Planning home health care services: vehicle routing and crew scheduling

Abstract

In the changing and developing world, the population is aging due to increasing population and prolonging average life expectancy. The ageing population also brings disease, the need for care and increases the burden on the health system. For this reason, Home Health Care (HHC) are offered for elderly/sick, needy of care individuals. HHC cover a variety of healthcare services offered by healthcare professionals by visiting patients at their homes. These services should be planned effectively and efficiently due to the increase patient demand and limited resources. In this context, two main problems are encountered: Assignment and routing. In the study, a visit plan for 11 personnel and 138 patients from different locations was created with the real data obtained from Ankara Eğitim Araştırma Hospital HHC Unit. First, teams were created from personnel with different qualifications in order to minimize the workload in Model-1. Later, in the Model-2, routes were determined in order to minimize the total distance traveled by each created team. These integer linear models created were solved with IBM Ilog Cplex Optimization Studio program. As a result, when comparing the current situation with the appropriate solution obtained, 18% improvement was achieved in the routes without providing extra personnel.

Keywords

• Home Health Care
• Home Health Care Routing and Scheduling Problem
• Integer Linear Programming

Evde sağlık hizmetlerinin planlanması: araç rotalama ve ekip çizelgeleme

Abstract

Değişen ve gelişen dünyada, artan nüfus ve ortalama yaşam süresinin uzaması sebebiyle nüfus yaşlanmaktadır. Yaşlanan nüfus da hastalığı, bakım ihtiyacını beraberinde getirmekte ve sağlık sistemi üzerindeki yükü artırmaktadır. Bu nedenle yaşlı/hasta, bakıma muhtaç bireyler için Evde Sağlık Hizmetleri (ESH) sunulmaktadır. ESH, sağlık personellerinin hastaları evlerinde ziyaret ederek sundukları çeşitli sağlık hizmetlerini kapsamaktadır. Bu hizmetler, hasta taleplerinin artması ve kaynakların sınırlı olmasından dolayı etkin ve verimli bir şekilde planlanmalıdır. Bu bağlamda iki temel problem ile karşılaşılmaktadır: Atama ve rotalama. Yapılan çalışmada Ankara Eğitim Araştırma Hastanesi ESH Birimi’nden alınan gerçek verilerle 11 personel ve farklı konumlarda bulunan, 138 hastanın ziyaret planı oluşturulmuştur. İlk olarak Model-1’de iş yükünün minimize edilmesi amacıyla, farklı niteliklere sahip personelden ekipler oluşturulmuştur. Daha sonra Model-2’de, oluşturulan her ekibin toplam kat ettiği mesafenin minimize etmesi amacıyla, rotalar belirlenmiştir. Oluşturulan bu tam sayılı doğrusal modeller, IBM Ilog Cplex Optimization Studio programı ile çözülmüştür. Sonuç olarak, elde edilen uygun çözüm ile mevcut durum karşılaştırıldığında ekstra personel sağlanmadan rotalarda %18 iyileştirme sağlanmıştır.

Keywords

• Evde Sağlık Hizmetleri
• Evde Sağlık Hizmetleri Rotalama ve Çizelgeleme Problemi
• Tam Sayılı Doğrusal Programlama

