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

Ziekenhuizen zijn uitgestrekte, complexe ecosystemen waar de stroom van mensen en de stroom van voorraden in perfecte synchronie moeten bewegen. Wanneer een patiënt arriveert met een plotselinge ziekte, heeft het ziekenhuis direct de juiste instrumenten nodig. Maar het voorspellen van precies wanneer die instrumenten nodig zullen zijn, is een moeilijke puzzel, vooral omdat de vraag naar medische benodigdheden niet alleen wordt gedreven door het aantal patiënten, maar ook door de wereld buiten de muren van het ziekenhuis. De lucht die we inademen en het weer dat we ervaren, kunnen de hoeveelheid mensen die medische zorg zoeken subtiel, en soms drastisch, veranderen. Jarenlang hebben ziekenhuisbeheerders vertrouwd op eenvoudige schattingen gebaseerd op voorgaande maanden om hun inventaris te bestellen, een methode die er vaak toe leidt dat er ofwel een tekort is aan cruciale artikelen, of dat dure voorraden ongebruikt op de planken blijven liggen. De vraag of de hemel en de lucht zelf gebruikt konden worden om deze behoeften te voorspellen, is in de context van de ziekenhuislogistiek grotendeels onverkend gebleven.

Een team onderzoekers aan het Air Force Medical Center in Beijing besloot dit verband te onderzoeken door naar twee zeer verschillende soorten medische benodigdheden te kijken: interventie-geleidewires en desinfectieartikelen. Geleidewires zijn dunne, flexibele instrumenten die artsen gebruiken om door bloedvaten te navigeren tijdens complexe procedures; het zijn dure, hoogwaardige artikelen die doorgaans worden gebruikt bij geplande operaties. Desinfectieartikelen daarentegen zijn de alledaagse materialen die worden gebruikt om apparatuur en kamers te reinigen en te steriliseren; ze zijn goedkoper, maar worden in enorme, onvoorspelbare hoeveelheden verbruikt wanneer het infectierisico stijgt. De onderzoekers verzamelden dagelijkse gegevens over hoeveel van elk item werd gebruikt over een periode die liep van januari 2023 tot juli 2025. Ze koppelden deze gegevens aan gedetailleerde verslagen van het weer en de luchtkwaliteit in Beijing, inclusief temperatuur, windsnelheid en niveaus van diverse verontreinigende stoffen zoals stikstofdioxide en fijnstof. Hun doel was om te zien of het milieu kon verklaren waarom het ziekenhuis op een bepaalde dag meer of minder van deze artikelen gebruikte, en om een systeem te bouwen dat deze behoeften nauwkeuriger kan voorspellen dan de huidige methoden.

De onderzoekers ontdekten dat deze twee soorten voorraden op totaal verschillende manieren functioneren. De vraag naar geleidewires was opmerkelijk stabiel en voorspelbaar, en volgde een gestaag ritme dat de geplande operaties van het ziekenhuis weerspiegelde. In contrast hiermee was het gebruik van desinfectieartikelen chaotisch en volatiel, met wilde schommelingen van dag tot dag. Gemiddeld gebruikte het ziekenhuis ongeveer 15,6 geleidewires per dag, waarbij de hoogste eenmalige dagelijkse consumptie 49 eenheden bereikte. Het bedrag dat aan deze draden werd uitgegeven was aanzienlijk, met een gemiddelde van meer dan 10.000 yuan per dag. Echter, het gebruik van desinfectieartikelen was veel grilliger, met een gemiddelde van 165,2 eenheden per dag, maar met dagelijkse pieken die konden oplopen tot 3.400 eenheden. Deze enorme kloof tussen het gemiddelde en de piek suggereerde dat, terwijl geleidewires op een consistente, geplande manier werden gebruikt, desinfectieartikelen onderhevig waren aan plotselinge, grootschalige gebeurtenissen, waarschijnlijk gedreven door uitbraken van infecties of urgente wijzigingen in de ziekenhuisprotocollen.

