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Protéger les données des patients : La menace de SurvAttack

SurvAttack met en avant les risques dans les modèles de survie et le besoin de défenses plus solides dans la santé.

Mohsen Nayebi Kerdabadi, Arya Hadizadeh Moghaddam, Bin Liu, Mei Liu, Zijun Yao

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Les modèles de survie sont des outils utilisés dans le domaine de la santé pour estimer combien de temps un patient pourrait vivre ou quand il pourrait connaître un certain événement médical, comme développer une condition sérieuse. Ces modèles analysent les dossiers de santé électroniques (DSE), qui sont des versions numériques des charts papier des patients. Ils contiennent plein d'infos, comme l'historique médical, les traitements et les résultats, aidant les professionnels de la santé à évaluer les risques et à prioriser les patients qui ont besoin de soins urgents.

L'importance de modèles solides

Avec tant en jeu, il est crucial que ces modèles de survie soient fiables. Si un modèle fait une erreur, ça pourrait signifier qu'un patient qui a vraiment besoin d'attention immédiate se retrouve relégué au bas de la liste des priorités, pendant que d'autres qui ne sont pas en urgence passent avant. C'est un peu comme dans un resto où le chef mélange les commandes : au lieu de servir les clients les plus affamés en premier, il donne la bouffe à ceux qui ont juste commandé une salade, alors qu'il y a une personne qui crève de faim à la porte.

Le défi des Attaques adversariales

Cependant, les modèles de survie font face à des menaces. Par exemple, quelqu'un pourrait essayer de tromper ces modèles en modifiant légèrement les données des patients, ce qui pourrait mener à des prédictions incorrectes. Cette tactique s'appelle une attaque adversariale. En gros, c’est comme si quelqu’un se faufile dans ta cuisine, échange le sel contre du sucre, et te regarde faire un gâteau que personne ne voudra manger. Dans le domaine de la santé, ça pourrait avoir des conséquences graves.

Qu'est-ce que SurvAttack ?

Pour contrer ces attaques adversariales, des chercheurs ont développé un nouveau cadre appelé SurvAttack. Cette méthode d'attaque adversariale en boîte noire se concentre spécifiquement sur les modèles de survie. Une méthode en boîte noire signifie que l'attaquant n’a pas accès aux rouages internes du modèle ; il peut seulement voir l’entrée et la sortie. Imagine essayer de deviner comment un magicien fait un tour sans connaître les secrets derrière les coulisses !

Comment fonctionne SurvAttack

SurvAttack utilise une méthode astucieuse pour simuler ce qui pourrait arriver si des changements malveillants étaient apportés aux données des patients. Il introduit des changements légers dans les données tout en gardant le sens global intact, un peu comme échanger une pomme contre une pomme verte. Le but est de rendre le modèle assez confus pour qu'il donne les mauvaises prédictions sans que ça soit évident qu'il y a eu des changements.

Perturbations : Les changements sournois

Les changements effectués dans SurvAttack sont connus sous le nom de perturbations. Ce sont des altérations minimes dans les Codes médicaux au sein du DSE d'un patient. Par exemple, au lieu de dire qu'un patient a un diagnostic spécifique, le modèle pourrait être trompé en pensant qu’il a une condition différente et moins sévère. Cela pourrait amener un patient à être classé plus bas sur la liste d’urgence, retardant ainsi son traitement. C'est comme si quelqu'un disait qu'il ne se sentait pas très bien, mais ce qu'il lui fallait vraiment, c'était voir un médecin tout de suite !

Trois étapes clés dans SurvAttack

SurvAttack suit une série d'étapes pour réaliser efficacement sa tâche. Le processus implique de sélectionner quelles parties des données changer, comment les modifier, et mesurer l'impact de ces changements sur le Modèle de survie.

Étape 1 : Sélectionner les codes médicaux

La première étape de SurvAttack consiste à choisir quels codes médicaux altérer. Les codes médicaux classifient la condition ou le traitement d'un patient, et il y en a des milliers. Pour faire des choix éclairés, le modèle utilise des connaissances médicales pour trouver des codes qui sont similaires en signification mais qui pourraient mener à des prédictions différentes.

Étape 2 : Évaluer les changements

Une fois les codes sélectionnés, la prochaine étape est d'évaluer les modifications potentielles. Cela implique d’évaluer comment une altération particulière pourrait affecter les prédictions du modèle. L'objectif est de s'assurer que les changements ne s'éloignent pas trop de la réalité de l'état du patient tout en étant suffisamment impactants pour confondre le modèle.