References

1. Allaoua, H., Borne, S., Letocart, L.& Calvo, R.W. (2013). A matheuristic approach for solving a home health care problem. Electronic Notes in Discrete Mathematics, 41, 471–478. doi: https://doi.org/10.1016/j.endm.2013.05.127
2. Batur, G.D. ve Erol, S. (2014). Sağlık sistemlerinde yöneylem araştırması teknikleri: 2007-2017 yılları arası literatür taraması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(1), 153–166. doi: https://doi.org/10.5505/pajes.2017.44389
3. Carello, G. & Lanzarone, E. (2014). A cardinality-constrained robust model for the assignment problem in Home Care services. European Journal of Operational Research, 236, 748–762. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2014.01.009
4. Carello, G., Lanzarone, E., Servilio, M. & Laricini, D. (2017). Handling Time-RelatedDemands in the Home Care Nurse-to-Patient Assignment Problem with the Implementor-Adversarial Approach. International Conference on Health Care Systems Engineering, 210, 87–97. Erişim adresi: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-66146-9_8
5. Cayir, Y. (2020). Home Health Care. Turkish Journal of Family Medicine and Primary Care, 14(1), 147–152. doi: https://doi.org/10.21763/tjfmpc.693164
6. Cissé, M., Yalçındağ, S., Kergosien, Y., Şahin, E., Lenté, C & Matta, A. (2017). OR problems related to Home Health Care: A review of relevant routing and scheduling problems. Operations Research for Health Care, 13, 1–22. doi: https://doi.org/10.1016/j.orhc.2017.06.001
7. Çoban, M., Esatoğlu, A.E. ve İzgi, M.C. (2014). Türkiye’de evde sağlık ve bakım hizmetleri uygulamalarının mevzuat içindeki tarihsel değişimi. Türkiye Biyoetik Dergisi, 1(3), 154–176. doi: https://doi.org/10.5505/tjob.2014.29392
8. Decerle, J., Grunder, O., Hajjam El Hassani, A. & Barakat, O. (2017). A general model for the home health care routing and scheduling problem with route balancing. IFAC-PapersOnLine, 50(1), 14662–14667. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.1907

