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Enregistrement W4412735529 · doi:10.2196/70857

Using Machine Learning to Predict-Then-Optimize Elective Orthopedic Surgery Scheduling to Improve Operating Room Utilization: Retrospective Study

2025· article· en· W4412735529 sur OpenAlexaffvenueabout
Johnathan R. Lex, Aazad Abbas, Jacob Mosseri, Jay Toor, Michael Simone, Bheeshma Ravi, Cari Whyne, Elias B. Khalil

Notice bibliographique

RevueJMIR Medical Informatics · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineHealth Professions
ThématiqueHealthcare Operations and Scheduling Optimization
Établissements canadiensUniversity of ManitobaSunnybrook HospitalHealth Sciences CentreManitoba HealthUniversity of TorontoSunnybrook Health Science Centre
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPreprintMedicineOperating room managementOperating theaterScheduling (production processes)Retrospective cohort studyComputer scienceMedical emergencySurgeryOperations managementEngineeringWorld Wide Web

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Total knee and hip arthroplasty (TKA and THA) are among the most performed elective procedures. Rising demand and the resource-intensive nature of these procedures have contributed to longer wait times despite significant health care investment. Current scheduling methods often rely on average surgical durations, overlooking patient-specific variability. Objective: To determine the potential for improving elective surgery scheduling for TKA and THA, respectively, by using a 2-stage approach that incorporates machine learning (ML) prediction of the duration of surgery (DOS) with scheduling optimization. Methods: In total, 2 ML models (one each for TKA and THA) were trained to predict DOS using patient factors based on 302,490 and 196,942 patients, respectively, from a large international database. In total, 3 optimization formulations based on varying surgeon flexibility were compared: Any (surgeons could operate in any operating room at any time), Split (limitation of 2 surgeons per operating room per day), and multiple subset sum problem (MSSP; limit of 1 surgeon per operating room per day). Two years of daily scheduling simulations were performed for each optimization problem using ML prediction or mean DOS over a range of schedule parameters. Constraints and resources were based on a high-volume arthroplasty hospital in Canada. Results: The TKA and THA prediction models achieved test accuracy (with a 30 min buffer) of 78.1% (mean squared error 0.898) and 75.4% (mean squared error 0.916), respectively. Any scheduling formulation performed significantly worse than the Split and MSSP formulations with respect to overtime and underutilization (P<.001). The latter 2 problems performed similarly (P>.05) over most schedule parameters. The ML prediction schedules outperformed those generated using a mean DOS for most scheduling parameters, with overtime reduced on average by 300-500 minutes per week (12-20 min per operating room per day; P<.001). However, there was more operating room underutilization with the ML prediction schedules, with it ranging from 70-192 minutes more underutilization (P<.001). Using a 15-minute schedule granularity with a waitlist pool of a minimum of 1 month generated the ML schedule that outperformed the mean schedule 97.1% of times. Conclusions: Assuming a full waiting list, optimizing an individual surgeon's elective operating room time using an ML-assisted predict-then-optimize scheduling system improves overall operating room efficiency, significantly decreasing overtime. This has significant potential implications for health care systems struggling with pressures of rising costs and growing operative waitlists.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,008
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict), Études des sciences et des technologies
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,826
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,008
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,002
Études des sciences et des technologies0,0020,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,074
Tête enseignante GPT0,438
Écart entre enseignants0,364 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations14
Publié2025
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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