Drug shortages mitigation of supply chain in the Canadian hospital pharmacy

Abu Zwaida, Tarek (2023). Drug shortages mitigation of supply chain in the Canadian hospital pharmacy. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Drug shortage is a complicated issue worldwide, which also causes several negative impacts to the whole Canada’s pharmaceutical supply chain because of various factors that include an unforeseen increase in demand, trouble obtaining direct raw materials or labour, sudden production problems, sole sourcing manufacturing issues, legislative and regulatory problems, distribution factors, and natural disasters. Furthermore, the existing inventory management with manual operation and inventory management in the hospital pharmacy cannot prevent drug shortage. In fact, this issue is very critical in the Canadian healthcare system which is recently calling several investigation and research to mitigate negative impact and risk to the health care system.

In order to highlight the critical factors which could lead to the drug shortages and affecting the supply chain and the inventory management strategies in Canadian hospital pharmacies, our thesis is firstly to contribute a whole picture of the Canadian hospital pharmacies by presenting an analysis of Drug Shortage in Canada from 2016 –2021 and a comprehensive Systematic Literature Review (SLR) to extract the critical factors performing a wide review of the Canadian hospital pharmacies and to understand how the continued perturbation occurred in this process and affected to the drug shortages. We have used the open data from Canadian Medical Association (CMA) database and analytical stochastic methods to illustrate the survey result.

Based on the intensive survey, we next go in the practical model of drug shortage in the Hospital Supply Chain (HSC) in which we contribute an optimization model to avoid the medicine shortage problem in a hospital and propose a learning method to automatically manage the inventory. Specifically, a Deep Reinforcement Learning (DRL) mechanism is designed based on the optimization model to operate the inventory under an online fashion in which refilling drug decision is automatically determined based on the observation of price, demand, current level of drugs. A penalty cost is also added in the objective function to minimize not only the drug shortage issue but also the over-provisioning situation.

Furthermore, In this thesis, a numerical result has been presented to verify the performance of the proposed approach which outperforms the online benchmarks such as (Over-provisioning, Ski-rental, and Max-min) in terms of the refilling cost and the shortage rate.

To conclude, we focus on the medication shortage in Canada in this thesis to provide an extensive analysis over a lengthy period of time, from 2016 to 2021. We contribute to the study of this topic by using an actual data set and stochastic analytical approaches. We propose an intensive literature study as a follow-up to the analysis to sketch the drug shortage picture of the hospital’s pharmacy supply chain. The findings of the study and survey will aid us in furthering our research by constructing an inventory management optimization model. Besides that, and based on DRL, a deep learning strategy was developed to manage autonomously inventories in the hospital pharmacy in order to prevent drug shortages.

Titre traduit

Pénuries de médicaments atténuation de la chaîne d’approvisionnement dans la pharmacie hospitalière canadienne

Résumé traduit

La pénurie de médicaments est un problème complexe à l’échelle mondiale, qui a également plusieurs répercussions négatives sur l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement pharmaceutique du Canada en raison de divers facteurs, notamment une augmentation imprévue de la demande, des difficultés à obtenir des matières premières ou de la main-d’œuvre directe, des problèmes de production soudains, des problèmes de fabrication de sources uniques, des problèmes législatifs et réglementaires, des facteurs de distribution et des catastrophes naturelles. En outre, la gestion actuelle des stocks avec des opérations manuelles et la gestion des stocks dans la pharmacie de l’hôpital ne peuvent pas empêcher la pénurie de médicaments. En fait, cette question est très critique dans les systèmes de soins de santé canadiens, ce qui appelle récemment plusieurs enquêtes et recherches pour atténuer l’impact négatif et le risque pour le système de soins de santé.

Afin de mettre en évidence les facteurs critiques qui pourraient conduire à des pénuries de médicaments et affecter la chaîne d’approvisionnement et les stratégies de gestion des stocks dans les pharmacies hospitalières canadiennes, notre thèse vise tout d’abord à fournir une image complète des pharmacies hospitalières canadiennes en présentant une analyse de la pénurie de médicaments au Canada de 2016 à 2021 et une revue systématique de la littérature (RSL) pour extraire les facteurs critiques en effectuant un large examen des pharmacies hospitalières canadiennes et pour comprendre comment la perturbation continue s’est produite dans ce processus et a affecté les pénuries de médicaments. Nous avons utilisé les données ouvertes de la base de données de l’Association médicale canadienne (AMC) et des méthodes stochastiques analytiques pour illustrer les résultats de l’enquête.

Sur la base de cette étude approfondie, nous abordons ensuite le modèle pratique de pénurie de médicaments dans la chaîne d’approvisionnement hospitalière (HSC), dans lequel nous proposons un modèle d’optimisation pour éviter le problème de pénurie de médicaments dans un hôpital et une méthode d’apprentissage pour gérer automatiquement l’inventaire. Plus précisément, un mécanisme d’apprentissage par renforcement profond (DRL) est conçu sur la base du modèle d’optimisation pour gérer l’inventaire en ligne, la décision de réapprovisionnement en médicaments étant automatiquement déterminée en fonction de l’observation du prix, de la demande et du niveau actuel des médicaments. Un coût de pénalité est également ajouté à la fonction objectif afin de minimiser non seulement le problème de pénurie de médicaments, mais aussi la situation de surapprovisionnement.

De plus, dans cette thèse, un résultat numérique a été présenté pour vérifier la performance de l’approche proposée qui surpasse les benchmarks en ligne tels que (Over-provisioning, Ski-rental, et Max-min) en termes de coût de remplissage et de taux de pénurie.

Pour conclure, nous nous concentrons dans cette thèse sur la pénurie de médicaments au Canada afin de fournir une analyse approfondie sur une longue période de temps, de 2016 à 2021. Nous contribuons à l’étude de ce sujet en utilisant un ensemble de données réelles et des approches analytiques stochastiques. Nous proposons une étude documentaire intensive comme suivi de l’analyse afin d’esquisser le tableau de la pénurie de médicaments dans la chaîne d’approvisionnement pharmaceutique de l’hôpital. Les résultats de l’étude et de l’enquête nous aideront à approfondir notre recherche en construisant un modèle d’optimisation de la gestion des stocks. En outre, et sur la base du DRL, une stratégie d’apprentissage profond a été développée pour gérer de manière autonome les stocks de la pharmacie de l’hôpital afin de prévenir les pénuries de médicaments.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 167-188).
Mots-clés libres:	chaîne d’approvisionnement, pharmacie hospitalière, optimisation, pénurie de médicaments, Canada
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Beauregard, Yvan
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	07 sept. 2023 17:32
Dernière modification:	07 sept. 2023 17:32
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3266

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