Machine Learning (ML) has demonstrated its great potential on medical data analysis. Large datasets collected from diverse sources and settings are essential for ML models in healthcare to achieve better accuracy and generalizability. Sharing data across different healthcare institutions is challenging because of complex and varying privacy and regulatory requirements. Hence, it is hard but crucial to allow multiple parties to collaboratively train an ML model leveraging the private datasets available at each party without the need for direct sharing of those datasets or compromising the privacy of the datasets through collaboration. In this paper, we address this challenge by proposing Decentralized, Collaborative, and Privacy-preserving ML for Multi-Hospital Data (DeCaPH). It offers the following key benefits: (1) it allows different parties to collaboratively train an ML model without transferring their private datasets; (2) it safeguards patient privacy by limiting the potential privacy leakage arising from any contents shared across the parties during the training process; and (3) it facilitates the ML model training without relying on a centralized server. We demonstrate the generalizability and power of DeCaPH on three distinct tasks using real-world distributed medical datasets: patient mortality prediction using electronic health records, cell-type classification using single-cell human genomes, and pathology identification using chest radiology images. We demonstrate that the ML models trained with DeCaPH framework have an improved utility-privacy trade-off, showing it enables the models to have good performance while preserving the privacy of the training data points. In addition, the ML models trained with DeCaPH framework in general outperform those trained solely with the private datasets from individual parties, showing that DeCaPH enhances the model generalizability.


翻译:机器学习(ML)在医疗数据分析中展现出巨大潜力。从不同来源和场景收集的大规模数据集对于医疗领域的ML模型实现更高准确性与泛化能力至关重要。由于复杂且多变的隐私与法规要求,跨医疗机构共享数据极具挑战性。因此,允许多方在不直接共享私有数据集或通过协作而损害数据集隐私的前提下,利用各方私有数据集协同训练ML模型,虽困难却至关重要。本文通过提出面向多医院数据的去中心化、协作式隐私保护机器学习(DeCaPH)来解决这一挑战。该框架具有以下关键优势:(1)允许多方在不传输私有数据集的情况下协同训练ML模型;(2)通过限制训练过程中跨方共享内容可能引发的隐私泄露,保护患者隐私;(3)无需依赖中心化服务器即可实现ML模型训练。我们利用真实世界分布式医疗数据集在三个不同任务上验证了DeCaPH的泛化能力与性能:基于电子健康记录的患者死亡率预测、基于单细胞人类基因组的细胞类型分类,以及基于胸部放射影像的病理识别。结果表明,使用DeCaPH框架训练的ML模型在效用-隐私权衡方面得到改善,在保持训练数据点隐私的同时实现了良好性能。此外,使用DeCaPH框架训练的ML模型总体上优于仅使用单方私有数据集训练的模型,表明DeCaPH增强了模型泛化能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月13日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
6+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员