A Hybrid Discrete-Event and Agent-Based Simulation Approach to Model Circular Supply Chains in Healthcare: A Case Study of Laparoscopic Scissors

現代の病院という極めて緊張感の高い環境において、たった一組の手術用鋏が、手術の成功と中止の分かれ目となることがあります。数十年にわたり、標準的な慣習は単純なものでした。鋭利で滅菌された器具を一度使用し、その後は廃棄するというものです。この直線的なアプローチは信頼性が高く安全ですが、膨大な量の廃棄物を生み出し、絶え間なくエネルギーを消費して新しい製品を供給し続ける体制に依存しています。病院や政府が環境負荷を軽減する方法を模索する中で、異なる道が開かれました。それが「サーキュラー・エコノミー（循環型経済）」です。この概念は、伝統的な意味でのリサイクル（物を溶かして再利用すること）ではなく、修理、洗浄、再利用を通じて、製品をできるだけ長く使い続けることを目的としています。しかし、「使い捨て」のシステムから「使い、そして戻す」システムへの移行は、非常に複雑です。そこには、器具の洗浄にどれくらいの時間がかかるのか、どの程度の頻度で故障するのか、そして病院が手術を円滑に継続するための十分な在庫を確保できるのかといった、新たな不確実性が伴います。新しいシステムを導入する前にテストする方法がなければ、意思決定者は、回収不能な設備に資金を浪費するか、あるいは重要な処置の最中に道具が底をつくというリスクを負うことになります。

この不確実性を乗り切るため、ノッティンガム・トレント大学、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン、およびラフバラ大学の研究者たちは、強力なデジタルツールである「ハイブリッド・コンピュータ・シミュレーション」を活用しました。彼らは、広く使用されている医療機器である、低侵襲手術用の腹腔鏡下手術用鋏をテスト対象として選びました。物理的な試作品を作成したり、実際の病院で何が起こるのかを数年間待ったりする代わりに、彼らはサプライチェーン全体を仮想モデルとして構築しました。このモデルには、製造業者、配送センター、病院、そして器具の洗浄・修理を行う専門施設が含まれています。シミュレーションは、リスクのない実験室として機能し、チームは10年間にわたる数千ものシナリオを実行し、現実世界の変動や遅延という条件下で、異なるタイプの鋏がどのように性能を発揮するかをテストしました。

研究チームは、現在の標準である（一度の使用後に焼却される）使い捨ての鋏と、3つの循環型代替案を比較しました。第一の選択肢は、使い捨ての鋏を洗浄し、新品のように見えるよう、かつ機能するように再製造（リマニュファクチャリング）することです。第二の選択肢は、何度も再利用できる耐久性のあるハンドルと、毎回の手術後に廃棄される使い捨てのブレード（刃）を組み合わせたハイブリッド設計です。第三の選択肢は、ハンドルとブレードの両方が設計段階から洗浄・滅菌・再利用を前提としている、完全な再利用型器具です。研究者たちは、どの手法が最もコストを節約でき、二酸化炭素排出量を最も削減でき、かつ病院の運営を中断させないかを検証するために、これらのシナリオを実行しました。

結果は、唯一の「最善の解決策」は存在しないことを明らかにしました。正しい選択は、病院システムの具体的な目標と制約によって完全に異なります。研究によれば、コストと排出量の両方を削減するための最も即効性があり効果的な方法は、単に使い捨ての鋏を再利用し始めることでした。病院が新品の購入よりもこれらのリファービッシュ（整備済み）ツールを優先的に使用すると、シミュレーションではサプライチェーン全体の総コストが41％近く削減され、二酸化炭素排出量が半分以上に減少することが示されました。このアプローチが機能したのは、プロセスの中で最も高価で汚染を伴う部分である「新しい器具を一から製造する必要性」を減らすことができたからです。

しかし、完全な再利用型の鋏は、最大の環境保護の可能性を秘めている一方で、重大な財務上のハードルを抱えています。これらの高品質な器具は、初期投資が高額です。シミュレーションによれば、新品を購入しないことによる節約額が初期投資を上回るまでには、同じ一組の鋏を45回から50回使用する必要があります。この時点を過ぎれば、システムは従来の方式よりも安価になり、長期的には約19％の節約につながります。しかし、この長期的な利益を得るには、厳格な洗浄、修理、保管のインフラに加え、器具の流れを管理するための専任スタッフを伴うシステムへのコミットメントが必要となります。

ハイブリッド型の鋏は、また異なる種類の課題を提示しました。これらは環境には優しいものの、わずか2回の使用で使い捨てオプションよりも環境負荷が低くなりますが、財務的な実現可能性については、シミュレーションにおいて一度も達成できませんでした。使い捨てブレードのコストが高止まりしており、ハンドルを再利用することによる節約分を相殺できないほど、予算を常に圧迫し続けたためです。たとえハンドルが70回使用できたとしても、総コストは標準的な使い捨てシステムよりも64％高いままでした。このことは、使い捨てブレードの価格が大幅に下がらない限り、この中間的な選択肢は病院にとって実用的な選択肢にはなり得ないことを示唆しています。

財務や環境の数値を超えて、シミュレーションは極めて重要な運用の現実を浮き彫りにしました。それは、洗浄プロセスの速度が、多くの人が考えている以上に重要であるということです。器具が病院に戻ってきた際、それらは再利用される前に除染されなければなりません。研究によれば、もし洗浄プロセスが遅かったり予測不能であったりする場合、病院は手術を100％成功させるために、より多くの予備の鋏を在庫として保持しておく必要があります。洗浄に時間がかかる、あるいは所要時間が大きく変動するシナリオでは、病院は100％の成功率を維持するために、大幅に多くの在庫を必要としました。この発見は、病院の管理者に対して明確なロードマップを提供しています。つまり、循環型のツールを採用することは、単に適切な製品を買うことではなく、洗浄および修理のインフラの速度と信頼性に投資することでもあるのです。

結局のところ、この研究は、ヘルスケアにおけるサーキュラー・エコノミーへの移行は単純なスイッチの切り替えではなく、戦略的なバランス調整であることを示唆しています。コストと排出量を迅速に削減したい病院にとっては、既存の使い捨てツールを再製造することが最も即効性のあるリターンをもたらします。長期的な持続可能性のために投資を行い、それを支えるインフラを備えている病院にとっては、初期の高いコストを乗り越えられるのであれば、完全な再利用型器具が最も深い環境的利益をもたらします。直感的には魅力的に思えるハイブリッド・アプローチは、現在の市場環境下では、行き止まりであるようです。これらのトレードオフを明らかにすることで、本研究は政策立案者や病院管理者に対し、より緑豊かなヘルスケアシステムへの道は、綿密な計画、現実的な期待、そしてサプライチェーンのあらゆるリンクが次にどのように影響するかという深い理解によって築かれるものであるという、明確な指針を示しています。