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

현대적인 병원의 고도의 긴박한 환경에서, 단 한 쌍의 수술용 가위가 성공적인 수술과 취소된 수술 사이의 차이를 결정할 수 있습니다. 수십 년 동안 표준 관행은 간단했습니다. 날카롭고 멸균된 기구를 한 번 사용한 후 바로 버리는 것이었습니다. 이 선형적인 방식은 신뢰할 수 있고 안전하지만, 막대한 양의 폐기물을 발생시키며 끊임없이 에너지를 많이 소모하는 신제품 공급에 의존하게 만듭니다. 병원과 정부가 환경 발자국을 줄일 방법을 모색함에 따라, 다른 경로가 등장했습니다: 바로 순환 경제입니다. 이 개념은 전통적인 의미의 재활용, 즉 물건을 녹여서 다시 만드는 것이 아니라, 수리, 세척, 재사용을 통해 제품을 가능한 한 오랫동안 사용 상태로 유지하는 것에 관한 것입니다. 그러나 '사용 후 폐기' 시스템에서 '사용 후 반납' 시스템으로 전환하는 것은 매우 복잡합니다. 이는 기구를 세척하는 데 시간이 얼마나 걸리는지, 얼마나 자주 고장이 나는지, 그리고 병원이 수술을 원활하게 진행할 수 있을 만큼 충분한 재고를 보유할 수 있는지와 같은 새로운 불확실성을 도입합니다. 새로운 시스템을 구매하기 전에 테스트할 방법이 없다면, 의사 결정권자들은 비용을 회수하지 못하는 장비에 돈을 낭비하거나, 중요한 절차 중에 도구가 부족해지는 위험을 감수해야 합니다.

이러한 불확실성을 헤쳐 나가기 위해 노팅엄 트렌트 대학교, 유니버시티 칼리지 런던, 러프버러 대학교의 연구진은 강력한 디지털 도구인 하이브리드 컴퓨터 시뮬레이션에 주목했습니다. 그들은 최소 침습 수술에 사용되는 복강경 가위를 특정적이고 널리 사용되는 의료 기기로 선정하여 테스트 대상으로 삼았습니다. 물리적인 프로토타입을 제작하거나 실제 병원에서 어떤 일이 일어나는지 몇 년을 기다리는 대신, 그들은 전체 공급망의 가상 모델을 구축했습니다. 이 모델에는 제조업체, 유통 센터, 병원, 그리고 기구를 세척하고 수리하는 전문 시설이 포함되었습니다. 시뮬레이션은 팀이 변동성과 지연이 존재하는 실제 조건 하에서 다양한 유형의 가위가 어떻게 작동하는지 테스트하기 위해 10년 동안 수천 가지의 시나리오를 실행할 수 있는 위험 없는 실험실 역할을 했습니다.

연구팀은 현재의 표준인 한 번 사용 후 소각되는 일회용 가위와 세 가지 순환형 대안을 비교했습니다. 첫 번째 옵션은 일회용 가위를 가져와 세척하고 새것처럼 보이도록 재제조하는 것이었습니다. 두 번째 옵션은 내구성이 있는 손잡이는 여러 번 재사용할 수 있지만, 매 수술 후 버려지는 일회용 날이 결합된 하이브리드 디자인이었습니다. 세 번째 옵션은 손잡이와 날 모두를 세척, 멸균하여 반복해서 사용할 수 있도록 설계된 완전 재사용 가능 기구였습니다. 연구진은 어떤 접근 방식이 가장 많은 비용을 절감하고, 탄소 배출을 가장 많이 줄이며, 수술 중단 없이 병원을 운영할 수 있는지 확인하기 위해 이러한 시나리오를 실행했습니다.

결과는 단 하나의 '최선'의 해결책은 없으며, 올바른 선택은 전적으로 병원 시스템의 구체적인 목표와 제약 조건에 달려 있다는 것을 보여주었습니다. 연구는 가장 즉각적이고 효과적인 비용 및 배출량 절감 방법은 단순히 일회용 가위를 재사용하기 시작하는 것이라는 점을 발견했습니다. 병원이 신제품을 구매하는 대신 이러한 재생 도구를 우선적으로 사용했을 때, 시뮬레이션은 총 공급망 비용의 거의 41%를 절감하는 동시에 탄소 배출량을 절반 이상 줄이는 극적인 비용 감소를 보여주었습니다. 이 방식이 효과적이었던 이유는 새로운 기구를 처음부터 제조하는 데 드는 비용이 가장 비싸고 오염이 심한 부분이기 때문입니다.

