I nte rna t io na l J o urna l o f   I nfo rm a t ics a nd   Co m m un ica t io n T ec hn o lo g y   ( I J - I CT )   Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 26 ,   p p .   1 4 5 3 ~1 4 5 8   I SS N:  2252 - 8 7 7 6 ,  DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /iji ct . v15 i 4 . pp 1 4 5 3 - 1 4 5 8          1453       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ict. ia esco r e. co m   Federate d  dee p le a rning  f o r early  d etec tion  and pro g ress io n  mo delling  of diab etic  ne phro pa thy       Ara v ind   K um a r  K y ri k a ,  Su m it   K um a r  B a nchh o r   A mi t y   I n st i t u t e   o f   I n f o r mat i o n   Te c h n o l o g y ,   A m i t y   U n i v e r si t y   C h h a t t i sg a r h ,   R a i p u r ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   1 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ma y   2 6 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u l 5 ,   2 0 2 6       On e   o f   th e   m a in   c a u se s  o f   e n d - s tag e   re n a l  d ise a se   is  d ia b e ti c   n e p h r o p a th y   (DN ).   P a ti e n t  p r iv a c y - se n siti v e   d a ta  is  a   re strictio n   i n   c e n tralize d     m a c h in e - lea rn in g   a p p r o a c h e s  fo r  th e   h e a lt h c a re   d o m a in .   T h is   re se a rc h   in tro d u c e s  a   p riv a c y - p re se rv in g   fe d e ra ted   d eep - lea rn in g   (F e d - D N)  m e th o d   fo r  e a rly   d iag n o sis  o f  DN   a n d   m o d e ll i n g   d ise a se   p ro g re ss io n   a n d   it s  imp a c t.   F e d - DN   c o m b i n e s  sa fe   a g g re g a ti o n   with   d i ffe re n ti a l  p riv a c y   ( DP)  u si n g   Op a c u s  a n d   m u l ti - m o d a l   d a ta   so u rc e s  (e lec tro n ic  h e a lt h   re c o r d s,  fu n d u s   ima g in g ,   a n d   h isto p a th o lo g y ).   B o th   sim u latio n   tes ts  wit h   m u lt i - m o d a l  d a ta   se ts  d istri b u te d   a c ro ss   h o s p it a ls  sh o w  a n   e fficie n t  p riv a c y - u ti li t y   trad e - o ff,     with   F e d - DN   a c h iev i n g   n e a r - c e n tralize d   p e rfo rm a n c e   (AU C   ≈  0 . 9 0 )   (Ac c u ra c y   =   8 7 % )  w h il e   m a in tai n in g   a   p ri v a c y   b u d g e t  o f   ε   ≈  3 . 1 .   Th is  is  a   g o o d   e x a m p le o f  th e   trad e - o f f  a c h iev e d   b e twe e n   m o d e l  a c c u ra c y   a n d   p riv a c y   p ro tec ti o n .   Th e   tec h n i q u e   d o e s  n o t  re v e a l   p a ti e n t  i n fo rm a ti o n ,   wh i c h   e n a b le s   c o ll a b o ra ti v e ,   sc a lab le  h e a lt h c a re   a n a ly ti c s.  F u rt h e rm o re ,   it   e n h a n c e s  tru st   am o n g   p a ti e n ts an d   i n stit u ti o n s.   K ey w o r d s :   Diab etic  n ep h r o p ath y   Dif f er en tial p r iv ac y   Fed er ated   lear n in g   Hea lth ca r e  AI   Mu lti - m o d al  d ee p   lear n in g   Secu r e  ag g r e g atio n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Su m it Ku m ar   B an ch h o r   Am ity   I n s titu te  o f   I n f o r m atio n   T ec h n o lo g y ,  Am ity   Un iv er s ity   C h h attis g ar h   R aip u r ,   C h h attis g ar h ,   I n d ia   E m ail:  s k b an ch h o r @ r p r . am ity . ed u       1.   