Algorithm Construction for Efficient Scheduling of Advanced Health Care at Home

• Main Authors: Afroze, Tonima, Rosén Gardell, Moa
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för teknik och hälsa (STH) 2015
• Subjects: advanced health care at home; home assistance; vehicle routing problem; time windows; scheduling; rescheduling; routing; optimization; avancerad sjukvård i hemmet; hemtjänst; schemaläggning; omplanering; ruttoptimering; optimering; Computer Sciences; Datavetenskap (datalogi); Medical Engineering; Medicinteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-170392

Providing advanced health care at home rather than in a hospital creates a greater quality of life for patients and their families. It also lowers the risk of hospital-acquired infections and accelerates recovery. The overall cost of care per patient is decreased. Manual scheduling of patient visits by health care professionals (HCPs) has become a bottleneck for increased patient capacity at SABH, a ward providing advanced pediatric health care at home (“Sjukhusansluten Avancerad Barnsjukvård i Hemmet” in Swedish), since many parameters need to be taken into account during scheduling. This thesis aims to increase the efficiency of SABH’s daily scheduling of personnel and resources by designing an automated scheduler that constructs a daily schedule and incorporates changes in it when needed in order to remove scheduling as a limitation for increased patient capacity. Requirements on a feasible schedule are identified in cooperation with SABH and literature is investigated about similar areas where the scheduling process has been automated. The scheduling is formulated as a computerized problem and investigated from the perspective of theoretical computer science. We show that the scheduling problem is NP-hard and can therefore not be expected to be solved optimally. The algorithm for scheduling the visits minimizes violations of time windows and travel times, and maximizes person continuity and workload balancing. The algorithm constructs an initial solution that fulfills time constraints using a greedy approach and then uses local search, simulated annealing, and tabu search to iteratively improve the solution. We present an exact rescheduling algorithm that incorporates additional visits after the original schedule has been set. The scheduling algorithm was implemented and tested on real data from SABH. Although we found the algorithm to be efficient, automatic transfer of data from the patient journal system is an imperative for the scheduler to be adopted. === Barn som får avancerad sjukvård hemma istället för på sjukhus tillfrisknar ofta snabbare och risken för vårdrelaterade infektioner minskar. Barnen och deras familjer blir mer välmående av att få vistas i sin hemmiljö. På Astrid Lingrens barnsjukhus i Stockholm erbjuds avancerad hemsjukvård av avdelningen Sjukhusansluten Avancerad Barnsjukvård i Hemmet (SABH). För att schemalägga när patienterna ska besökas av sjukvårdspersonalen behöver många olika faktorer beaktas, detta sker idag helt manuellt. Den manuella schemaläggningen utgör en naturlig begränsning av SABHs patientkapacitet. Denna uppsats syftar till att effektivisera schemaläggningsprocessen hos SABH genom att föreslå en automatiserad lösning som hanterar koordinering av personal och resurser och dem förändringar som behöver göras i schemat under dagen, för att få bort schemaläggningsprocessen som ett hinder mot ökad patientkapacitet. Krav på schemaläggningen identifieras i diskussion med SABH och genom att studera litteratur kring liknande områden där schemaläggning lösts automatiserat. Vi formulerar schemaläggningen som ett datologiskt problem och analyserar det med utgångspunkt i teoretisk datalogi. Vi visar att problemet är NP-svårt och därför inte kan förväntas lösas optimalt inom rimlig tid. Vår lösning approximerar istället fram ett rimligt svar, där fokus hos algoritmen är att patienterna ska besökas de tider de behöver, personalens restider ska vara så korta som möjligt samtidigt som arbetsbördan hos personalen ska vara så lika fördelad som möjligt och patienterna ska, i den mån det är möjligt, få vård av samma personal. Med en girig algoritm konstrueras ett initialt schema som uppfyller de grundläggande kraven, detta schema förbättras med lokalsökning, simulated annealing och tabusökning. En exakt lösning framställs för uppdatering av schemat. Algoritmen för att lägga ett dagligt schema (utan uppdateringar) implementerades och testades med riktigt data från SABH. Vår algoritm visade sig vara effektiv, men för att kunna göra hela schemaläggningsprocessen effektiv behöver den integreras med journalsystemet.