基于XGBoost 算法的醫院檔案管控系統設計

郝 蕊，王 猛，李 娜

（首都醫科大學附屬北京天壇醫院，北京 100070）

醫院檔案管理控制系統是一個可以記錄患者病情、醫生對于患者治療方案的一系列醫囑信息，具有較強綜合性的管控平臺。醫院的檔案管控系統最大程度上保證了患者與醫生之間交流的規范性，一旦出現醫療事故，可以在檔案管控系統中調用病人病情的相關信息以及醫生采用的治療方案，合理地解決兩者之間的矛盾[1]。

目前，設計的醫院檔案管控系統雖然具備一定的管理能力，但是系統的安全性不高[2]。為了提高系統的可靠性與安全性，文中設計了基于XGBoost 算法的醫院檔案管控系統，對系統的硬件和軟件進行了設計。

1 醫院檔案管控系統硬件設計

設計醫院檔案管控系統硬件區域的最終目的是保證檔案管控系統安全性的同時提高系統的運行效率，因此，為了達到設計目的，使用XGBoost 算法來協助系統管控功能的運行[3]。

設計的基于XGBoost 算法的醫院檔案管控系統硬件區域由病歷文件管理模塊、個人病歷管理模塊、病歷統計管理模塊組成，每個模塊都還包括若干子模塊，各個子模塊具有獨特的特性和功能，具體硬件區域的框架結構如圖1 所示。

圖1 檔案管控系統硬件區域框架

病歷文件管理模塊用于記錄患者在醫院所做檢查的結果，為了方便系統對患者病歷信息的調用與查看，病歷檔案文件管理模塊設置了3 個子模塊，分別為病歷接收發送模塊、病歷簽報模塊、病歷轉發督辦模塊[4-5]。病歷接收發送模塊用于傳遞患者在醫院內部掛號與各項檢查的結果信息，醫院檔案管理控制系統要和每個醫生的辦公電腦相連接，以便進行實時共享。病歷簽報模塊方便醫生查詢患者的過往病歷，有利于醫生對患者的病情進行方案制定[6-7]。病歷轉發督辦模塊用于患者在看病過程中如果需要經過多個部門的檢查，則上一部門需要在該模塊對下一部門進行督辦提醒，加快醫院管控流程的進行[8]。

個人病歷管理模塊是醫院檔案管控系統硬件部分中面向患者的頁面，主要包括患者通訊信息、病歷信息、個人信息、病歷日志及我的設置等多個子模塊。患者通訊信息模塊是根據患者掛號時預留的電話號碼綁定查找的通信錄信息，這個區域是在醫院對患者的病情有進一步發展時，最快聯系患者的途徑[9]。病歷信息子模塊的獨特功能是不僅可以更新患者在本醫院的就診情況，還可以更新患者在其他醫院就診的信息。個人信息子模塊主要通過患者填入的信息進行信息檔案的錄入，保證病歷信息子模塊數據的完整性，也有利于就診醫生的治療。病歷日志子模塊主要記錄患者在生病前的預兆和患者治療的實時信息，并將其存入檔案管控系統中。我的設置模塊在患者的信息出現變更時，可以進行更改，更改的同時醫院檔案管控系統的信息也會實時更新[10]。

醫院檔案管理系統硬件區域的病歷統計管理模塊包含病歷電子化存檔、病情分析、病情種類統計子模塊，主要負責定期對醫院患者的就診信息進行歸總統計，對一些就診出院效果好的檔案信息進行整合，并提供給醫生進行學習，提高就診效率。病歷統計管理模塊也會把再次調用的信息做成電子檔案，既減少占用系統的空間，也將信息永久保存[11-12]。

2 醫院檔案管控系統軟件設計

文中基于XGBoost 算法的醫院檔案管控系統設計軟件部分主要包括軟件程序數據庫、系統登錄程序、Web 瀏覽器以及系統內部各個模塊的使用。具體的檔案管控系統軟件區域流程如圖2 所示。

圖2 檔案管控系統軟件區域流程

軟件區域系統的數據庫是檔案管理系統的核心，只有數據庫安全性高、內存空間大，才能保證醫院內部患者信息的安全。軟件系統的數據庫主要負責對檔案數據進行加密處理以及建立檔案信息與各個部門之間的聯系。軟件程序設計了數據庫E-R圖，醫院的管理人員可以通過管理員的身份，對患者的信息進行更改和校驗。在檔案管控系統中，具體的軟件區域程序數據庫E-R 圖如圖3 所示。

圖3 軟件程序數據庫E-R圖

軟件區域的Web 瀏覽器經過特殊的代碼加密，可以保證醫院檔案管控系統內部存儲數據的安全性，Web 瀏覽器分為3 個瀏覽器通道，分別面向患者、醫生、管理人員，實現三方同時進入系統的操作[13]。檔案管控系統軟件部分的登錄頁面通過用戶掛號的手機號碼進行注冊登錄，進入患者可見的系統瀏覽器中，醫生也通過相同登錄頁面進入醫生的登錄瀏覽器。通過軟件系統的數據庫與硬件區域的各個模塊相互調節，進而維護瀏覽器的運轉，保證檔案管控系統的穩定運行和檔案數據的安全性[14]。