I NT RO D UCT I O N   Diab etic  n ep h r o p ath y   ( DN)   is   a  p r ev alen t  an d   s ev er e  d iab etes  m ellitu s   co m p licatio n   an d   a  m ajo r   ca u s e  o f   ch r o n ic  k id n ey   d is ea s e  ( C KD)   an d   en d - s tag e  r en al  d is ea s e  ( E S R D)   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Ma c h in e  lear n in g   ( ML )   h o ld s   o u t  th e  p o ten tial f o r   ea r lier   d iag n o s is   an d   m o r e  p r ec is e  p r o g r ess io n   m o d elin g ,   b u t c en tr alize d   tr ain in g   is   u s u ally   im p r ac tical  d u e   to   p r i v ac y   laws  lik e  th e  h ea lth   in s u r an ce   p o r tab ilit y   an d   ac co u n tab ilit y   ac t  ( HI PAA)   an d   g en er al  d ata  p r o tectio n   r e g u latio n   ( GDPR )   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   Fed er ated   lear n in g   ( FL)   allo ws  c o llab o r ativ e  m o d el   tr ain in g   ac r o s s   h o s p itals   with o u t  s h ar in g   r aw  p atien t  r ec o r d s   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   Ho wev er ,   r ea l - w o r ld   d ep l o y m en t  is   co n f r o n ted   with   ch allen g es  lik e  n o n - i n d ep e n d en t  an d   id en t ically   d is tr ib u ted   ( I I D)   lo ca l   d ata,   co m m u n icatio n   lim itatio n s ,   an d   p r iv ac y   leak a g e  v ia  m o d el  u p d ates  [ 7 ] ,   [ 8 ] .   T h is   p ap e r   in tr o d u ce s   f ed er ated   d ee p - lear n in g   ( Fed - D,   wh ich   is   a  f ed e r ated   s y s tem   th at  m ix es  d if f er en ti al  p r iv ac y   ( DP)   s to ch asti c  g r ad ien t  d escen t  ( DP - SGD)   with   s ec u r e  a g g r e g a tio n   [ 9 ] - [ 1 1 ]   to   lim it   leak ag e,   an d   p er s o n aliza tio n   m eth o d s   to   ad d r ess   h eter o g en eity ,   u s ed   f o r   m u lti - m o d al  DN  p r e d ictio n   an d   p r o g r ess io n   m o d elin g .       2.   T H E   P RO P O SE D  WO RK   Fed Av g   an d   c o m m u n icatio n - awa r e  FL  alg o r ith m s   a r e  t h e  b ac k b o n e  o f   c r o s s - in s titu tio n al  ML   ap p licatio n s   [ 4 ] - [6 ] .   Fo r   i n s tan ce ,   FL  h as  s u cc ess f u lly   b ee n   ap p lied   to   im ag in g   task s   s u ch   as  b r ai n   tu m o r   s eg m en tatio n   [ 7 ] ,   m e d ical  d iag n o s is   [ 1 2 ] ,  [ 1 3 ]   an d   m o d e llin g   o f   el ec tr o n ic  h ea lth   r ec o r d s   ( E HR )   [ 1 4 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,   Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 26 :  1 4 5 3 - 1 4 5 8   1454   Oth er   p r iv ac y - p r eser v in g   tech n i q u es,  lik e  s ec u r e  ag g r eg at io n   [ 9 ] ,  [ 1 1 ]  a n d   DP  [ 1 0 ] ,  [ 1 5] ,   [ 1 6 ]   h a v e  b ee n   ap p lied   to   FL  to   p r o tect  ag a in s t  m em b er s h ip   in f er en ce   [ 1 7 ] ,  [ 1 8 ]   an d   r ec o n s tr u ctio n   attac k s .   W h ile  th e   in teg r atio n   o f   tab u lar   E HR   with   im ag in g   ( f u n d u s ,   h is to p at h o lo g y )   in cr ea s es  d iag n o s tic  ac cu r ac y   [ 1 3 ] ,   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] ,   m u lti - m o d al  FL  is   s till   n o t f u lly   ex p lo r e d   an d   is   th e  g a p   th at  Fed - DN  will a d d r ess .   