Emergency supply chain management for controlling infectious disease outbreaks

Abstract

Outbreaks of communicable diseases occurred many times in the past with a devastating effect on all aspects of human life in the infected regions. The importance of addressing infectious disease outbreaks nowadays is even greater as the general framework in which they might occur has dramatically changed. Effective control of an infectious disease outbreak calls for a rapid response. Available resources such as essential medical supplies and well-trained personnel need to be deployed rapidly and to be effectively managed in conjunction with available information and financial resources in order to contain the epidemic before it reaches uncontrollable or disastrous proportions. Therefore, the establishment and management of an emergency supply chain during the containment effort are of paramount importance. This thesis studies the influence of resource allocation and operations management on controlling infectious disease outbreaks for three distinct cases; the first being for epidemics attributed to natural causes, the second being for disease outbreaks due to deliberate bioterrorist actions and the third being for outbreaks in the aftermath of natural or man-made disasters. Influenza, smallpox and cholera have been chosen as the main infectious agents to be studied in each case. The main contribution of this thesis is the development of mathematical modelling approaches for managing the response operations during the containment effort of infectious disease outbreaks. Several operational and resource allocation constraints like limited medical supplies or limited response capacities for performing control actions are explicitly modeled. The methodologies applied are mainly of quantitative nature and are based on operations research techniques like linear programming and combinatorial optimization. Finally, some qualitative aspects of response operations are also examined.

Ανάμεσα στις φυσικές καταστροφές, οι επιδημίες από μεταδοτικές ασθένειες συνδέονται συχνά με μεγάλο αριθμό θανάτων. Σε κάθε επιδημία ο ρυθμός εξάπλωσης είναι ανάλογος τόσο του αριθμού των νοσούντων όσο και του αριθμού των ανθρώπων που δε νοσούν, ενώ οι πόροι που χρησιμοποιούνται για την καταπολέμησή της και τα αντίστοιχα οφέλη που προκύπτουν δεν σχετίζονται γραμμικά. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά καθιστούν την αντιμετώπιση των επιδημιών μια ιδιαίτερα πολύπλοκη διαδικασία, η οποία χαρακτηρίζεται από πλήθος δυναμικών μεταβλητών και μεγάλο βαθμό αβεβαιότητας. Επιπρόσθετα, μιας και οι διαθέσιμοι πόροι (συνεργεία, χρηματικοί πόροι, ιατρικά υλικά κλπ) για την καταπολέμηση μιας επιδημίας είναι περιορισμένοι, τίθεται το θέμα της βέλτιστης κατανομής τους ανάμεσα στους διάφορους υπο-πληθυσμούς και, γενικότερα, του προγραμματισμού τους για την αντιμετώπισή της. Αντικείμενο της διατριβής είναι η διαχείριση φυσικών και ανθρωπογενών καταστροφών και ειδικότερα η διοίκηση της Εφοδιαστικής Αλυσίδας, που υποστηρίζει τις δραστηριότητες αντιμετώπισης τους, με έμφαση στην αντιμετώπιση επιδημιών. Η έρευνα επικεντρώνεται στην αποτύπωση, ανάλυση και διαγνωστική μελέτη της Εφοδιαστικής Αλυσίδας στα παραπάνω πλαίσια, στην ανάλυση προβλημάτων λήψης αποφάσεων που σχετίζονται με τη δομή και τη λειτουργία επιμέρους διαδικασιών της Εφοδιαστικής Αλυσίδας (εφοδιασμός, μεταφορά, κατανομή πόρων, χρονικός προγραμματισμός κλπ), στην ανάπτυξη σχετικών μοντέλων τέτοιων διαδικασιών και στην επίλυσή τους με τη χρήση προσεγγίσεων και τεχνικών της Επιχειρησιακής Έρευνας, όπως ο Μαθηματικός Προγραμματισμός και η Συνδυαστική Βελτιστοποίηση.