그러나 완전 재사용 가능한 가위는 가장 큰 환경 보호 잠재력을 제공함에도 불구하고 상당한 재정적 장벽을 수반했습니다. 이러한 고품질 기구는 초기 구입 비용이 높습니다. 시뮬레이션에 따르면, 병원이 신제품 구매 비용을 상쇄할 만큼의 절감 효과를 얻으려면 동일한 가위를 45회에서 50회 사이 사용해야 합니다. 이 지점을 통과하면 시스템은 기존 방식보다 저렴해지며, 장기적으로 약 19%의 비용을 절감하게 됩니다. 하지만 이러한 장기적 이득을 위해서는 엄격한 세척, 수리 및 보관 인프라와 더불어 기구의 흐름을 관리할 전담 인력을 갖춘 시스템에 헌신해야 합니다.

하이브리드 가위는 다른 종류의 과제를 제시했습니다. 환경 친화적이기는 하지만, 단 두 번의 사용만으로도 일회용 옵션보다 더 친환경적이 되었음에도 불구하고, 재정적으로는 결코 실용적이지 못한 것으로 나타났습니다. 일회용 날의 비용이 너무 높아 손잡이를 재사용함으로써 얻는 절감액이 예산의 지속적인 누출을 막지 못했기 때문입니다. 설령 손잡이가 70회까지 지속된다 하더라도, 총비용은 기존 일회용 시스템보다 64% 더 높았습니다. 이는 일회용 날의 가격이 크게 낮아지지 않는 한, 이 중간 단계의 옵션이 비용 절감을 꾀하는 병원들에게는 실용적인 선택이 아닐 수 있음을 시사합니다.

재정적, 환경적 수치를 넘어, 시뮬레이션은 중요한 운영상의 현실을 강조했습니다: 세척 과정의 속도가 생각보다 훨씬 더 중요하다는 점입니다. 기구가 병원으로 반납되면, 다시 사용하기 전에 반드시 오염 제거 과정을 거쳐야 합니다. 연구는 만약 이 세척 과정이 느리거나 예측 불가능할 경우, 병원은 수술의 100% 성공률을 보장하기 위해 훨씬 더 많은 양의 예비 가위를 보유해야 함을 보여주었습니다. 세척 시간이 길어지거나 기간이 크게 변동되는 시나리오에서, 병원은 100%의 수술 성공률을 유지하기 위해 현저히 더 많은 재고를 필요로 했습니다. 이 결과는 병원 관리자들에게 명확한 로드맵을 제공합니다: 순환형 도구를 채택하는 것은 단순히 올바른 제품을 사는 것뿐만 아니라, 세척 및 수리 인프라의 속도와 신뢰성에 투자하는 문제라는 것입니다.

궁극적으로 이 연구는 의료 분야의 순환 경제로의 전환이 단순한 스위치 조작이 아니라 전략적인 균형 잡기임을 시사합니다. 비용과 배출량을 빠르게 줄이고 싶은 병원에게는 기존 일회용 도구를 재제조하는 것이 가장 즉각적인 수익을 제공합니다. 장기적인 지속 가능성을 위해 투자할 의지가 있고 이를 지원할 인프라를 갖춘 곳이라면, 초기 높은 비용을 견뎌낼 수 있다는 전제하에 완전 재사용 가능한 기구가 가장 깊은 환경적 혜택을 제공합니다. 직관적인 매력에도 불구하고 하이브리드 방식은 현재의 시장 조건 하에서는 막다른 길로 보입니다. 이러한 트레이드오프(상충 관계)를 그려냄으로써, 이 연구는 정책 입안자와 병원 행정가들에게 명확한 가이드를 제공하며, 더 푸른 의료 시스템으로 가는 길은 세심한 계획, 현실적인 기대, 그리고 모든 공급망의 연결 고리가 다음 단계에 어떤 영향을 미치는지에 대한 깊은 이해로 다져진다는 것을 보여줍니다.