Alg o r ith m   p r o b lem   f o r m u latio n :   a)   I n p u t: C lin ical  tex t d ata  f r o m   v ar io u s   h o s p itals   with o u t c o m p r o m is in g   p atien t d ata.   b)   Pre - p r o ce s s in g : Cl ea n   clin ical  tex ts   an d   to k en ize  t h em   to   o b t ain   r elev an t c lin ical  f ea tu r es.   c)   L o ca l  t r ain in g : T h e  m o d el  is   tr ain ed   lo ca lly   at  ea ch   h o s p ital  with   DP - SGD,   g r ad ien t c lip p i n g ,   an d   Gau s s ian   n o is e  f o r   p r i v ac y .     d)   Fed er ated   ag g r eg atio n : Sec u r e ly   m er g es th e  n o is y   m o d el  u p d ates f r o m   th e  p ar ticip atin g   h o s p itals   e)   Per s o n aliza tio n :  A  p r o x im al  t er m   tak es  ca r e  o f   n o n - I I D  d a ta  an d   g en er ates  a  p er s o n alize d   m o d el  f o r   ev er y   h o s p ital,  wh ile  r etain in g   g lo b al  k n o wled g e .       3.   M E T H O D S   L et    h o s p itals   p ar ticip ate,   ea ch   with   a  p r iv ate  d ataset     = { ( ( ) , ( ) ) } = 1       T h e  g lo b al  e m p ir ical  o b jectiv e  is     ( ) = ∑ = 1 ( )       ( ) = 1 ∑ ℓ = 1 ( ( ( ) ) , ( ) )       wh er e    d en o tes m o d el  p ar am et er s   an d   ℓ   th e  p er - e x am p le  lo s s   ( e. g . ,   cr o s s - en tr o p y ) .   C lien ts   p er f o r m   DP - SGD  with   g r ad ien t c lip p in g   n o r m     an d   Gau s s ian   n o is e:     Δ ̃ = Δ + ( 0 , 2 2 )       T h e  s er v er   a g g r eg ates n o is y   u p d ates f r o m   p ar ticip atin g   clien ts     at  r o u n d   :     + 1 = + 1 | | ∑ Δ ̃ ∈       T o   im p r o v e  p e r s o n aliza tio n   u n d er   h ete r o g e n eo u s   d is tr ib u tio n s ,   we  in clu d e  a  p r o x i m al  p er s o n aliza tio n   ter m :     min ( ) + ∥ − ∥ 2 2       3 . 1 .     Sy s t e m   o v er v iew   As  s h o wn   in   Fig u r e  1 ,   Fed - D N  h as  th r ee   m ajo r   co m p o n e n ts :  First,  a  ce n tr al  s er v er   th at  c o o r d in ates   co m m u n icatio n   r o u n d s ,   s ets  u p   s ec u r e   ag g r eg atio n ,   a n d   m ai n tain s   th e  g lo b al   m o d el;  Seco n d ,   clien ts ,   n am ely ,   th e  h o s p itals   th at  tr ain   a  lo ca l   DP - SGD  m o d el  o n   th eir   o wn   m u lti - m o d al  p atien t  d ata   an d   o p tio n ally   f in e - tu n e  a  p er s o n alis ed   m o d el  h ea d   to   r ef lect  th e  d ata  h eter o g e n eity   o f   ea ch   h o s p ital;  T h ir d ,   a  co m m o n   d ata  ca talo g u e  th at  p r o v i d es c o n s is ten t f ea tu r e  m ap p in g s ,   d ata  r ep r esen tatio n ,   an d   d ata  p r e p r o ce s s in g   ac r o s s   all  clien ts .     3 . 2 .     M ulti - m o da l  m o del a rc hite ct ure   Fig u r e  2   illu s tr ates  a  m u ltimo d al  h ea lth ca r e   s y s tem   in teg r atin g   E HR   d ata   f r o m   clin ical   tex t,  m ed ica l   im ag in g ,   an d   p atien t  lab   in f o r m atio n .   T h e  o u tp u ts   o f   th is   lay er   in clu d e  im a g in g   a n d   d ia g n o s is   p r o ce s s ed   f r o m   th ese  in p u ts   an d   s en t  to   a  f u s io n   lay er .   