Air pollution and meteorological drivers of hospital medical consumables demand: a hybrid forecasting approach for inventory optimization

تُعد المستشفيات أنظمة بيئية شاسعة ومعقدة، حيث يجب أن يتحرك تدفق الأشخاص وتدفق الإمدادات في تناغم تام. فعندما يصل مريض يعاني من مرض مفاجئ، يحتاج المستشفى إلى الأدوات المناسبة على الفور. لكن التنبؤ بدقة بالوقت الذي ستُطلب فيه تلك الأدوات يمثل لغزاً صعباً، خاصة وأن الطلب على المستلزمات الطبية لا يقتهصر فقط على عدد المرضى، بل يتأثر أيضاً بالعالم خارج جدران المستشفى. فالهواء الذي نتنفسه والطقس الذي نعيشه يمكن أن يغيرا، بشكل طفيف وأحياناً بشكل دراماتيكي، عدد الأشخاص الذين يسعون للحصول على الرعاية الطبية. لسنوات طويلة، اعتمد مديرو المستشفيات على تخمينات بسيطة بناءً على الأشهر الماضية لطلب مخزونهم، وهي طريقة تؤدي غالباً إما إلى نفاد العناصر الحيوية أو ترك المستلزمات باهظة الثمن دون استخدام على الرفوف. وقد ظل السؤال حول ما إذا كان يمكن استخدام السماء والهواء نفسه للتنبؤ بهذه الاحتياجات غير مستكشف إلى حد كبير في سياق الخدمات اللوجستية للمستشفيات.

قرر فريق من الباحثين في المركز الطبي للقوات الجوية في بكين التحقيق في هذا الارتباط من خلال النظر في نوعين مختلفين تماماً من المستلحمات الطبية: الأسلاك التوجيهية التدخلية ومستلزمات التطهير. الأسلاك التوجيهية هي أدوات رفيعة ومرنة يستخدمها الأطباء للتنقل داخل الأوعية الدموية أثناء العمليات المعقدة؛ وهي عناصر باهظة الثمن وعالية القيمة تُستخدم عادةً في الجراحات المخطط لها. أما مستلزمات التطهير، من ناحية أخرى، فهي المواد اليومية المستخدمة لتنظيف وتعقيم المعدات والغرف؛ وهي أقل تكلفة ولكن يتم استهلاكها بكميات هائلة وغير متوقعة كلما ارتفخت مخاطر العدوى. جمع الباحثون سجلات يومية لكيفية استخدام كل عنصر من هذه العناصر على مدار فترة تمتد من يناير 2023 إلى يوليو 2025. وربطوا هذه البيانات بسجلات مفصلة للطقس وجودة الهواء في بكين، بما في ذلك درجة الحرارة، وسرعة الرياح، ومستويات الملوثات المختلفة مثل ثاني أكسيد النيتروجين والمواد الجسيمية. كان هدفهم هو معرفة ما إذا كان البيئة يمكن أن تفسر سبب استخدام المستشفى لمزيد أو أقل من هذه العناصر في أي يوم، وبناء نظام يمكنه التنبؤ بهذه الاحتياجات بدقة أكبر من الطرق الحالية.

وجد الباحثون أن هذين النوعين من المستلزمات يتصرفان بطرق مختلفة تماماً. فقد كان الطلب على الأسلاك التوجيهية مستقراً وقابلاً للتنبؤ بشكل ملحوظ، حيث اتبع إيقاعاً ثابتاً يحاكي الجراحات المجدولة في المستشفى. وفي المقابل، كان استخدام مستلزمات التطهير فوضوياً ومتقلباً، حيث يتأرجح بجنون من يوم لآخر. في المتوسط، استخدم المستشفى حوالي 15.6 سلكاً توجيهياً في اليوم، ووصل أعلى استخدام يومي منفرد إلى 49 وحدة. وكان حجم الأموال المنفقة على هذه الأسلاك كبيراً، بمتوسط يتجاوز 10,000 يوان يومياً. ومع ذلك، كان استخدام مستلزمات التطهير أكثر اضطراباً، بمتوسط 165.2 وحدة في اليوم ولكن مع ذروات يومية يمكن أن تقفز إلى 3,400 وحدة. هذه الفجوة الكبيرة بين المتوسط والذروة تشير إلى أنه بينما تُستخدم الأسلاك التوجيهية بطريقة ثابتة ومخطط لها، فإن مستلزمات التطهير تخضع لأحداث مفاجئة واسعة النط scale، مدفوعة على الأرجح بتفشي العدوى أو التغييرات العاجلة في بروتوكولات المستشفى.

