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A Systematic Review of Machine Learning Models to Predict Hospital Readmission, Length of Stay, and Mortality - 10/09/26

Doi : 10.1016/j.irbm.2026.100961 
Leandro Farias Rodrigues a, b, Ricardo Netto Goulart c, Lara Coelho Siqueira c, Gabriel Peres Messenburger d, Vinicius Maia Silva c, Felipe Mendes Delpino e, Frederico Schmitt Kremer f, Bruno Pereira Nunes g,
a Graduate Program in Nursing, Federal University of Pelotas (UFPel), Pelotas, RS, Brazil 
b University Hospital of the Federal University of Pelotas (HE-UFPel)/HU Brasil, Pelotas, RS, Brazil 
c School of Medicine, Federal University of Pelotas, Pelotas, RS, Brazil 
d School of Nutrition, Federal University of Pelotas, Pelotas, RS, Brazil 
e Postdoctoral Research Fellow, Federal University of Pelotas, Pelotas, RS, Brazil 
f OmixLab Bioinformatics Laboratory, Technology Development Center, Federal University of Pelotas, Pelotas, Rio Grande do Sul, Brazil 
g Department of Health and Kinesiology, University of Illinois Urbana-Champaign, Urbana, IL, USA 

Corresponding author at: University of Illinois Urbana-Champaign, College of Applied Health Sciences, Department of Health and Kinesiology, 906 S. Goodwin Avenue, Urbana, IL 61801, USA. University of Illinois Urbana-Champaign College of Applied Health Sciences Department of Health and Kinesiology 906 S. Goodwin Avenue Urbana IL 61801 USA

Abstract

Introduction and Objectives

This study evaluates the performance of machine learning (ML) algorithms in predicting hospital outcomes: readmission, length of stay (LOS), and mortality.

Methods

A systematic review was registered on the PROSPERO database (CRD42024505704) and conducted according to PRISMA guidelines. A detailed search was conducted across six databases to identify studies applying ML algorithms to forecast readmission, LOS, or mortality in general, heterogeneous hospital populations. Data collection extracted model types, input variables, and reported performance metrics. Risk of bias was assessed using the PROBAST tool.

Results

Fifty-two studies met the eligibility criteria. Random Forest, XGBoost, and Support Vector Machines demonstrated consistent discriminative capacity across independent cohorts. Reported area under the receiver operating characteristic curve (AUC) values reached up to 0.90 for mortality (Random Forest), >0.75 for LOS (XGBoost), and 0.79 for readmission (Random Forest). AUC was the most frequently reported metric (60–85%), whereas sensitivity, specificity, and calibration measures (e.g., Brier score) appeared infrequently. Age, comorbidity burden, and prior admissions were the predominant predictors. Socioeconomic variables were underrepresented.

Conclusions

Despite high discriminative performance, systemic methodological deficits prevent clinical adoption. The limited reporting of calibration measures restricts the assessment of the reliability of predicted risks, and the underrepresentation of socioeconomic determinants may compromise algorithmic equity. Future clinical implementation mandates standardized metric reporting, prospective validation, and the strict integration of social determinants of health.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Random Forest demonstrates discriminative capacity (AUC 0.90) in mortality prediction across hospital cohorts.
Age, comorbidities, and prior admissions are the most important predictors.
Data bias and standardization gaps limit the implementation of ML models.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Machine learning, Hospitalization, Patient readmission, Length of stay, Mortality, Prognosis


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Vol 47 - N° 5

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