T h e  f u s io n   lay e r   co m b in es  all  o f   th e  in f o r m atio n   to   cr ea te  an   in teg r ated   d iag n o s is   an d   s u m m ar y .   E n co d er s :   −   E HR   en co d er :  Den s e  o r   t r an s f o r m er - b ased   en co d e r   f o r   tab u l ar /time - s er ies  f ea tu r es  o f   clin i ca l  tex t  d ata,   m ed ical  im ag in g ,   an d   p atien t l ab   d ata  [ 1 4 ] .   −   Fu n d u s   en co d er :  co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   ( C NN)   b ac k b o n e  ( e. g . ,   R esNet)   f o r   r etin al  f u n d u s   im ag es [ 1 9 ] .   −   His to p ath o lo g y   e n co d e r : CNN o r   p atch - tr an s f o r m er   f o r   tis s u e  p atch es [ 1 3 ] .   L aten t v ec to r s   e hr ,  f undus ,  his to   ar e  co n ca ten ated   an d   f u s ed :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6         F ed era ted   d ee p   lea r n in g   f o r   ea r ly  d etec tio n   a n d   p r o g r ess io n   m o d ellin g   o f   … ( A r a vin d   K u ma r   K yrika )   1455   f us e = R e L U ( [ e hr ; f undus ; his to ] + )       Fin al   p r ed ictio n :     ̂ = ( f us e + )             Fig u r e  1 .   FL   ar c h itectu r e           Fig u r e  2 .   T h e  co m p lete  s y s tem   ar ch itectu r e  d iag r am       3 . 3 .     P ri v a cy   a nd   s ec urit y   mecha nis m s   Fig u r e  3   d is p lay s   th e  p r iv ac y   th r ea ts   an d   m itig atio n   s tr ateg ies  in   ML .   Mo d el   in v e r s io n   a ttem p ts   to   ex tr ac t  s en s itiv e  d ata  f r o m   a  tr ain ed   m o d el.   Me m b er s h ip   in f er en ce   r ef er s   to   wh eth er   a  s p ec if ic  d ata  r ec o r d   is   u s ed   f o r   tr ai n in g .   DP   h el p s   s af eg u ar d   in d iv id u a l   d ata,   an d   s ec u r e  a g g r e g atio n   h elp s   e n s u r e  th at  d ata  r e m ain s   p r iv ate  d u r in g   m o d el  tr ain i n g .   −   DP: Per - ex am p le  o r   p er - s am p l e  g r ad ien t c lip p in g   a n d   Gau s s ian   n o is e  ad d itio n   ( DP - SGD)   with   Op ac u s   f o r   p r iv ac y   ac c o u n tin g   [ 5 ] ,   [ 2 1 ] ,   [ 22 ].   −   Secu r e  Ag g r eg ati o n : Cry p to g r ap h ic  p r o to co ls   to   ag g r eg ate  e n cr y p ted   clien t u p d ates so   th e  s er v er   ca n n o t  o b s er v e  in d i v id u al  u p d ates [ 9 ] ,  [1 1 ].   C o m b in ed ,   DP  an d   s ec u r e   ag g r eg atio n   m itig ate   g r a d ien t - in v er s io n   an d   m em b e r s h ip - in f er en ce   attac k s   [ 1 7 ] ,  [ 18 ].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,   Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 26 :  1 4 5 3 - 1 4 5 8   1456       Fig u r e  3 .   Priv ac y   attac k   an d   d ef en s e  d iag r am       3 . 4 .     H i g h - lev el  a lg o rit hm   T h is   alg o r ith m   is   ca lled   Fed - DN  an d   is   co m p o s ed   o f   a  ce n tr al  s er v er   a n d   p ar ticip atin g   h o s p itals .     T h e  s er v er   in itializes  th e  g lo b al  m o d el,   p ick s   a  s et  o f   clien ts   f o r   ea ch   co m m u n icati o n   r o u n d ,   s en d s   o u t  th e  g lo b al  m o d el,   g ets  b ac k   n o is y   u p d ates  th at  h av e  b e en   en cr y p ted ,   s af ely   co m b in es  th e m ,   an d   u p d ates  th e  g lo b al  m o d el.   