وعندما نظر الفريق في كيفية تأثير البيئة على هذه المستلزمات، كانت النتائج مذهلة. بالنسبة للأسلاك التوجيهية، لم يكن لجودة الهواء والطقس أي تأثير تقريباً؛ فحتى في الأيام التي تعاني من تلوث شديد، انخفض استخدام هذه الأدوات الجراحية بأقل من 2 بالمائة. وقد أكد هذا أن الجراحات المخطط لها لا تتأثر بسهولة بالطقس. ومع ذلك، كانت القصة مختلفة تماماً بالنسبة لمستلزمات التطهير. ففي الأيام ذات جودة الهواء السيئة، استخدم المستشفى عدداً أقل بكثير من هذه العناصر، مع انخفاض يزيد عن 10 بالمائة. تشير هذه النتيجة غير المتوقعة إلى أنه عندما يكون الهواء سيئاً، قد يبقى الناس في منازلهم، أو قد تتأخر الإجراءات الطبية، مما يؤدي إلى فترة هدوء مؤقتة في الحاجة إلى التعقيم. استخدم الباحثون أداة إحصائية تسمى "LASSO" لغربلة عشرات العوامل البيئية وتحديد المحركات المحددة لكل نوع من المستلزمات. ووجدوا أن خمسة عوامل، بما في ذلك مؤشر جودة الهواء وسرعة الرياح، كانت رئيسية لمستلزمات التطهير، بينما أثرت ثمانية عوامل، بما في ذلك درجة الحرارة وهطول الأمطار، على الأسلاك التوجيهية.

ولتحويل هذه الرؤى إلى أداة عملية، بنى الباحثون عدة نماذج حاسوبية للتنبؤ بالطلب المستقبلي. واختبروا نموذجاً قياسياً للسلاسل الزمنية، ونموذجاً أحدثاً مصمماً للتعامل مع الأنماط الموسمية، ونموذجاً هجيناً يجمع بين نقاط القوة في كليهما. وبالنسبة للأسلاك التوجيهية، عمل النموذج الهجين بشكل رائع؛ فقد نجح في تعلم الأنماط المنتظمة والدورية للبيانات وتنبأ بالاستخدام المستقبلي بدقة عالية، متفوقاً على النماذج الأخرى بفارق كبير. وكان بإمكانه توقع الدورات الأسبوعية والشهرية للنشاط الجراحي بمستوى من الدقة لم تستطع النماذج القديمة مضاهاته. ومع ذلك، عندما تعلق الأمر بالعالم الفوضوي لمستلزمات التطهير، كانت النتائج أكثر تواضعاً. فرغم أن النماذج المتقدمة قللت معدل الخطأ بنحو 30 بالمائة مقارنة بالنموذج الأساسي، إلا أنها ظلت تكافح للتنبؤ بالقفزات الشديدة في الطلب. فقد كانت بيانات هذه المستلزمات تهيمن عليها صدمات مفاجئة وعشوائية لدرجة أن أي صيغة رياضية تعتمد على التاريخ وحده لا يمكنها التنبؤ بها بشكل مثالي.

كما كشفت الدراسة كيف تتجلى آثار البيئة بمرور الوقت. وباستخدام طريقة تتبع كيف يؤثر التعرض اليوم على النت خلال الأسابيع القليلة القادمة، اكتشفوا أن العلاقة بين التلوث واستخدام المستلزمات ليست فورية. فبالنسبة لمستلزمات التطهير، أظهرت بعض الملوثات مثل ثاني أكس_النيتروجين تأثيراً قوياً في غضون أيام قليلة، بينما كانت لعوامل أخرى مثل سرعة الرياح تأثيرات استمرت لأسابيع. أما بالنسبة للأسلاك التوجحية، فقد كانت أنماط التأخير مختلفة، مما يعكس دورات التخطيل الأطول للجراحة بدلاً من الاستجابات الفورية للطقس. كما فحص الباحثون كيف تعمل الملوثات المتعددة معاً، ووجدوا أنه خلال فترات جودة الهواء الجيدة، تهيمن عوامل مختلفة على الطلب لكل مستلزم، ولكن خلال فترات التلوث، يصبح ثاني أكسيد النيتروجين هو المحرك الرئيسي للتغيرات في استخدام مستلزمات التطهير. وهذا يشير إلى أن مزيج العوامل البيئية يهم بقدر أهمية العناصر الفردية.

في النهاية، يسلط هذا البحث الضوء على أن استراتيجية واحدة لا يمكنها إدارة جميع مستلزمات المستشفى. وتقترح الدراسة ضرورة أن تعامل المستشفيات هذين التصنيفيين بشكل مختلف. فبالنسبة للعناصر المستقرة وعالية القيمة مثل الأسلاك التوجيهية، يمكن لنماذج التنبؤ المتقدمة التي تدمج البيانات البيئية أن تساعد في تحسين المخزون، مما يضمن توافر الأدوات الباهظة عند الحاجة إليها دون تجميد الكثير من رأس المال في مخزون زائد. أما بالنسبة للمستلزمات المتقلبة ومنخفضة التكلفة مثل مستلزمات التطهير، فإن الاعتماد فقط على نماذج التنبؤ يعد غير كافٍ. ويقترح الباحثون بدلاً من ذلك أن تركز المستشفيات على بناء احتياطيات طوارق قوية للتعامل مع الطفرات غير المتوقعة التي لا تستطيع النماذج رصدها. ومن خلال فهم أن السماء والهواء يؤثران على المستشفى بطرق مختلفة لمختلف الأدوات، يمكن للمديرين الانتقال من إدارة المخزون التي تتبع نهج "مقاس واحد يناسب الجميع" إلى نظام أكثر دقة واستجابة يحافظ على سلامة المرضى وانسيابية الإمدادات.