Toen het team keek naar hoe het milieu de invloed op deze voorraden had, waren de resultaten opvallend. Voor de geleidewires had de luchtkwaliteit en het weer bijna geen impact; zelfs op dagen met zware vervuiling daalde het gebruik van deze chirurgische instrumenten met minder dan 2 procent. Dit bevestigde dat geplande operaties niet gemakkelijk worden verstoord door het weer. Het verhaal was echter geheel anders voor de desinfectieartikelen. Op dagen met een slechte luchtkwaliteit gebruikte het ziekenhuis aanzienlijk minder van deze artikelen, met een daling van meer dan 10 procent. Deze contra-intuïtieve bevinding suggereert dat wanneer de lucht slecht is, mensen wellicht thuis blijven, of dat ziekenhuisprocedures worden uitgesteld, wat leidt tot een tijdelijke luwte in de behoefte aan sterilisatie. De onderzoekers gebruikten een statistisch hulpmiddel genaamd LASSO om door tientallen omgevingsfactoren te zeven en de specifieke drijfveren voor elk type voorraad te identificeren. Ze vonden dat vijf factoren, waaronder de luchtkwaliteitsindex en windsnelheid, cruciaal waren voor desinfectieartikelen, terwijl acht factoren, waaronder temperatuur en neerslag, invloed hadden op de geleidewires.

Om deze inzichten om te zetten in een praktisch hulpmiddel, bouwden de onderzoekers verschillende computermodellen om de toekomstige vraag te voorspellen. Ze testten een standaard tijdreeksmodel, een nieuwer model ontworpen om seizoenspatronen aan te pakken, en een hybride model dat de sterke punten van beide combineerde. Voor de geleidewires werkte het hybride model prachtig. Het slaagde erin de regelmatige, ritmische patronen van de gegevens te leren en voorspelde toekomstig gebruik met een hoge nauwkeurigheid, waarbij het de andere modellen met een aanzienlijke marge overtrof. Het kon de wekelijkse en maandelijkse cycli van chirurgische activiteiten anticiperen met een precisie die de oudere modellen niet konden evenaren. Echter, wat betreft de chaotische wereld van desinfectieartikelen, waren de resultaten bescheidener. Hoewel de geavanceerde modellen de foutmarge met ongeveer 30 procent verminderden ten opzichte van het basismodel, hadden ze nog steeds moeite met het voorspellen van de extreme pieken in de vraag. De gegevens voor deze voorraden werden zo gedomineerd door willekeurige, plotselinge schokken dat geen enkele wiskundige formule gebaseerd op de geschiedenis alleen hen perfect kon voorzien.

De studie bracht ook in kaart hoe de effecten van het milieu zich in de loop van de tijd ontvouwen. Door gebruik te maken van een methode die bijhoudt hoe een blootstelling vandaag de uitkomsten in de daaropvolgende weken beïnvloedt, ontdekten zij dat de relatie tussen vervuiling en voorraadgebruik niet onmiddellijk is. Voor desinfectieartikelen vertoonden bepaalde verontreinigende stoffen, zoals stikstofdioxide, een sterk effect binnen enkele dagen, terwijl andere factoren zoals windsnelheid effecten hadden die wekenlang aanhielden. Voor de geleidewires waren de vertragingspatronen anders, wat de langere planningscycli van chirurgie reflecteerde in plaats van directe reacties op het weer. De onderzoekers onderzochten ook hoe meerdere verontreinigende stoffen samenwerken. Ze ontdekten dat tijdens perioden van goede luchtkwaliteit andere factoren de vraag voor elk type voorraad domineerden, maar tijdens vervuilingsperioden werd stikstofdioxide de primaire drijfveer voor veranderingen in het gebruik van desinfectieartikelen. Dit suggereert dat de mix van omgevingsfactoren net zo belangrijk is als de individuele elementen.

Uiteindelijk benadrukt dit onderzoek dat één enkele strategie niet alle ziekenhuisvoorraden kan beheren. De studie suggereert dat ziekenhuizen deze twee categorieën verschillend moeten behandelen. Voor stabiele, hoogwaardige artikelen zoals geleidewires kunnen geavanceerde voorspellingsmodellen die omgevingsgegevens integreren helpen de inventaris te optimaliseren, waardoor wordt gewaarborgd dat dure instrumenten beschikbaar zijn wanneer ze nodig zijn zonder te veel kapitaal vast te leggen in overtollige voorraad. Voor volatiele, goedkopere artikelen zoals desinfectieartikelen is het echter onvoldoende om uitsluitend op voorspellingsmodellen te vertrouwen. De onderzoekers stellen voor dat ziekenhuizen in plaats daarvan moeten focussen op het opbouwen van robuuste noodvoorraden om de onvoorspelbare pieken op te vangen die modellen niet kunnen voorzien. Door te begrijpen dat de hemel en de lucht het ziekenhuis op verschillende manieren en voor verschillende instrumenten beïnvloeden, kunnen beheerders bewegen van een "one-size-fits-all" voorraadbeheer naar een verfijndere, responsieve methode die patiënten veilig houdt en de stroom van voorraden garandeert.