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Enregistrement W4391677677 · doi:10.1002/mp.16964

Differential privacy preserved federated learning for prognostic modeling in COVID‐19 patients using large multi‐institutional chest CT dataset

2024· article· en· W4391677677 sur OpenAlexaff
Isaac Shiri, Yazdan Salimi, Nasim Sirjani, Behrooz Razeghi, Sara Bagherieh, Masoumeh Pakbin, Zahra Mansouri, Ghasem Hajianfar, Atlas Haddadi Avval, Dariush Askari, Mohammadreza Ghasemian, Saleh Sandoughdaran, Ahmad Sohrabi, Elham Sadati, Somayeh Livani, Pooya Iranpour, Shahriar Kolahi, Bardia Khosravi, Salar Bijari, Sahar Sayfollahi, Mohammad Reza Atashzar, Mohammad Hasanian, Alireza Shahhamzeh, Arash Teimouri, Neda Goharpey, Hesamaddin Shirzad‐Aski, Jalal Karimi, Amir Reza Radmard, Kiara Rezaei‐Kalantari, Mostafa Ghelich Oghli, Mehrdad Oveisi, Alireza Vafaei Sadr, Slava Voloshynovskiy, Habib Zaidi

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueCOVID-19 diagnosis using AI
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesSchweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen ForschungNational Science Foundation
Mots-clésCoronavirus disease 2019 (COVID-19)Artificial intelligenceComputer scienceTest setMachine learningInferenceData setFeature extractionFeature (linguistics)Data miningMedicinePathology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Notwithstanding the encouraging results of previous studies reporting on the efficiency of deep learning (DL) in COVID-19 prognostication, clinical adoption of the developed methodology still needs to be improved. To overcome this limitation, we set out to predict the prognosis of a large multi-institutional cohort of patients with COVID-19 using a DL-based model. PURPOSE: This study aimed to evaluate the performance of deep privacy-preserving federated learning (DPFL) in predicting COVID-19 outcomes using chest CT images. METHODS: After applying inclusion and exclusion criteria, 3055 patients from 19 centers, including 1599 alive and 1456 deceased, were enrolled in this study. Data from all centers were split (randomly with stratification respective to each center and class) into a training/validation set (70%/10%) and a hold-out test set (20%). For the DL model, feature extraction was performed on 2D slices, and averaging was performed at the final layer to construct a 3D model for each scan. The DensNet model was used for feature extraction. The model was developed using centralized and FL approaches. For FL, we employed DPFL approaches. Membership inference attack was also evaluated in the FL strategy. For model evaluation, different metrics were reported in the hold-out test sets. In addition, models trained in two scenarios, centralized and FL, were compared using the DeLong test for statistical differences. RESULTS: The centralized model achieved an accuracy of 0.76, while the DPFL model had an accuracy of 0.75. Both the centralized and DPFL models achieved a specificity of 0.77. The centralized model achieved a sensitivity of 0.74, while the DPFL model had a sensitivity of 0.73. A mean AUC of 0.82 and 0.81 with 95% confidence intervals of (95% CI: 0.79-0.85) and (95% CI: 0.77-0.84) were achieved by the centralized model and the DPFL model, respectively. The DeLong test did not prove statistically significant differences between the two models (p-value = 0.98). The AUC values for the inference attacks fluctuate between 0.49 and 0.51, with an average of 0.50 ± 0.003 and 95% CI for the mean AUC of 0.500 to 0.501. CONCLUSION: The performance of the proposed model was comparable to centralized models while operating on large and heterogeneous multi-institutional datasets. In addition, the model was resistant to inference attacks, ensuring the privacy of shared data during the training process.

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)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,007
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: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,007
Score d'incertitude au seuil0,020

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,007
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,115
Tête enseignante GPT0,381
Écart entre enseignants0,266 · 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
GenreEmpirique

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

En bref

Citations10
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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