Balancing Privacy and Utility in Child and Adolescent Mental Health Services Research: Retrospective Cohort Study on Synthetic Data Generation
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Electronic health records are essential for advancing research aimed at improving clinical outcomes. However, stringent data protection and privacy concerns severely limit the accessibility and use of real clinical data, particularly within Child and Adolescent Mental Health Services (CAMHS) involving vulnerable young individuals. This challenge can be effectively addressed through synthetic data generation, which safeguards individual privacy while facilitating comprehensive analyses of clinical information. OBJECTIVE: This study aims to investigate whether hierarchical synthetic data generators (SDGs) can effectively replicate the statistical properties, preserve the utility, and maintain the privacy of real CAMHS clinical data, thereby enabling data sharing and broader access to research-ready datasets. METHODS: This retrospective cohort study used electronic medical record data from 6924 distinct patients from CAMHS in Stavanger, Norway, comprising 7730 referral periods and 58,524 episodes of care. An 80%-20% split was used for training and testing. A hierarchical synthetic data generation model was trained to generate synthetic referral periods and associated episodes of care. Data quality was evaluated using SDMetrics for distribution (Kolmogorov-Smirnov Complement [KSC]/Total Variation Complement [TVC]), correlation (CorrelationSimilarity [CS]), and cardinality (CardinalityShapeSimilarity [CSS]) similarity. Privacy was evaluated using the Anonymeter library to simulate singling out, linkability, and inference reidentification attacks. Utility was assessed using the train synthetic test real (TSTR) pattern, comparing the predictive performance using precision-recall area under the curve [PRAUC] of models trained on synthetic vs real data for classifying the intensity of care. RESULTS: The hierarchical SDG created highly reproducible synthetic CAMHS data. The average statistical similarity scores were high across all metrics: KSC/TVC at 0.92, CS at 0.77 (intertable CS at 0.75), and CSS at 0.92. The synthetic data also demonstrated a low risk under simulated privacy attacks on a control dataset (n=1546): the average success rate was 6/1546 (0.39%) for singling out and 77/1546 (5%) for multivariate attacks. The average linkability risk was 54/1546 (0.5%), and the highest inference risk for a sensitive variable was 2/1546 (0.12%). The classification model trained on synthetic data (TSTR) produced comparable predictive performance (PRAUC=0.40) to the model trained on real data (PRAUC=0.43) for classifying the intensity of care (low vs medium or higher). Shapley additive explanations analysis confirmed that the synthetic model's explanations aligned with real-world insights, validating its ability to capture fundamental predictive patterns. CONCLUSIONS: Synthetic data can be used to build trust and promote collaboration among CAMHS researchers by offering access to extensive, representative samples with a low risk of patient identification. This approach expands the breadth of research while safeguarding patient privacy. Effective implementation of synthetic data generation depends on the model's ability to accurately identify and replicate the complex, sequential patterns present in real data.
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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 | 0,025 | 0,072 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| 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 ».