基于XGBoost 算法的医院档案管控系统设计

郝 蕊，王 猛，李 娜

（首都医科大学附属北京天坛医院，北京 100070）

医院档案管理控制系统是一个可以记录患者病情、医生对于患者治疗方案的一系列医嘱信息，具有较强综合性的管控平台。医院的档案管控系统最大程度上保证了患者与医生之间交流的规范性，一旦出现医疗事故，可以在档案管控系统中调用病人病情的相关信息以及医生采用的治疗方案，合理地解决两者之间的矛盾[1]。

目前，设计的医院档案管控系统虽然具备一定的管理能力，但是系统的安全性不高[2]。为了提高系统的可靠性与安全性，文中设计了基于XGBoost 算法的医院档案管控系统，对系统的硬件和软件进行了设计。

1 医院档案管控系统硬件设计

设计医院档案管控系统硬件区域的最终目的是保证档案管控系统安全性的同时提高系统的运行效率，因此，为了达到设计目的，使用XGBoost 算法来协助系统管控功能的运行[3]。

设计的基于XGBoost 算法的医院档案管控系统硬件区域由病历文件管理模块、个人病历管理模块、病历统计管理模块组成，每个模块都还包括若干子模块，各个子模块具有独特的特性和功能，具体硬件区域的框架结构如图1 所示。

图1 档案管控系统硬件区域框架

病历文件管理模块用于记录患者在医院所做检查的结果，为了方便系统对患者病历信息的调用与查看，病历档案文件管理模块设置了3 个子模块，分别为病历接收发送模块、病历签报模块、病历转发督办模块[4-5]。病历接收发送模块用于传递患者在医院内部挂号与各项检查的结果信息，医院档案管理控制系统要和每个医生的办公电脑相连接，以便进行实时共享。病历签报模块方便医生查询患者的过往病历，有利于医生对患者的病情进行方案制定[6-7]。病历转发督办模块用于患者在看病过程中如果需要经过多个部门的检查，则上一部门需要在该模块对下一部门进行督办提醒，加快医院管控流程的进行[8]。

个人病历管理模块是医院档案管控系统硬件部分中面向患者的页面，主要包括患者通讯信息、病历信息、个人信息、病历日志及我的设置等多个子模块。患者通讯信息模块是根据患者挂号时预留的电话号码绑定查找的通信录信息，这个区域是在医院对患者的病情有进一步发展时，最快联系患者的途径[9]。病历信息子模块的独特功能是不仅可以更新患者在本医院的就诊情况，还可以更新患者在其他医院就诊的信息。个人信息子模块主要通过患者填入的信息进行信息档案的录入，保证病历信息子模块数据的完整性，也有利于就诊医生的治疗。病历日志子模块主要记录患者在生病前的预兆和患者治疗的实时信息，并将其存入档案管控系统中。我的设置模块在患者的信息出现变更时，可以进行更改，更改的同时医院档案管控系统的信息也会实时更新[10]。

医院档案管理系统硬件区域的病历统计管理模块包含病历电子化存档、病情分析、病情种类统计子模块，主要负责定期对医院患者的就诊信息进行归总统计，对一些就诊出院效果好的档案信息进行整合，并提供给医生进行学习，提高就诊效率。病历统计管理模块也会把再次调用的信息做成电子档案，既减少占用系统的空间，也将信息永久保存[11-12]。

2 医院档案管控系统软件设计

文中基于XGBoost 算法的医院档案管控系统设计软件部分主要包括软件程序数据库、系统登录程序、Web 浏览器以及系统内部各个模块的使用。具体的档案管控系统软件区域流程如图2 所示。

图2 档案管控系统软件区域流程

软件区域系统的数据库是档案管理系统的核心，只有数据库安全性高、内存空间大，才能保证医院内部患者信息的安全。软件系统的数据库主要负责对档案数据进行加密处理以及建立档案信息与各个部门之间的联系。软件程序设计了数据库E-R图，医院的管理人员可以通过管理员的身份，对患者的信息进行更改和校验。在档案管控系统中，具体的软件区域程序数据库E-R 图如图3 所示。

图3 软件程序数据库E-R图

软件区域的Web 浏览器经过特殊的代码加密，可以保证医院档案管控系统内部存储数据的安全性，Web 浏览器分为3 个浏览器通道，分别面向患者、医生、管理人员，实现三方同时进入系统的操作[13]。档案管控系统软件部分的登录页面通过用户挂号的手机号码进行注册登录，进入患者可见的系统浏览器中，医生也通过相同登录页面进入医生的登录浏览器。通过软件系统的数据库与硬件区域的各个模块相互调节，进而维护浏览器的运转，保证档案管控系统的稳定运行和档案数据的安全性[14]。

