Local Differential Privacy in the Medical Domain to Protect Sensitive Information: Algorithm Development and Real-World Validation
Notice bibliographique
Résumé
Background Privacy is of increasing interest in the present big data era, particularly the privacy of medical data. Specifically, differential privacy has emerged as the standard method for preservation of privacy during data analysis and publishing. Objective Using machine learning techniques, we applied differential privacy to medical data with diverse parameters and checked the feasibility of our algorithms with synthetic data as well as the balance between data privacy and utility. Methods All data were normalized to a range between –1 and 1, and the bounded Laplacian method was applied to prevent the generation of out-of-bound values after applying the differential privacy algorithm. To preserve the cardinality of the categorical variables, we performed postprocessing via discretization. The algorithm was evaluated using both synthetic and real-world data (from the eICU Collaborative Research Database). We evaluated the difference between the original data and the perturbated data using misclassification rates and the mean squared error for categorical data and continuous data, respectively. Further, we compared the performance of classification models that predict in-hospital mortality using real-world data. Results The misclassification rate of categorical variables ranged between 0.49 and 0.85 when the value of ε was 0.1, and it converged to 0 as ε increased. When ε was between 102 and 103, the misclassification rate rapidly dropped to 0. Similarly, the mean squared error of the continuous variables decreased as ε increased. The performance of the model developed from perturbed data converged to that of the model developed from original data as ε increased. In particular, the accuracy of a random forest model developed from the original data was 0.801, and this value ranged from 0.757 to 0.81 when ε was 10-1 and 104, respectively. Conclusions We applied local differential privacy to medical domain data, which are diverse and high dimensional. Higher noise may offer enhanced privacy, but it simultaneously hinders utility. We should choose an appropriate degree of noise for data perturbation to balance privacy and utility depending on specific situations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,007 | 0,025 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».