L o ca l  DP - SGD  is   im p lem en ted   o n   ea ch   h o s p ital's   p r iv ate  p atien t  d ata.   T h e  n o r m   C   is   u s ed   to   clip   g r ad ien ts ,   an d   Gau s s ian   n o is e  with   th e  m u ltip lier   σ   i s   ad d ed   f o r   p r iv ac y .   I t  is   p o s s ib le  to   f in e - tu n e   o p tio n al  p e r s o n aliza tio n   to   lo ca l  d ata  with   th e  m o d el.   L astl y ,   th e  n o is y   u p d ate  is   s en t  to   th e  s er v er ,   b u t  it  is   en cr y p ted   f o r   s ec u r e  ag g r eg ati o n .   Ser v er :  in itialize  0 .   Fo r   = 0 , … , − 1 :  s a m p le  s u b s et  ,   s en d   ,   r ec eiv e   en cr y p ted   n o is y   u p d ates  Δ ̃ ,   ag g r eg ate  a n d   u p d at e  + 1 .   C lien t  :   r ec eiv e  ,   p er f o r m   D P - SGD  with   clip p in g   n o r m     an d   n o is e  m u ltip lier   ,   o p tio n al   p er s o n aliza tio n   f in e - tu n in g ,   s e n d   en cr y p ted   Δ ̃ .       4.   RE SU L T S   T h e  r esu lts   s h o wn   in   T ab le  1   d em o n s tr ate  th at  Fed - DN  o u tp er f o r m s   th e  l o ca l - o n l y   a n d   Fed Av g   m o d els,  an d   p er f o r m s   clo s e   to   th e   ce n tr alize d   C NN.   Fed - DN  ac h iev es  n ea r - ce n tr alize d   p er f o r m a n ce   wh il e   p r o v id i n g   f o r m al  DP  g u ar an te es  an d   im p r o v e d   ad a p tatio n   t o   n o n - I I D   clien t  d is tr ib u tio n s   v ia  p er s o n aliza tio n   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .   T h e  s m all  ac cu r ac y   g ap   v s   ce n tr alize d   m o d els ar is es f r o m   DP n o is e   an d   s im u lat ed   d ata  lim itatio n s .   Alg o r ith m   1   d em o n s tr ate  C o m b in ed   DP  +  Per s o n aliza tio n   is   o b s er v ed   to   p r o d u ce   n ea r - ce n tr alize d   p er f o r m an ce   ( AUC  ≈   0 . 9 0 )   ( Acc u r ac y   =  8 7 %)  wh ile  m ain t ain in g   a  p r iv ac y   b u d g et  o f   ε  ≈   3 . 1   (A .   I n   g e n er al,   th e  p er f o r m an ce   o f   th e   m o d els   ca n   b e  e n h an ce d   b y   co m b i n in g   m o d alities .       T ab le  1 .   Su m m a r y   o f   ex p er im en t al  p er f o r m an ce   ( s im u lated   d ata)   M e t h o d   DP   P e r so n a l i z a t i o n   P r i v a c y   B u d g e t   ( \ e p si l o n )   AUC   A c c u r a c y   C e n t r a l i z e d   C N N   No   No   –   0 . 9 2   8 9 %   C e n t r a l i z e d   C N N   +   D P   Y e s   No   3 . 8   0 . 8 9   8 6 %   Lo c a l - o n l y   No   Y e s   –   0 . 7 8   7 5 %   Lo c a l - o n l y   +   D P   Y e s   Y e s   3 . 5   0 . 7 5   7 2 %   F e d A v g   No   No   –   0 . 8 8   8 6 %   F e d A v g   +   D P   Y e s   No   3 . 2   0 . 8 5   8 3 %   F e d - DN   No   Y e s   –   0 . 9 2   8 9 %   F e d - D N   ( D P   +   P e r so n a l i z a t i o n )   Y e s   Y e s   3 . 1   0 . 9 0   8 7 %       Alg o r ith m   1 .   