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

In de hooggespannen omgeving van een modern ziekenhuis kan een enkel paar chirurgische scharen het verschil bepalen tussen een succesvolle operatie en een geannuleerde ingreep. Decennialang was de standaardpraktijk simpel: gebruik een scherp, steriel instrument één keer en gooi het daarna weg. Deze lineaire aanpak is betrouwbaar en veilig, maar genereert een enorme hoeveelheid afval en leunt op een constante, energie-intensieve aanvoer van nieuwe producten. Terwijl ziekenhuizen en overheden zoeken naar manieren om hun ecologische voetafdruk te verkleinen, is er een ander pad ontstaan: de circulaire economie. Dit concept gaat niet over recycling in de traditionele zin van het omsmelten van zaken, maar over het zo lang mogelijk in gebruik houden van producten door middel van reparatie, reiniging en hergebruik. Het verschuiven van een systeem van "gebruiken en weggooien" naar een systeem van "gebruiken en teruggeven" is echter ongelooflijk complex. Het introduceert nieuwe onzekerheden, zoals hoe lang het duurt om een instrument te reinigen, hoe vaak het kapot gaat en of ziekenhuizen voldoende voorraad zullen hebben om operaties soepel te laten verlopen. Zonder een manier om deze nieuwe systemen te testen voordat ze worden aangekocht, riskeren besluitvormers ofwel geld te verspillen aan apparatuur die zichzelf nooit terugverdient, ofwel in een tekort aan instrumenten te komen tijdens kritieke procedures.

Om deze onzekerheid te navigeren, wendden onderzoekers van Nottingham Trent University, University College London en Loughborough University zich tot een krachtig digitaal hulpmiddel: een hybride computersimulatie. Ze kozen een specifiek, veelgebruikt medisch hulpmiddel, de laparoscopische schaar die wordt gebruikt bij minimaal invasieve chirurgie, als hun proefobject. In plaats van fysieke prototypes te bouwen of jaren te wachten op wat er in echte ziekenhuizen gebeurt, construeerden zij een virtueel model van de gehele toeleveringsketen. Dit model omvatte de fabrikant, het distributiecentrum, de ziekenhuizen en de gespecialiseerde faciliteiten die de instrumenten reinigen en repareren. De simulatie fungeerde als een risicovrije laboratoriumomgeving waar het team duizenden scenario's over een periode van tien jaar kon draaien, waarbij werd getest hoe verschillende soorten scharen zouden presteren onder realistische omstandigheden van variabiliteit en vertraging.

Het team vergeleek de huidige standaard — eenmalig gebruik van scharen die na één gebruik worden verbrand — met drie circulaire alternatieven. De eerste optie hield in dat de scharen voor eenmalig gebruik werden genomen, werden gereinigd en werden geremanufactureerd zodat ze eruitzien en functioneren als nieuw. De tweede optie was een hybride ontwerp, bestaande uit een duurzaam handvat dat vele malen hergebruikt kon worden, gekoppeld aan een wegwerpmesje dat na elke operatie werd weggegooid. De derde optie was een volledig herbruikbaar instrument, waarbij zowel het handvat als het mesje zo zijn ontworpen dat ze herhaaldelijk gereinigd, gesteriliseerd en opnieuw gebruikt kunnen worden. De onderzoekers draaiden deze scenario's om te zien welke aanpak de meeste kosten zou besparen, de CO2-uitstoot het meest zou verminderen en de ziekenhuizen zonder onderbreking zou laten draaien.

De resultaten toonden aan dat er geen enkele "beste" oplossing is; de juiste keuze hangt volledig af van de specifie

specifieke doelen en beperkingen van het ziekenhuissysteem. De studie vond dat de meest directe en effectieve manier om zowel kosten als emissies te verlagen, simpelweg het hergebruiken van de scharen voor eenmalig gebruik is. Wanneer ziekenhuizen prioriteit gaven aan het gebruik van deze gereviseerde instrumenten boven het kopen van nieuwe, toonde de simulatie een dramatische daling in de uitgaven aan, waarbij bijna 41 procent van de totale toeleveringsketenkosten werd bespaard, terwijl de CO2-uitstoot met meer dan de helft daalde. Deze aanpak werkte omdat het de noodzaak verminderde om nieuwe instrumenten vanaf nul te vervaardigen, wat het duurste en meest vervuilende deel van het proces is.