Étape 3 : Exécuter l'attaque

Après avoir déterminé comment modifier les codes, SurvAttack passe à l'exécution de l'attaque. Cette étape consiste à modifier les dossiers du patient et à vérifier si la sortie du modèle change dans la direction souhaitée. Si les prédictions évoluent, l'attaque peut être jugée réussie. Sinon, le modèle peut essayer d'autres changements jusqu'à ce qu'il trouve celui qui fonctionne.

L'importance de la cohérence clinique

Un des aspects astucieux de SurvAttack est qu'il s'assure que tous les changements restent cliniquement significatifs. Cela signifie que les altérations doivent toujours avoir du sens dans le contexte médical. Par exemple, si le diagnostic d'un patient change, ça doit rester un diagnostic plausible pour son état. Si le modèle était trompé en pensant que quelqu’un avait une condition totalement non liée comme une jambe cassée alors qu'il avait en fait un problème respiratoire, ce ne serait pas juste une attaque, mais une recette pour le désastre.

Mesurer le succès d'une attaque

Pour évaluer l'efficacité de SurvAttack, les chercheurs utilisent des métriques spécifiques. Les principaux objectifs sont de perturber la capacité du modèle à classer correctement les patients par leur niveau d'urgence et à brouiller ses prédictions sur les temps de survie. Si le modèle échoue à prioriser correctement les patients ou à prédire leur survie de manière adéquate, cela indique que SurvAttack a atteint son but.

Les implications réelles de SurvAttack

SurvAttack met en lumière les faiblesses des modèles de survie et suscite des discussions nécessaires sur la sécurité dans le domaine de la santé. Avec le potentiel de manipuler les données des patients, des attaquants pourraient causer de graves dommages en entravant la capacité d'un modèle à prioriser efficacement les soins – une situation dans laquelle personne ne veut se retrouver.

Conclusion : Le besoin de prudence

Le développement de SurvAttack sert de rappel sur l'importance de bâtir des systèmes robustes dans le domaine de la santé. Tout comme on verrouille nos portes la nuit, protéger ces modèles contre les menaces potentielles est crucial pour s'assurer que les patients reçoivent les soins dont ils ont besoin quand ils en ont besoin. La survie de chaque patient pourrait en dépendre. Les enjeux sont élevés, et le secteur de la santé doit rester vigilant face à ce type d'attaques pour protéger les individus vulnérables qui comptent sur leurs modèles de survie pour fournir des prédictions précises et opportunes.

Et qui sait, peut-être qu'un jour, avec suffisamment d'innovation, on aura un système tellement sécurisé que même le voleur de tomates le plus astucieux ne pourra pas passer !

Source originale

Titre: SurvAttack: Black-Box Attack On Survival Models through Ontology-Informed EHR Perturbation

Résumé: Survival analysis (SA) models have been widely studied in mining electronic health records (EHRs), particularly in forecasting the risk of critical conditions for prioritizing high-risk patients. However, their vulnerability to adversarial attacks is much less explored in the literature. Developing black-box perturbation algorithms and evaluating their impact on state-of-the-art survival models brings two benefits to medical applications. First, it can effectively evaluate the robustness of models in pre-deployment testing. Also, exploring how subtle perturbations would result in significantly different outcomes can provide counterfactual insights into the clinical interpretation of model prediction. In this work, we introduce SurvAttack, a novel black-box adversarial attack framework leveraging subtle clinically compatible, and semantically consistent perturbations on longitudinal EHRs to degrade survival models' predictive performance. We specifically develop a greedy algorithm to manipulate medical codes with various adversarial actions throughout a patient's medical history. Then, these adversarial actions are prioritized using a composite scoring strategy based on multi-aspect perturbation quality, including saliency, perturbation stealthiness, and clinical meaningfulness. The proposed adversarial EHR perturbation algorithm is then used in an efficient SA-specific strategy to attack a survival model when estimating the temporal ranking of survival urgency for patients. To demonstrate the significance of our work, we conduct extensive experiments, including baseline comparisons, explainability analysis, and case studies. The experimental results affirm our research's effectiveness in illustrating the vulnerabilities of patient survival models, model interpretation, and ultimately contributing to healthcare quality.

Auteurs: Mohsen Nayebi Kerdabadi, Arya Hadizadeh Moghaddam, Bin Liu, Mei Liu, Zijun Yao

Dernière mise à jour: 2024-12-24 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://arxiv.org/abs/2412.18706

Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2412.18706

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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