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Enregistrement W4412940425 · doi:10.2196/73960

An Artificial Intelligence–Based Framework for Predicting Emergency Department Overcrowding: Development and Evaluation Study

2025· article· en· W4412940425 sur OpenAlexvenueno aff
Orhun Vural, Bunyamin Ozaydin, Khalid Y. Aram, James Booth, Brittany F. Lindsey, Abdulaziz Ahmed

Notice bibliographique

RevueJMIR Medical Informatics · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueEmergency and Acute Care Studies
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesAgency for Healthcare Research and Quality
Mots-clésOvercrowdingPreprintEmergency departmentComputer scienceMedical emergencyArtificial intelligenceMedicineData scienceWorld Wide WebNursing

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Emergency department (ED) overcrowding remains a critical challenge, leading to delays in patient care and increased operational strain. Current hospital management strategies often rely on reactive decision-making, addressing congestion only after it occurs. However, effective patient flow management requires early identification of overcrowding risks to allow timely interventions. Machine learning (ML)-based predictive modeling offers a solution by forecasting key patient flow measures, such as waiting count, enabling proactive resource allocation and improved hospital efficiency. OBJECTIVE: The aim of this study is to develop ML models that predict ED waiting room occupancy (waiting count) at 2 temporal resolutions. The first approach is the hourly prediction model, which estimates the waiting count exactly 6 hours ahead at each prediction time (eg, a 1 PM prediction forecasts 7 PM). The second approach is the daily prediction model, which forecasts the average waiting count for the next 24-hour period (eg, a 5 PM prediction estimates the following day's average). These predictive tools support resource allocation and help mitigate overcrowding by enabling proactive interventions before congestion occurs. METHODS: Data from a partner hospital's ED in the southeastern United States were used, integrating internal and external sources. Eleven different ML algorithms, ranging from traditional approaches to deep learning architectures, were systematically trained and evaluated on both hourly and daily predictions to determine the models that achieved the lowest prediction error. Experiments optimized feature combinations, and the best models were tested under high patient volume and across different hours to assess temporal accuracy. RESULTS: The best hourly prediction performance was achieved by time series vision transformer plus (TSiTPlus) with a mean absolute error (MAE) of 4.19 and a mean squared error (MSE) of 29.36. The overall hourly waiting count had a mean of 18.11 and a SD (σ) of 9.77. Prediction accuracy varied by time of day, with the lowest MAE at 11 PM (2.45) and the highest at 8 PM (5.45). Extreme case analysis at (mean + 1σ), (mean + 2σ), and (mean + 3σ) resulted in MAEs of 6.16, 10.16, and 15.59, respectively. For daily predictions, an explainable convolutional neural network plus (XCMPlus) achieved the best results with an MAE of 2.00 and a MSE of 6.64. The daily waiting count had a mean of 18.11 and a SD of 4.51. Both models outperformed traditional forecasting approaches across multiple evaluation metrics. CONCLUSIONS: The proposed prediction models effectively forecast ED waiting count at both hourly and daily intervals. The results demonstrate the value of integrating diverse data sources and applying advanced modeling techniques to support proactive resource allocation decisions. The implementation of these forecasting tools within hospital management systems has the potential to improve patient flow and reduce overcrowding in emergency care settings. The code is available in our GitHub repository.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,032
Score d'incertitude au seuil0,063

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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 Opus0,060
Tête enseignante GPT0,420
Écart entre enseignants0,360 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

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

En bref

Citations6
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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