XGBoost 算法是一个优化的分布式梯度计算集成算法，算法的思想来源于梯度提升迭代决策树，在梯度提升迭代决策树算法的基础上增加了二阶泰勒函数对数据进行分类，由此提高了XGBoost 算法对数据档案的分类速度与准确度，具体借助以下公式完成：

其中，k为XGBoost 算法中数据的总数；yi是对数据样本的预测值，xi是输入档案数据的特征量；fk代表算法第k周期的数据管控回归值。

以上公式引入了二阶泰勒函数，将初始输入的数据进行正态化处理，避免数据出现混乱，为了计算每个档案数据的权重值，引用了目标函数，如下所示：

其中，l(y,yi)为整合数据规范性的模型，O表示上个公式预测值和实际数据记录值的差值，β表示正态化处理系数，用于计算数据权重后的正值，防止数据混乱。通过多次数据的叠加计算，融合式（1）和式（2），将数据的迭代样本预测值代入损失函数，计算结果乘以正化系数，则XGBoost 算法的最终简化公式如下所示：

其中，N为算法集成树的数量。对数据档案进行管控分类，建立一棵决策树，根据式（1）对输入的档案数据与系统数据库中的数据进行对比计算，如果检索到相同类型的病历信息，就存储在相同的存储空间中，方便信息调用时的操作[15]。根据式（2）将决策树多余的数据进行整合分类，最后通过式（3）完成数据的最终管理分类[16]。

3 实验与研究

在实现以上系统设计操作后，对设计的系统进行实验研究，并构建系统测试环境进行系统检验测试。以传统基于模块优化的管控系统及基于档案分类的管控系统为实验对比对象，针对不同的系统性能进行系统黑盒测试，将管控系统的性能数据全部收录于程序测试空间中，将其看作一个封闭的黑盒子，在盒子内部安装管控监视装置，用于时刻检验程序内部的档案管控状态，并构建系统测试表，如表1所示。

表1 系统测试表

利用管控状态信息分辨不同空间的医院档案管控程度，并根据取得的管控程度结果构建档案管控分类精准度对比图，如图4 所示。

图4 档案管控分类精准度对比图

根据图4 可知，基于XGBoost 算法的医院档案管控系统的档案管控分类精准度高于其他两种传统管控系统，该结果表明，文中系统设计的管控效果良好，具有较强的操作性能。文中管控系统在进行系统设计的同时对医院的档案进行初始分类处理，利用硬件的档案传输器对档案进行加密传输，保证了传输过程中的安全性。同时，该系统及时对外部干扰信息发射的信号进行清除操作，简化了清除流程，并加快了系统的内部监管速率，能够及时处理与管控档案相关度较低的无关数据，得到分类明确的档案数据信息，提高了系统档案分类能力。

为进一步检验文中管控系统的管控性能，设置二次系统测试实验。首先对设计的系统需求进行分析处理，并为处理后的分析结果提供一定的数据支持，在执行系统测试指令时及时安置指令信息接收器，避免因接收状态不良而导致的接收失误现象。构建的系统指令传输结构图，如图5 所示。

图5 系统指令传输结构图

同时，分配此时的档案传输任务，按照不同的传输方向对档案进行集中传输，对比传输后的档案所处安全性程度，并构建管控安全率对比，如表2～表4所示。

表2 文中系统管控安全率结果表

表3 基于模块优化的系统管控安全率结果表

表4 基于档案分类的系统管控安全率结果表

根据以上实验对比结果可知，文中基于XGBoost算法的医院档案管控系统的档案管控安全率高于传统系统，表明该系统的执行力度较强，能够安全地进行档案管控操作。造成此种差异的原因在于文中管控系统在进行管控空间设计时加强了对系统硬件结构的处理力度，分配不同的处理信息，当产生外界数据干扰信号时，管控系统将自主发射阻隔信号，对干扰信号进行阻隔与排除清理，保障管控的档案的安全性。

综上所述，文中基于XGBoost 算法的医院档案管控系统设计具有较强的档案管控性能，能够在一定程度上处理复杂的医院档案信息，并在庞杂的信息流中查询精准文件，能够更好地为后续研究操作提供夯实的数据操作基础。

4 结束语

文中首先了解医院档案管控系统的工作领域，借助3 个公式进一步分析了XGBoost 算法的分类方法，然后设计构建基于XGBoost 算法的医院档案管控系统硬件区域，分别设计了病历文件管理模块、个人病历管理模块、病历统计管理模块三大组成模块，最后根据XGBoost 算法设计了医院档案管控系统的软件区域。文中研究的基于XGBoost 算法的医院档案管控系统在一定程度上提高了管控系统的可靠性和安全性，该设计对于医院档案管控工作有重要意义。