XGBoost 算法是一個優化的分布式梯度計算集成算法，算法的思想來源于梯度提升迭代決策樹，在梯度提升迭代決策樹算法的基礎上增加了二階泰勒函數對數據進行分類，由此提高了XGBoost 算法對數據檔案的分類速度與準確度，具體借助以下公式完成：

其中，k為XGBoost 算法中數據的總數；yi是對數據樣本的預測值，xi是輸入檔案數據的特征量；fk代表算法第k周期的數據管控回歸值。

以上公式引入了二階泰勒函數，將初始輸入的數據進行正態化處理，避免數據出現混亂，為了計算每個檔案數據的權重值，引用了目標函數，如下所示：

其中，l(y,yi)為整合數據規范性的模型，O表示上個公式預測值和實際數據記錄值的差值，β表示正態化處理系數，用于計算數據權重后的正值，防止數據混亂。通過多次數據的疊加計算，融合式（1）和式（2），將數據的迭代樣本預測值代入損失函數，計算結果乘以正化系數，則XGBoost 算法的最終簡化公式如下所示：

其中，N為算法集成樹的數量。對數據檔案進行管控分類，建立一棵決策樹，根據式（1）對輸入的檔案數據與系統數據庫中的數據進行對比計算，如果檢索到相同類型的病歷信息，就存儲在相同的存儲空間中，方便信息調用時的操作[15]。根據式（2）將決策樹多余的數據進行整合分類，最后通過式（3）完成數據的最終管理分類[16]。

3 實驗與研究

在實現以上系統設計操作后，對設計的系統進行實驗研究，并構建系統測試環境進行系統檢驗測試。以傳統基于模塊優化的管控系統及基于檔案分類的管控系統為實驗對比對象，針對不同的系統性能進行系統黑盒測試，將管控系統的性能數據全部收錄于程序測試空間中，將其看作一個封閉的黑盒子，在盒子內部安裝管控監視裝置，用于時刻檢驗程序內部的檔案管控狀態，并構建系統測試表，如表1所示。

表1 系統測試表

利用管控狀態信息分辨不同空間的醫院檔案管控程度，并根據取得的管控程度結果構建檔案管控分類精準度對比圖，如圖4 所示。

圖4 檔案管控分類精準度對比圖

根據圖4 可知，基于XGBoost 算法的醫院檔案管控系統的檔案管控分類精準度高于其他兩種傳統管控系統，該結果表明，文中系統設計的管控效果良好，具有較強的操作性能。文中管控系統在進行系統設計的同時對醫院的檔案進行初始分類處理，利用硬件的檔案傳輸器對檔案進行加密傳輸，保證了傳輸過程中的安全性。同時，該系統及時對外部干擾信息發射的信號進行清除操作，簡化了清除流程，并加快了系統的內部監管速率，能夠及時處理與管控檔案相關度較低的無關數據，得到分類明確的檔案數據信息，提高了系統檔案分類能力。

為進一步檢驗文中管控系統的管控性能，設置二次系統測試實驗。首先對設計的系統需求進行分析處理，并為處理后的分析結果提供一定的數據支持，在執行系統測試指令時及時安置指令信息接收器，避免因接收狀態不良而導致的接收失誤現象。構建的系統指令傳輸結構圖，如圖5 所示。

圖5 系統指令傳輸結構圖

同時，分配此時的檔案傳輸任務，按照不同的傳輸方向對檔案進行集中傳輸，對比傳輸后的檔案所處安全性程度，并構建管控安全率對比，如表2～表4所示。

表2 文中系統管控安全率結果表

表3 基于模塊優化的系統管控安全率結果表

表4 基于檔案分類的系統管控安全率結果表

根據以上實驗對比結果可知，文中基于XGBoost算法的醫院檔案管控系統的檔案管控安全率高于傳統系統，表明該系統的執行力度較強，能夠安全地進行檔案管控操作。造成此種差異的原因在于文中管控系統在進行管控空間設計時加強了對系統硬件結構的處理力度，分配不同的處理信息，當產生外界數據干擾信號時，管控系統將自主發射阻隔信號，對干擾信號進行阻隔與排除清理，保障管控的檔案的安全性。

綜上所述，文中基于XGBoost 算法的醫院檔案管控系統設計具有較強的檔案管控性能，能夠在一定程度上處理復雜的醫院檔案信息，并在龐雜的信息流中查詢精準文件，能夠更好地為后續研究操作提供夯實的數據操作基礎。

4 結束語

文中首先了解醫院檔案管控系統的工作領域，借助3 個公式進一步分析了XGBoost 算法的分類方法，然后設計構建基于XGBoost 算法的醫院檔案管控系統硬件區域，分別設計了病歷文件管理模塊、個人病歷管理模塊、病歷統計管理模塊三大組成模塊，最后根據XGBoost 算法設計了醫院檔案管控系統的軟件區域。文中研究的基于XGBoost 算法的醫院檔案管控系統在一定程度上提高了管控系統的可靠性和安全性，該設計對于醫院檔案管控工作有重要意義。