بهبود تأمین فرآورده‌های خون از طریق سازگاری اهدا (مقاله هشتم)

 

چکیده

پیشرفت‌های اخیر فناوری، موسوم به آفرزیس چند مولفه‌ای ، اجازه می‌دهد اهدا خون براساس تقاضا و سطح موجودی محصولات خون، تنظیم شود. با توجه به تغییر تقاضا در طی یک افق برنامه‌ریزی، زمان تعویق، فسادپذیری فرآورده‌های خون و محدود بودن تعداد اهداکننده‌‎ها، آفرزیس چند مولفه‌ای فرصتی برای افزایش استفاده (بهره‌برداری) از اهداکننده است و از این رو زنجیره تامین خون بهتر مدیریت می شود. در این مقاله ، ما مدل و رویکردهایی برای سازگاری اهدای خون را به منظور تعیین کمیت مزایای احتمالی آفرزیس چند مولفه‌ای ارائه می دهیم. به طور خاص، ما مسئله سازگاری اهدای خون را در جایی تعریف می‌کنیم که هدف آن ، به حداقل رساندن کل هزینه‌های اهدای خون، موجودی و دفع محصولات خون ضمن برآوردن تقاضای فرآورده‌های خون در طی یک افق برنامه‌ریزی است. ما یک مدل ریاضی و یک روش تولید ستون ایجاد می‌کنیم تا اهدای خون را سازگار کنیم. ما همچنین الگوریتم کاربردی‌تری را پیشنهاد می‌کنیم که به راحتی توسط سازمان‌های اهدای خون قابل اجرا است، این الگوریتم rule-of-thumb است.

کلید واژه‌ها: زنجیره تامین خون، فرآورده‌های خون، آفرزیس چند مولفه‌ای، سازگاری اهدا، روش تولید ستون

 

مقدمه

خون به طور مداوم برای درمان تلفات ناشی از تصادفات ، معالجه سرطان ، پیوند عضو ، درمان کم خونی و جراحی های عمده مانند جراحی قلب باز مورد نیاز است. از نظر آماری ، هر دو ثانیه یک نفر به خون احتیاج دارد و یک نفر از هفت نفر که وارد بیمارستان می شوند، به خون یا فرآورده‌های خون احتیاج دارند. سالانه حدود 5 میلیون بیمار در ایالات متحده خون یا فرآورده‌های خون دریافت می‌کنند. سالانه بیش از 20 میلیون واحد فرآورده خون تزریق می‌شود. در سال 2011 ، 4.3٪ از محصولات خون منقضی شده و در 3.3٪ از بیمارستان‌ها، جراحی‌ها به دلیل کمبود یک یا چند روزه به تعویق افتادند.

رویکردهای سنتی برای جذب داوطلب اهدای خون موفقیت آمیز نبوده است. مدیریت زنجیره تامین خون یک کار پیچیده است زیرا خون کالایی معمولی نیست. خون و فرآورده‌های خون را نمی‌توان تولید کرد، و هیچگونه خون مصنوعی وجود ندارد که بتواند به عنوان جایگزین مورد استفاده قرار گیرد. محصولات خون با اهدای افراد واجد شرایط تأمین می‌شود. بین دو بار اهدای خون متوالی، زمان مشخصی وجود دارد . برای اینکه بعد از هر اهدا ضروری است که اهداکننده تمام سلول‌ها و مایعات از دست رفته را جایگزین کند. اگر خون و فرآورده‌های خونی به موقع استفاده نشوند مجبور به دفع آن‌ها هستیم. ناکارآمدی مدیریت زنجیره تامین خون منجر به افزایش هزینه‌های مراقبت بهداشتی از جمله هزینه‌های دفع، ذخیره و اهدای خون می‌‌باشد  شایع ترین نوع اهدای خون اهدای خون کامل است. در گذشته از خون کامل در تزریق استفاده می‌شد، اما در حال حاضر فقط از اجزای خون استفاده می‌شود. پس از اهدای خون در محل اهدای خون ، خون با فرآیندی به نام سانتریفیوژ به اجزایی مانند گلبول‌های قرمز، پلاکت‌ها و پلاسما جدا می‌شود. این فرآورده‌های خون برای درمان چندین بیماری استفاده می‌شوند. گلبول‌های قرمز(RBCs) ، بیشتر برای بیماران کم خونی جراحی و نوزادان نارس لازم است، در حالی که پلاکت‌ها برای خونریزی، معالجه سرطان، پیوند عضو و پلاسما برای سوختگی و تروما لازم است. پلاکت‌ها تا 5 روز،  RBC تا 42 روز و پلاسما تا یک سال قابل نگهداری است.