Op ac u s   DP - SGD  co d e  s k etch   for batch in dataloader:        optimizer.zero.grad()        loss = criterion(model(batch x), batch y)        loss.backward()        torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), 1.0)  # clip        add_noise(model.parameters(), sigma=1.0)                 # Opacus handles per - sample no ise         optimizer.step()     eps = privacy_engine.accountant.get_epsilon(delta=1e - 5)   # Privacy parameters: batch_size=32, epochs=2, sigma=1.0  - > epsilon ≈ 3.1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6         F ed era ted   d ee p   lea r n in g   f o r   ea r ly  d etec tio n   a n d   p r o g r ess io n   m o d ellin g   o f   … ( A r a vin d   K u ma r   K yrika )   1457   Mu lti - m o d al  DN  p r ed ictio n   c an   b e   ac h iev e d   with   a   wo r k a b le  p r iv ac y - u tili ty   t r ad e - o f f   f o r   Fed - DN.   T h e  u s e  o f   s im u lated   d ata  in s tead   o f   ac tu al   m u lti - in s titu tio n al  co h o r ts ,   th e   en g in ee r in g   a n d   c o m m u n icatio n   o v er h ea d   f o r   ac tu al  d ep lo y m e n ts   [ 4 ] ,   an d   th e  ac cu r ac y   d e g r ad atio n   b r o u g h t  o n   b y   DP  n o is e  ar e  s o m e  o f   th e   lim itatio n s .   L o n g itu d in al   m o d ellin g   an d   tim e - to - ev e n t   an al y s is ,   in ter p r etab ilit y   f o r   clin ic al  u p tak e  [ 2 0 ]   an d   p ilo t m u lti - ce n ter   d ep lo y m en t  [ 3 ] ,   an d   f air n ess   an d   b ias ass ess m en t [ 2 5 ]   ar e  f u tu r e   d ir ec tio n s .       5.   CO NCLU SI O N   Fin ally ,   th e  p r o p o s ed   Fed - DN   f r am ewo r k   s h o ws  th e  p o ten ti al  o f   a   p r i v ac y - p r eser v in g   f ed er ated   d ee p   lear n in g   m o d el  f o r   t h e  ea r ly   d iag n o s is   an d   m o d ellin g   o f   th e   p r o g r ess io n   o f   d ia b etic  n ep h r o p ath y .     T h e  f r a m ewo r k   in co r p o r ates  f ed er ated   lear n in g ,   DP   b ased   o n   O p ac u s ,   s ec u r e   ag g r eg atio n ,   an d   m u lti - m o d al   h ea lth ca r e  d ata   to   f ac ilit ate  h o s p itals   in   jo in tly   b u ild in g   a  m o d el  with o u t  ex p o s in g   p atie n ts '   s en s i tiv e  d ata.   T h e  s im u latio n   r esu lts   s h o w  th at  Fed - DN  p er f o r m s   n ea r ly   c en tr ally ,   with   an   AUC o f   ab o u t 0 . 9 0   an d   a  p r i v ac y   b u d g et  o f   ε  ≈   3 . 1 ,   b alan ci n g   p r ed ictiv e  p er f o r m an ce   a n d   p r iv ac y   p r o tectio n .   As  s u ch ,   Fed - DN  o f f er s   a   s ca lab le  an d   s ec u r e  s o lu tio n   f o r   c o llab o r ativ e   h ea lth ca r e   an aly tics ,   tack lin g   t h e  cr itical  is s u es  o f   d ata  p r iv ac y   an d   s ec u r ity .   Fu tu r e  r esear c h   m ay   in v o l v e  th e   ex te n s io n   o f   th e   v alid atio n   to   r ea l - wo r l d   clin ical  s ettin g s ,   d ea lin g   with   n o n - I I D   an d   im b alan ce d   d ata,   p er s o n alis atio n   b etwe en   h o s p itals ,   an d   o p tim i zin g   co m m u n icatio n   an d   p r i v ac y   co s ts .       ACK NO WL E DG E M E NT   T h e  au th o r s   ar e  th an k f u l  to   th e  Dep ar tm en t   o f   I n f o r m atio n   T ec h n o lo g y   f o r   p r o v id in g   th e   to o ls   an d   f ac ilit ies  to   s u cc ess f u lly   co n d u ct  th is   r esear ch .   