Echter, de volledig herbruikbare scharen boden, hoewel ze het grootste potentieel voor milieubescherming hadden, kwamen met een aanzienlijke financiële hindernisbaan. Deze hoogwaardige instrumenten zijn duur in aanschaf. De simulatie toonde aan dat een ziekenhuis hetzelfde paar scharen tussen de 45 en 50 keer moet gebruiken voordat de besparingen door het niet kopen van nieuwe instrumenten de initiële investering eindelijk overtreffen. Zodra dat punt is gepasseerd, is het systeem goedkoper dan de traditionele methode en levert het op de lange termijn ongeveer 19 procent winst op. Toch vereist deze langetermijnwinst dat een ziekenhuis zich committeert aan een systeem dat een strikte reinigings-, reparatie- en opslaginfrastructuur vraagt, evenals personeel dat specifiek is toegewezen aan het beheren van de stroom instrumenten.

De hybride scharen presenteerden een andere soort uitdaging. Ho hoewel ze milieuvriendelijk waren en al na twee keer gebruiken groener werden dan de variant voor eenmalig gebruik, bleken ze in de simulatie nooit financieel levensvatbaar te worden. De kosten van de wegwerpmesjes bleven te hoog, wat fungeerde als een constante aanslag op het budget die de besparingen door het hergebruik van het handvat niet konden compenseren. Zelfs als het handje 70 keer werd gebruikt, bleven de totale kosten 64 procent hoger dan bij het standaard systeem voor eenmalig gebruik. Dit suggereert dat, tenzij de prijs van de wegwerpmesjes aanzienlijk daalt, deze middenweg geen praktische keuze zal zijn voor ziekenhuizen die geld willen besparen.

Buiten de financiële en milieucijfers benadrukte de simulatie ook een cruciale operationele realiteit: de snelheid van het reinigingsproces doet er meer toe dan de meeste mensen beseften. Wanneer instrumenten naar het ziekenhuis worden teruggestuurd, moeten ze gedesinfecteerd worden voordat ze opnieuw gebruikt kunnen worden. De studie toonde aan dat als dit reinigingsproces traag of onvoorspelbaar is, ziekenhuizen een veel grotere voorraad reserve-instrumenten bij de hand moeten hebben om te voorkomen dat ze tekorten krijgen. In scenario's waarin de reiniging lang duurde of sterk varieerde in duur, hadden ziekenhuizen aanzienlijk meer inventaris nodig om een succespercentage van 100 procent voor operaties te garanderen. Dit inzicht biedt een duidelijke routekaart voor ziekenhuismanagers: het adopteren van circulaire instrumenten gaat niet alleen over het kopen van het juiste product, maar ook over het investeren in de snelheid en betrouwbaarheid van de reinigings- en reparatie-infrastructuur.

Uiteindelijk suggereert dit onderzoek dat de overgang naar een circulaire economie in de gezondheidszorg geen eenvoudige schakelaar is, maar een strategische balansact. Voor ziekenhuizen die snel kosten en emissies willen verlagen, biedt het herfabriceren van bestaande instrumenten voor eenmalig gebruik het meest directe rendement. Voor degenen die bereid zijn te investeren in langetermijnverduurzaming en de infrastructuur hebben om dit te ondersteunen, bieden volledig herbruikbare instrumenten de diepste milieuvoordelen, mits zij de initiële hoge kosten kunnen uitzitten. De hybride aanpak, ondanks de intuïtieve aantrekkingskracht, lijkt onder de huidige marktomstandigheden een doodlopende weg te zijn. Door deze afwegingen in kaart te brengen, biedt de studie een duidelijke gids voor beleidsmakers en ziekenhuisbestuurders, waarbij wordt aangetoond dat het pad naar een groener gezondheidszorgsysteem wordt geplaveid met zorgvuldige planning, realistische verwachtingen en een diep begrip van hoe elke schakel in de toeleveringsketen de volgende beïnvloedt.