پیشرفت‌های فن آوری اخیر در اهدای خون امکان اهدا بیش از یک جزء خون و بدون ایجاد خطر برای اهداکننده بر اساس ویژگی‌های اهدا کننده فراهم می کند. این روش  آفرزیس چند مولفه‌ای(MCA)  نامیده می‌شود و اکنون توسط سازمان‌های اهدای خون بطور مکرر مورد استفاده قرار می‌گیرد . هنگامی که یک اهداکننده خون کامل اهدا کند، باید 56 روز صبر کند تا بتواند دوباره خون اهدا کند. در این مطالعه، ما ابتدا مسئله سازگاری اهدای خون (BDTP) را تعریف می‌کنیم. در BDTP ، هدف این است که ضمن برآوردن تقاضا، هزینه‌های مرتبط با اهدا (هزینه‌های اهدا، موجودی و دفع) را به حداقل برسانیم.

نوآوری‌ها

سهم اصلی ما در این مطالعه به شرح زیر است:

·         این اولین مطالعه مدل‌های در حال توسعه برای تعیین کمیت مزایای MCA از نظر هزینه و در دسترس بودن محصول، با در نظر گرفتن انواع اهدای ممکن و زمان تعویق است. همچنین اولین کسی هستیم که مسئله سازگاری اهدای خون (BDTP) را به منظور کشف مزایای MCA برای همه‌ی انواع اهدای خون تحت محدودیت زمانی تعویق، تعریف می‌کنیم.

·         دو رویکرد ابتکاری، رویکرد تولید ستون و رویکرد rule-of-thumb ، بر ای حل  BDTP پیشنهاد شده است. در حالی که رویکرد ابتکاری مبتنی بر تولید ستون، حل‌های تقریباً بهینه را پیدا می‌کند، رویکرد ابتکاری rule-of-thumb ، روش‌ عملی‌تری است که توسط سازمان‌های اهدای خون قابل اجرا است.

·         ما همچنین اثر MCA را در مقایسه با اهدای خون از نظر هزینه و تعداد مورد نیاز اهدا کنندگان نشان می دهیم.

·         رویکرد ابتکاری مبتنی بر تولید ستون همچنین می تواند جنبه های واقع بینانه این مسئله از کمبود و صلاحیت‌های اهداکنندگان را در نظر بگیرد.

مسئله سازگاری اهدای خون

در مسئله سازگاری اهدای خون (BDTP) ، یک سازمان اهدا خون قصد دارد برنامه‌های اهدای خون (از جمله نوع اهدا و زمان اهدا) اهداکنندگان مکرر را پیدا کند تا بتواند تقاضای فرآورده‌های خون را برای یک افق برنامه‌ریزی مشخص برآورده کند.

از آنجا که تطابق گروه خونی اهداکنندگان در عمل یک قاعده معمول است ، برنامه‌ریزی هر گروه خونی به طور جداگانه می‌تواند انجام شود.  از این رو ، ما فرض می‌کنیم که فقط یک گروه خون در BDTP وجود دارد.

سه فرآورده اصلی خون یعنی گلبول‌های قرمز(RBCs)، پلاکت‌ها و پلاسما در BDTP در نظر گرفته شده است و فرض بر این است که تقاضا برای این سه محصول برای یک افق برنامه‌ریزی مشخص شناخته شده است.

هر فرآورده خون از ماندگاری مشخصی برخوردار است (42 روز برای گلبول‌های قرمز، 5 روز برای پلاکت‌ها، 1 سال برای پلاسما) و در صورت استفاده به موقع نباید از بین بروند. وقتی یک اهدا‌کننده نوع خاصی از اهدای را انجام می‌دهد، باید قبل از انجام اهدای دیگر مدتی منتظر بماند. این زمان تعویق بین اهداهای متوالی به نوع فعلی و نوع بعدی اهدا بستگی دارد. علاوه بر این، به دلایل ایمنی، یک اهداکننده نمی‌تواند بیش از مقدار مشخصی از هر فرآورده خون در افق برنامه‌ریزی اهدا کند. هدف سازمان‌های اهدای خون، به حداقل رساندن کل هزینه‌های عملیاتی ضمن برآوردن تقاضا است.

هزینه کل شامل: (i) هزینه نگهداری موجودی برای کالاهای ذخیره شده، (ii) هزینه‌های دفع ضایعات و (iii) هزینه‌های اهدای خون است.

ابتدا BDTP را به عنوان یک مسئله برنامه‌ریزی خطی عدد صحیح مختلط(MIP)تنظیم می‌کنیم.

      

تابع هدف، هزینه‌های اهدا، نگهداری و ذخیره سازی موجودی را به حداقل میرساند.

در محدودیت‌های (1) و (2) ، زمان تعویق بین دو اهدای متوالی یک اهداکننده، تضمین می‌کند.

محدودیت (3)، تعادل جریان موجودی برای هر فرآورده خون و دوره زمانی نشان می‌دهد.

محدودیت (4)، محدود کردن تعداد واحدهای هر فرآورده خونی یک اهداکننده که در افق برنامه‌ریزی جمع‌آوری می‌شود، نشان می‌د‌هد.

