[논문 리뷰] Clinical and Non-clinical Effects on Surgery Duration: Statistical Modeling and Analysis

Jin Wang, Ph. D.외 10명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 12.

Healthcare Operations and Scheduling Optimization참고 문헌 13인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 비임상적 요인—외과의사의 업무량, 수술실(OR)의 업무량, 수술이 일련의 수술에서 차지하는 위치—가 수술 절차 소요 시간(수술의 세 번째 단계)에 미치는 영향을 조사한다. 중국의 병원에서 두 해 분량의 실질적 데이터를 기반으로 한 통계 모델링을 통해, 외과의사가 하루에 추가로 한 건의 수술을 병행할수록 수술 소요 시간이 약 10분 감소하는 것으로 나타났지만, 하루에 4건을 초과해 수술이 배정될 경우 OR 업무량 증가에 따라 소요 시간이 증가하는 것으로 나타났다. 연구는 수술 유형, 수술 순서, 외과의사 간의 상호작용이 뚜렷하게 드러나며, 이 요소들을 수술실 스케줄링에 반영할 필요성이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Surgery duration is usually used as an input to the operation room (OR) allocation and surgery scheduling problems. A good estimation of surgery duration benefits the operation planning in ORs. In contrast, we would like to investigate whether the allocation decisions in turn influence surgery duration. Using almost two years of data from a large hospital in China, we find evidence in support of our conjecture. Surgery duration decreases with the number of surgeries a surgeon performs in a day. Numerically, surgery duration will decrease by 10 minutes on average if a surgeon performs one more surgery. Furthermore, we find a non-linear relationship between surgery duration and the number of surgeries allocated to an OR. Also, a surgery's duration is affected by its position in a sequence of surgeries performed by one surgeon. In addition, surgeons exhibit different patterns on the effects of surgery type and position. Since the findings are obtained from a particular data set, We do not claim the generalizability. Instead, the analysis in this paper provides insights into surgery duration study in ORs.

연구 동기 및 목표

• 비임상적 요인—외과의사의 업무량, OR 업무량, 수술 순서—가 수술 절차 소요 시간에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 스케줄링 및 할당 결정이 실제 수술 소요 시간에 영향을 미치는지 평가하여, 소요 시간이 고정된 입력값이라는 가정을 도전하기 위해.
• 수술 유형, 순서 위치, 외과의사 성과 간의 상호작용이 수술 소요 시간에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 수술 소요 시간 데이터의 복잡한 비선형 관계와 상호작용을 포착하는 통계 모델링 프레임워크를 개발하기 위해.
• 업무량과 순서 효과를 반영함으로써 수술실 계획 및 스케줄링 향상을 위한 실질적인 통찰을 제공하기 위해.

제안 방법

• 이 연구는 중국의 한 병원에서 확보한 약 두 해 분량의 수술 기록을 대상으로 한 대규모 실질적 데이터셋을 사용하며, 수술 절차 단계(수술의 세 번째 단계)에 집중한다.
• 혼합효과 선형 회귀 모델을 적용하여 외과의사의 업무량, OR 업무량, 수술 순서가 소요 시간에 미치는 영향을 추정하며, 외과의사와 수술 유형에 대해 랜덤 효과를 포함한다.
• 외과의사와 수술 유형 간의 상호작용을 탐지하기 위해 수술 유형과 순서 간의 상호작용 항목을 포함한다.
• 예측 변수 간의 비선형 패턴과 잠재적 상호작용 구조를 식별하기 위해 회귀 트리를 사용한다.
• 모델의 적합도는 로그우도와 수정된 결정계수(R²)를 사용하여 평가하며, 유의성은 p-값과 표준오차를 통해 평가한다.
• 분석은 준비 및 회복 시간을 제외한 수술 절차 소요 시간(마취 종료에서 절차 종료까지)에 국한된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외과의사가 하루에 수행하는 수술 건수는 개별 수술 절차의 소요 시간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 수술실에 배정된 수술 건수는 개별 수술 절차의 소요 시간과 어떤 관계가 있는가?
• RQ3 외과의사가 수행하는 수술 일련 중 수술의 위치가 소요 시간에 영향을 미치는가?
• RQ4 수술 유형, 순서 위치, 외과의사 신원 간의 상호작용은 수술 소요 시간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 업무량과 순서 배치와 같은 비임상적 요인이 임상적 요인을 초월해 수술 소요 시간에 어떤 정도의 영향을 미치는가?

주요 결과

• 외과의사가 하루에 추가로 한 건의 수술을 수행할수록 수술 소요 시간이 평균적으로 약 10분 감소한다.
• OR 업무량이 하루 4건을 초과할 경우, 추가로 한 건의 수술이 더해질수록 소요 시간이 약 5분 증가하여 비선형 관계임을 시사한다.
• 수술 소요 시간은 외과의사의 일일 수술 일련 중 위치에 의해 뚜렷하게 영향을 받으며, 수술 순서(예: 초기 수술 vs. 후속 수술)에 따라 소요 시간이 변동한다.
• 외과의사들은 각각 다른 성과 패턴을 보이며, 일부 외과의사(예: 외과의사 B와 C)는 수술 순서에 더 민감하게 반응하여 업무량 적응 능력의 다양성을 보여준다.
• 수술 유형과 순서 간에 유의미한 상호작용이 존재한다. 예를 들어, 수술 유형 11의 경우 순서가 3번에서 5번으로 이동할 때 소요 시간이 1.47분 감소하지만, 수술 유형 10의 경우 유의미하지 않은 0.42분 감소를 보인다.
• 상호작용 항목을 포함시킴으로써 모델의 적합도가 향상되었으며, 수정된 R²는 0.224로 상승하고 로그우도도 향상되어 복잡한 관계를 모델링하는 것이 중요하다는 점을 확인한다.