[論文レビュー] Optimization of Distribution Network Configuration for Pediatric Vaccines using Chance Constraint Programming

Zahra Azadi, Sandra D. Ekşioğlu+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2020

Supply Chain and Inventory Management参考文献 35被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、低・中所得国における小児ワクチンの流通を改善するために、確率的制約プログラミングを用いた確率的最適化モデルを提案する。需要の不確実性をモデル化し、供給チェーン設計、ビアールサイズ、新規ワクチン技術を評価することで、地域レベルの層を廃止し、耐熱性ワクチンを採用することで、予防接種率とワクチンの可用性を向上させるとともに、廃棄を削減できることが明らかになった。

ABSTRACT

Millions of young people are not immunized in low- and middle-income (LMI) countries because of low vaccine availability resulting from inefficiencies in cold supply chains. We create supply chain network design and distribution models to address the unique characteristics and challenges facing vaccine supply chains in LMI countries. The models capture the uncertainties of demand for vaccinations and the resulting impacts on immunization, the unique challenges of vaccine administration (such as open vial wastage), the interactions between technological improvements of vaccines and immunizations, and the trade-offs between immunization coverage rates and available resources. The objective is to maximize both the percentage of fully immunized children and the vaccine availability in clinics. Our research examines how these two metrics are affected by three factors: number of tiers in the supply chain, vaccine vial size, and new vaccine technologies. We tested the model using Niger's Expanded Program on Immunization, which is sponsored by the World Health Organization. We make many observations and recommendations to help LMI countries increase their immunization coverage.

研究の動機と目的

• 低・中所得国（LMI国）における冷蔵供給チェーンの非効率性が、ワクチンの可用性と予防接種率を制限する問題に対処すること。
• 供給チェーン構造、ワクチンビアールサイズ、新規ワクチン技術の影響が予防接種成果に与える影響を評価すること。
• 需要の不確実性のもとで、完全予防接種を受けた児童（FIC）の割合と、診療所におけるワクチンの可用性を最大化すること。
• データドリブンで確率的最適化フレームワークを用いた、LMI国向けの実行可能な政策提言を提供すること。

提案手法

• 小児ワクチンの需要の不確実性を扱うために、確率的制約を備えた確率的最適化モデルを構築する。
• 国立、地域、地方、診療所の四段階供給チェーンをモデル化し、地域保管所を廃止した三段階の代替案を評価する。
• 確率的制約を用いて、オープンビアール廃棄（OVW）とワクチンの有効期限切れをモデル化する。
• 1、5、10、20回分のビアールサイズの組み合わせが、OVWとリソース活用に与える影響を評価する。
• 二重チャンバー型ワクチンと耐熱性ワクチンなどの新技術が、保存条件と予防接種率に与える影響を分析する。
• ニジェールの予防接種拡大プログラム（EPI）の実世界データを用いて、モデルのキャリブレーションと妥当性評価を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 四段階から三段階の供給チェーンに短縮することで、ワクチンの可用性と予防接種率にどのような影響を与えるか？
• RQ2 1、5、10、20回分の異なるビアールサイズを併用することで、オープンビアール廃棄（OVW）と全体のワクチン可用性にどのような影響を与えるか？
• RQ3 二重チャンバー型ワクチンは、リソース制約のある環境下で、保存容量と予防接種率にどのような影響を与えるか？
• RQ4 耐熱性ワクチンは、低・中所得国において、予防接種率を向上させ、廃棄を削減するのにどの程度効果を発揮するか？
• RQ5 新規ワクチン技術を導入する際、ワクチンの可用性、廃棄削減、保存容量の最適なトレードオフは何か？

主な発見

• 地域保管所を廃止することで供給チェーンを簡素化すると、特に冷蔵保管容量を診療所に再配分することで、平均的な完全予防接種を受けた児童（FIC）と供給率（SR）が向上する。
• 異なるビアールサイズの組み合わせを用いることで、オープンビアール廃棄（OVW）を低減できるが、在庫管理や取り扱いのトレードオフのため、必ずしもFICやSRが向上するとは限らない。
• 二重チャンバー型ワクチンは、OVWを排除し、投与を簡素化するが、1ドーズあたりの保存容量を増加させ、全体のワクチン可用性を低下させる。
• 耐熱性ワクチンは、冷蔵保管スペースを解放することで廃棄を削減し、予防接種率を向上させる。DTP-Hep-Hibのような大量接種が必要なワクチンにおいて、戦略的投資として有効である。
• 冷蔵保管容量を地域レベルから診療所レベルに再配分することで、ワクチンの可用性とFICが顕著に向上する。これは、インfraストラクチャの再配分の重要性を示している。
• 本モデルは、確率的最適化と確率的制約を用いることで、決定論的またはシミュレーションベースのアプローチよりも、より正確かつ効果的な解決策を提供できることを示している。