaborazione tra ospedali e affrontare il problema di pianificare gli interventi chirurgici pediatrici, considerando le relative restrizioni e le specifiche richieste in un contesto Hub&Spoke. Tra i criteri presi in considerazione per una calendarizzazione efficiente vi sono l'urgenza dei pazienti, la penalizzazione nel caso di mancato rispetto della "due date" per le operazioni, e la preferenza per gli interventi chirurgici nelle sale operatorie esterne (spokes) rispetto al centro clinico di riferimento (hub), o considerare un'altra formulazione che mira esclusivamente a completare tutti i casi clinici in lista d'attesa nel minor numero di giorni possibile. La tesi considera un problema di pianificazione deterministico, che non considera le emergenze, formulato come un problema di programmazione lineare intera. Tuttavia, data l'onerosità computazionale del modello di ILP, verranno proposti diversi rilassamenti del modello, formulazioni alternative e metodi risolutivi euristici. Una volta identificato il modello con la formulazione migliore in termini di qualità della soluzione e velocità di convergenza, verranno analizzati i vantaggi e gli svantaggi dello stesso. Gli approcci proposti sono stati testati su dati realistici per valutare la pianificazione ottenuta e formulare riflessioni sulle eventuali difficoltà nella calendarizzazione, i punti da migliorare ed eventuali decisioni strategiche che la clinica potrebbe adottare per migliorare il servizio offerto ai pazienti.