TIMO: Thrombocytes Inventory Management Tool für Blutbanken

Blutproduktionsmanagement ist ein Problem von generell menschlichem Interesse mit einer Reihe von Aspekten und Komplikationen. Der bei weitem wichtigste Aspekt ist das Risiko der Infektion und Kontaminierung, ein anderer die Produktion und das Bestandsmanagement von Blutplättchen (Thrombozyten). Diese Blutplättchen sind elementar wichtig zur Wundbehandlung (Koagulation: Blutgerinnung), sofern ein Blutgefäß verletzt ist oder ein Defizit vorliegt bspw. bei Hämatologie-Patienten.

Hier ergeben sich zwei widersprüchliche Aspekte: Auf der einen Seite ist trotz geplanter, wahlweiser Operation die Nachfrage sehr unsicher und nahezu über 50% (auf Wochenbasis) bleibt unvorhersehbar. Natürlich, sobald Leben bedroht ist, dürfen Engpässe nicht auftreten oder sollten zumindest auf ein Minimum reduziert werden (weniger als 1%).

Auf der anderen Seite ist der Nachschub freiwillig und das Blut daher eine kostbare Substanz. Weiterhin entstehen beim Produktionsschritt Kosten. Deshalb wird jeder Verlust bei Terminbruch als unethisch und sehr unerwünscht bezeichnet. Allgemeine Angaben über Terminbrüche im Westen (USA und Westeuropa) reichen von ungefähr 20% bis zu 4% und müssen reduziert, in jedem Fall minimiert werden.

In praktizierenden Blutmanagementumgebungen (Blutbanken und Krankenhäusern) werden einfache Nachschubregeln verwendet. Für jeden Tag der Woche schreiben diese Regeln eine Produktion bis zu einem festgelegten Nachschublevel vor.

Die Werte der Nachschublevel bleiben vorbestimmt und basieren in der Praxis lediglich auf Erfahrungswerten. Bisher lag anscheinend keine formelle Unterstützung bei der Bestimmung dieser Werte vor und auch keine Aussagen, inwieweit diese Regeln sich an eine optimale Lösung annähern.

SDP-Simulationsansatz

Dazu wurde unter [1] eine mathematische Formel auf Basis der Technik der stochastischen dynamischen Programmierung (SDP) vorgegeben. Diese Technik berechnet einen optimalen Produktionslevel für jeden möglichen Fall x, der das Alter der zur Verfügung stehenden Blutplättchen berücksichtigt (vergleiche nachstehende Formel).

Für praktische Anwendungen hat diese Technik zwei hauptsächliche Nachteile:

1. Die Größe des Zustandsraumes und die Anzahl an Berechnungen, in einer Größenordnung von 10⁵⁰, sind untragbar groß für realistische Berechnungen.
2. Die optimale Methode ist weit komplexer als eine einfache Bestellregel.

Ein simulationsbasierter Ansatz wurde aus diesem Grund entwickelt (vergleiche Dokument [1]), der die mathematischen Berechnungen in die Simulation integriert, um folgendes zu liefern:

• Eine fast optimale Methode (im Rahmen von 2% Optimalität)
• Eine einfache Bestellregel

Ergebnisse

Eine erste Fallstudie für die Dutch North-East Blood Bank zeigte eine grundlegende Verbesserung der Terminbruchdaten  über die Dauer eines Jahres gut unter 1%, wobei die Engpässe ebenfalls bei unter 1% (vergleiche [2]) lagen.

Eine zweite Fallstudie für die Dutch South-East Blood Bank ergab ähnliche Werte. Außerdem, als dritter Leistungsaspekt, wurde aus Qualitätsgründen das Alter, mit dem die Blutplättchen ausgegeben werden, betrachtet. Bei der Optimierung von verschiedenen Szenarien durch die Simulation wurden Strategien ermittelt, bei denen das Haupteinsatzalter auf unter einen Tag gebracht werden konnte (vergleiche [3]), wobei die Engpässe und Terminbrüche bei unter 1% blieben. Diese Reduzierung kann als wesentliche Qualitätsverbesserung betrachtet werden, da Blutplättchen sich mit dem Alter verschlechtern. Einige Patientengruppen (z. B. Onkologie und Hämatologie) benötigen die bestmögliche Qualität von (jungen) Blutplättchen.

Benutzerfreundliches Software Tool (TIMO)

Von diesen positiven Ergebnissen motiviert wurde ein benutzerfreundliches Softwareprogramm für die Dutch South-East Blood Bank entwickelt. In diesem Programm wurden die numerischen Prozeduren für die mathematischen (SDP) Formeln und die Simulationsprozeduren, ursprünglich von R. Haijema von der Universität Amsterdam entworfen, integriert und in Zusammenarbeit mit der Universität Amsterdam (Nikky Kortbeek) und Incontrol Simulation Solutions (Fred Jansma) in einem benutzerfreundlichen Software Tool eingebettet.

Dieses Tool, genannt TIMO (Thrombocytes Inventory Management Optimizer), ist mittlerweile eingeführt und wird mit realistischen Daten eines Halbjahres getestet. Es enthält ein allgemeines Set-up für Erweiterungen für andere Blutbanken. Darüber hinaus können auch andere Bereiche mit verderblichen Produkten vom SDP-Simulationsansatz profitieren: z. B. der Einzelhandel. Dies zeigt eine weitere fruchtbare Kombination der Potentiale von Optimierungstechniken basierend auf Simulation.

Danksagung. Die Kooperation und Beteiligung der Dutch Blood Bank Sanquin, Region South East, unter der Leitung des Direktors Wim de Kort wurde hoch geschätzt.