محدودیت (5) ، ماندگاری فرآورده‌های خونی را محدود می‌کند. 

محدودیت‌های (6) و (7) دامنه متغیرهای تصمیم بیان می‌کند.

رویکردهای  حل

زمانی که افق برنامه ریزی طولانی است و یا تعداد اهدا کنندگان زیاد است، حل مدل MIP غیر ممکن می‌شود. به عنوان جایگزینی برای MIP ، ما روش‌های ابتکاری را برای حل BDTP پیشنهاد می‌کنیم. به عنوان اولین رویکرد ابتکاری، ما یک روش ابتکاری مبتنی بر تولید ستون () ارائه می‌دهیم. رویکرد دوم، ما یک روش ساده و کاربردی‌تر به نام (RoT) ارائه می‌دهیم که می تواند توسط سازمان‌های اهدای خون اجرا شود.

نتایج عددی

ما برای نشان دادن عملکرد روش‌های پیشنهادی، آن‌ها را با سه روش زیر مقایسه می‌کنیم.

(1) column generation with updated deferral times (CG-U)

(2) San Martino Apheresis (SMA)

(3) whole blood donation only (WB)

WB با تعداد کنونی اهداکنندگان نمی تواند حل عملی پیدا کند. بنابراین ، ما بانک خون را با افزایش تعداد اهدا کنندگان نیز اجرا می کنیم. در حالت اول تعداد اهدا کنندگان را 5 برابر و در حالت دوم تعداد اهدا کنندگان را 10 برابر می‌کنیم. این نتایج در زیر ستون های WB-5 و WB-10 در جدول 4 گزارش شده است. ما مشاهده می کنیم که CG از روشهای دیگر بهتر است. در CG حداکثر اختلاف از حل بهینه  43/0٪ است، در حالی که متوسط ​​اختلاف 0.29٪ است. با این حال، حتی حداقل اختلاف بهینه یک حل در RoT ، 4.81٪ است، در حالی که متوسط اختلاف آن  28.27٪ است.

 جدول 5 درصد هزینه‌های مربوط به اهدا (Don)، موجودی (Inv) و دفع ضایعات(Dis) را نشان می‌دهد.  هزینه های اهدا بیشترین سهم را در کل هزینه‌های محاسبه شده و در کلیه روش‌ها دارد.. ما مشاهده می‌کنیم که مستقل از هر روش حدود 99٪ از کل هزینه‌ها مربوط به اهدا می‌شود. در هر دو CG و  CG-U، هزینه‌های دفع ناچیز است. هزینه نگهداری موجودی در RoT بیشتر از بقیه روش‌هاست.

نتیجه

در این مقاله، ما مسئله سازگاری اهدای خون (BDTP) با انگیزه پیشرفت‌های اخیر در روند اهدای خون، بررسی می‌کنیم.  در BDTP ، ما مزایای MCA را تعیین می‌کنیم و هدف ما توسعه سیاست‌های برنامه‌ریزی اهدا برای سازمان‌های اهدای خون است. تا آنجا که ما بررسی کردیم، این اولین مطالعه‌ای است که مزایای احتمالی MCA را از نظر هزینه و در دسترس بودن محصول با در نظر گرفتن انواع اهدا و زمان تعویق، تجزیه و تحلیل می‌کند. در BDTP، هدف این است که ضمن برآوردن تقاضای فرآورده‌های خونی در طول افق برنامه‌ریزی، کل هزینه‌های عملیاتی را به حداقل برسانیم. ما ابتدا BDTP را به عنوان یک مسئله برنامه‌ریزی خطی عدد صحیح مختلط ارائه کردیم و برای حل  BDTP ، روش‌های ابتکاری را توسعه می‌دهیم. ابتدا، یک روش ابتکاری مبتنی بر تولید ستون (CG) ایجاد می شود. سپس، روش ابتکاری RoT  پیشنهاد می شود. اگرچه CG در مقایسه با RoT حل‌های بهتری ایجاد می‌کند، یک رویکرد ساده مانند RoT به دلیل اینکه یک نوع اهدا را انجام می‌دهد و بسیار ساده است، ممکن است توسط سازمان‌های اهدای خون ترجیح داده شود. در آخر ، ما نشان می‌دهیم که رویکرد حل پیشنهادی می‌تواند اصلاح شود تا جنبه‌های زندگی واقعی این مسئله از جمله موجودی اقلام در دسترس  و صلاحیت اهداکننده را کنترل کند. اهدای خون مکرر تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله نزدیک بودن به محل اهدای خون و تجربه در مورد اهدای  قبلی، می‌باشد.  علاوه بر ارائه تجربه خوب، می‌توان چندین انگیزه از جمله هدایا ، افزایش روزهای تعطیل در کار یا آزمایش‌های مربوط به سلامتی را به اهدا کنندگان ارائه دهند تا آن‌ها را ترغیب به ادامه برنامه اهدا کنند .