Differential privacy preserved federated learning for prognostic modeling in COVID‐19 patients using large multi‐institutional chest CT dataset
Notice bibliographique
Résumé
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 enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,004 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».