論文の概要: Privacy Leakage in Federated Learning in Radiology Reports: A Comparative Evaluation of Tokenizer-Driven Privacy Risks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.14205v1
- Date: Wed, 15 Jul 2026 17:57:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-17 17:01:32.872159
- Title: Privacy Leakage in Federated Learning in Radiology Reports: A Comparative Evaluation of Tokenizer-Driven Privacy Risks
- Title(参考訳): 放射線医学におけるフェデレーション学習におけるプライバシ漏洩 : トケナイザーによるプライバシリスクの比較評価
- Abstract要約: フェデレートラーニング(Federated Learning)は、生データを共有することなく、臨床テキストの多施設的な訓練を可能にする。
放射線学報告におけるこの漏洩の程度とトークン化剤の設計の役割は、いまだに不明である。
FLにおける勾配に基づくテキスト再構成の定量化と,3つのトークン間でのプライバシーリスクの比較を行う。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.19690447466610903
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Federated learning (FL) enables multi-institutional training on clinical text without sharing raw data, but gradient inversion can reconstruct sensitive information from shared model updates. The extent of this leakage for radiology reports, and the role of tokenizer design, remains unclear. We quantify gradient-based text reconstruction in FL and compare privacy risk across three tokenizers with the model architecture held fixed. Six FL clients trained a GPT-2-style transformer (sequence length 32) on public radiology corpora (368,751 diagnostic reports, 98,206 discharge summaries, 1,500 MIMIC-CXR free-text reports) using the GPT-2, RadBERT, and LLaMA-2 tokenizers at batch sizes of 64, 128, and 256. Assuming an active malicious server that modifies the shared architecture before distribution, we applied analytic gradient inversion and measured reconstruction fidelity over five runs. Exact sentence reconstruction ranged from 31% to 44% across tokenizers (30.6-43.5% across the 27 tokenizer x dataset x batch-size cells). At batch size 64 on the Discharge dataset, accuracy was 42.1% (GPT-2), 42.3% (RadBERT), and 39.4% (LLaMA-2), decreasing to 37.3%, 37.2%, and 34.3% at batch size 256. S-BLEU declined as batch size grew (GPT-2: 0.44 to 0.33; RadBERT: 0.48 to 0.35). RadBERT yielded the highest reconstruction fidelity and recovered the most clinical terms (18.1% of a 1,440-term reference vocabulary, vs 12.5% for GPT-2 and 9.4% for LLaMA-2), yet no tokenizer prevented leakage. Substantial portions of report text are therefore recoverable from FL gradients even at larger batch sizes and with domain-specific tokenizers. Tokenizer design influences leakage severity and is a privacy-relevant decision, not only a utility one; safeguards such as secure aggregation and differential privacy are likely necessary to meet HIPAA and GDPR requirements for FL in radiology NLP.
- Abstract(参考訳): フェデレートラーニング(FL)は、生データを共有せずに臨床テキストを多施設で訓練することができるが、勾配インバージョンは、共有モデル更新から機密情報を再構築することができる。
放射線学報告におけるこの漏洩の程度とトークン化剤の設計の役割は、いまだに不明である。
FLの勾配に基づくテキスト再構成を定量化し、3つのトークン化器間でのプライバシーリスクと固定されたモデルアーキテクチャを比較した。
6つのFLクライアントは、GPT-2、RadBERT、LLaMA-2トークンを64、128、256のバッチサイズでGPT-2スタイルのトランスフォーマー(シーケンス長32)を訓練した(368,751の診断報告、98,206の放電サマリー、1500のMIMIC-CXR自由テキストレポート)。
分散前に共有アーキテクチャを変更する能動的悪意のあるサーバを仮定し,解析的勾配インバージョンを適用し,5回の実行で再現率を測定した。
厳密な文の再構成は、トークン化剤で31%から44%まで(27のトークン化剤で30.6-43.5%、データセットでxのバッチサイズセルで30.6-43.5%)。
出力データセットのバッチサイズ64では、精度は42.1%(GPT-2)、42.3%(RadBERT)、39.4%(LLaMA-2)となり、バッチサイズ256では37.3%、37.2%、34.3%に低下した。
S-BLEUはバッチサイズが大きくなるにつれて減少した(GPT-2: 0.44 to 0.33、RadBERT: 0.48 to 0.35)。
RadBERTは最も高い再現率を示し、最も臨床的な用語(18.1%は1,440期の参照語彙、12.5%はGPT-2、9.4%はLLaMA-2)を回復した。
したがって、レポートテキストの実質的な部分は、より大きなバッチサイズやドメイン固有のトークン化子でもFL勾配から回復可能である。
トケナイザーの設計は漏洩の重大さに影響を与え、実用性だけでなくプライバシーに関する決定であり、放射線学におけるFLのHIPAAおよびGDPR要件を満たすためには、安全なアグリゲーションや差分プライバシーなどの保護が必要である。
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