9. Doğusan, A.R. (2019). Türkiye’de Evde Sağlık Hizmetleri ile İlgili Mevzuat ve Gelişimi. Ankara Med J, 19(3), 684–693. doi: https://doi.org/10.17098/amj.624563
10. Emiliano, W., Telhada, J. & do Samerio Carvalho, M. (2017). Home health care logistics planning: a review and framework. Procedia Manufacturing, 13, 948–955. doi: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.09.165
11. Eveborn, P., Flisberg, P. & Ronnqvist, M. (2006). LAPS CARE—an operational system for staff planning of home care. European Journal of Operational Research, 171(3), 962–976. doi: https://doi.org/10.1016/j.ejor.2005.01.011
12. Fikar, C. & Hirsch, P. (2017). Home health care routing and scheduling: A review. Computers & Operations Research, 77, 86–95. doi: https://doi.org/10.1016/j.cor.2016.07.019
13. Gayraud, F., Deroussi, L., Grangeon, N. & Norre, S. (2013). A new mathematical formulation for the home health care problem. Procedia Technology, 9, 1041–1047. doi: https://doi.org/10.1016/j.protcy.2013.12.116
14. Grieco, L., Utley, M. & Crowe, S. Operational research applied to decisions in home health care: A systematic literature review. Journal of the Operational Research Society, 1–32. doi: https://doi.org/10.1080/01605682.2020.1750311
15. Hewitt, M., Nowak, M. & Nataraj, N. (2016). Planning Strategies for Home Health Care Delivery. Asia-Pacific Journal of Operational Research, 33(5): 1–26. doi: https://doi.org/10.1142/S021759591650041X
16. Holm, S. & Angelsen, R. (2014). A descriptive retrospective study of time consumption in home care services: how do employees use their working time?. BMC Health Serv Res, 14(439), 1-10. Erişim adresi: http://www.biomedcentral.com/1472-6963/14/439
17. Lahrichi, N., Lanzaron, E. & Yalçındağ, S. (2017). A New Decomposition Approach for the Home Health Care Problem, International Conference on Health Care Systems Engineering, 210, 27–36. Erişim adresi: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-66146-9_3
18. Lanzarone, E. & Matta, A. (2014). Robust nurse-to-patient assignment in home care services to minimize overtimes under continuity of care. Operations Research for Health Care, 3, 48–58. doi: https://doi.org/10.1016/j.orhc.2014.01.003
19. Luenberger, D.G. & Ye, Y. (2016). Linear and Nonlinear Programming. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-18842-3
20. Mankowska, D.S., Meisel, F. & Bierwirth, C. (2014). The home health care routing and scheduling problem with interdependent services. Health Care Manag Sci, 17(1), 15–30. doi: https://doi.org/10.1007/s10729-013-9243-1
21. Marcon, E., Sondes, C., Yves, S. & Bonte, T. (2016). Caregivers Routing Problem in Home Health Care: Literature Review. Service Orientation in Holonic and Multi-Agent Manufacturing. Service Orientation in Holonic and Multi-Agent Manufacturing, 694, 319-326. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-51100-9
22. Population Reference Bureau. (2019). Erişim adresi: https://www.prb.org/2019-world-population-data-sheet/
23. Rasmussen, M.S., Justesen, T., Dohn, A. & Larsen, J. (2012). The Home Care Crew Scheduling Problem: Preference-based visit clustering and temporal dependencies. European Journal of Operational Research, 219(3), 598–610. doi: https://doi.org/10.1016/j.ejor.2011.10.048
24. Rest, K.D. & Hirsch, P. (2016). Daily scheduling of home health care services using time-dependent public transport. Flex Serv Manuf J, 28(3), 495–525. doi: https://doi.org/10.1007/s10696-015-9227-1
25. Rodriguez-Verjan, C., Augusto, V. & Xie, X. (2018). Home health-care network design: Location and configuration of home health-care centers. Operations Research for Health Care, 17, 28–41. doi: https://doi.org/10.1016/j.orhc.2017.09.001
26. Shi, Y., Boudouh, T. & Grunder, O. (2017). A Home Health Care Routing Problem with Stochastic Travel and Service Time. IFAC-PapersOnLine, 50(1), 13987–13992. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.2419
27. Taha, H. (2000). Yöneylem Araştırması. Literatür Yayıncılık.
28. Taha, H. (2014). Integer programming: theory, applications, and computations. Academic Press.
29. T.C. Aile, Çalışma ve Sosyal Hizmetler Bakanlığı. (2020a). Erişim adresi: https://www.ailevecalisma.gov.tr/media/37313/istatistik-bulteni-ocak-2020-1.pdf
30. T.C. Aile, Çalışma ve Sosyal Hizmetler Bakanlığı. (2020b). Erişim adresi: https://www.ailevecalisma.gov.tr/media/45354/yasli-nufus-demografik-degisimi-2020.pdf
31. Evde Bakım Hizmetleri Sunumu Hakkında Yönetmelik. (2005, 10 Mart). Resmi Gazete (Sayı: 25751). Erişim adresi: https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2005/03/20050310-5.htm
32. Sağlık Bakanlığı Ve Bağlı Kuruluşları Tarafından Evde Sağlık Hizmetlerinin Sunulmasına Dair Yönetmelik. (2015, 27 Şubat). Resmi Gazete (Sayı: 29280). Erişim adresi: https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2015/02/20150227-14.htm
33. Trautsamwieser, A. & Hirsch, P. (2014). A Branch-Price-and-Cut Approach for Solving the Medium-Term Home Health Care Planning Problem. Wiley Online Library, 64(3), 143–159. doi: https://doi.org/10.1002/net.21566
34. Trautsamwieser, A., Gronalt, M. & Hirsch, P. (2011). Securing home health care in times of natural disasters. OR Spectrum, 33(3), 787–813. doi: https://doi.org/10.1007/s00291-011-0253-4
35. Türk Tabipler Birliği. (2015). Erişim adresi: https://www.ttb.org.tr/235yglf
36. Umumi Hıfzıssıhha Kanununun Tatbikatına Dair Tamim. (1931, 19 Temmuz). Resmi Gazete (Sayı: 1852) Erişim adresi: https://www.resmigazete.gov.tr/arsiv/1852.pdf
37. United Nations, (2019). Erişim adresi: https://www.un.org/en/development/desa/population/publications/pdf/ageing/WorldPopulationAgeing2019-Report.pdf
38. Wirnitzer, J., Heckmann, I., Meyer, A. & Nicke, S. (2016). Patient-based nurse rostering in home care. Operations Research for Health Care, 8, 91–102. doi: https://doi.org/10.1016/j.orhc.2015.08.005
39. Yalçındağ, S., Matta A., Şahin, E. & Shanthikumar, J.G. (2016). The patient assignment problem in home health care: using a data-driven method to estimate the travel times of care givers. Flex Serv Manuf J, 28, 304–335. doi: https://doi.org/10.1007/s10696-015-9222-6
40. Yılmaz, M., Sametoğlu, F., Akmeşe, G., Tak, A., Yağbasan, B., Gökçay, S. , Sağlam, M., Doğanyılmaz, D. Ve Erdem, S. (2010). Sağlık Hizmetinin Alternatif Bir Sunum Şekli Olarak Evde Hasta Bakımı. İstanbul Tıp Dergisi, 11(3), 125–132.