W e  th a n k   clin ical  n u tr itio n   a n d   n ep h r o lo g y   ex p e r ts   f o r   d o m ain   g u id an ce   a n d   th e   FL  co m m u n i ty   f o r   f o u n d atio n al  m et h o d s .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h e  au th o r s   s tate  th at  n o   f u n d i n g   was  in v o lv e d .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Ar av in d   Ku m a r   Ky r ik a     ✓   ✓     ✓   ✓     ✓   ✓             Su m it Ku m ar   B an ch h o r   ✓             ✓       ✓   ✓   ✓   ✓       C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h e  au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in ter est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   Data   av ailab ilit y   d o es n o t a p p l y   to   th is   p ap e r   as n o   n ew  d ata  wer e  cr ea ted   o r   an aly ze d   in   th is   s tu d y .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   H .   B .   M c M a h a n ,   E.   M o o r e ,   D .   R a mag e ,   S .   H a mp s o n ,   a n d   B .   A g ü e r a   y   A r c a s,  “ C o mm u n i c a t i o n - e f f i c i e n t   l e a r n i n g   o f   d e e p   n e t w o r k s  f r o m  d e c e n t r a l i z e d   d a t a , ”   Pro c e e d i n g s  o f   t h e   2 0 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   S t a t i s t i c s   ( AI S T ATS ) ,   v o l .   5 4 ,   p p .   1 2 7 3 – 1 2 8 2 ,   2 0 1 7 .   [ 2 ]   P .   K a i r o u z   e t   a l . ,   “ A d v a n c e s  a n d   o p e n   p r o b l e ms  i n   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   F o u n d a t i o n s  a n d   t re n d s ®  i n   m a c h i n e   l e a r n i n g ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 – 2 ,   p p .   1 – 2 1 0 ,   2 0 2 1 .   [ 3 ]   K .   B o n a w i t z   e t   a l . ,   “ P r a c t i c a l   se c u r e   a g g r e g a t i o n   f o r   p r i v a c y - p r e ser v i n g   mac h i n e   l e a r n i n g , ”   i n   Pr o c e e d i n g s  o f   t h e   2 0 1 7   A C M   S I G S A C   C o n f e re n c e   o n   C o m p u t e r  a n d   C o m m u n i c a t i o n s  S e c u ri t y ,   O c t .   2 0 1 7 ,   p p .   1 1 7 5 – 1 1 9 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 1 3 3 9 5 6 . 3 1 3 3 9 8 2 .   [ 4 ]   C .   D w o r k   a n d   A .   R o t h ,   “ T h e   a l g o r i t h mi c   f o u n d a t i o n s o f   d i f f e r e n t i a l   p r i v a c y , ”   F o u n d a t i o n s   a n d   T re n d s®   i n   T h e o r e t i c a l   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   9 ,   n o .   3 – 4 ,   p p .   2 1 1 – 4 8 7 ,   A u g .   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 5 6 1 / 0 4 0 0 0 0 0 0 4 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,   Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 26 :  1 4 5 3 - 1 4 5 8   1458   [ 5 ]   M .   A b a d i   e t   a l . ,   “ D e e p   l e a r n i n g   w i t h   d i f f e r e n t i a l   p r i v a c y , ”   i n   Pro c e e d i n g s   o f   t h e   2 0 1 6   A C M  S I G S AC   C o n f e r e n c e   o n   C o m p u t e r   a n d   C o m m u n i c a t i o n s   S e c u ri t y ,   O c t .   2 0 1 6 ,   p p .   3 0 8 – 3 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 2 9 7 6 7 4 9 . 2 9 7 8 3 1 8 .   [ 6 ]   I .   M i r o n o v ,   “ R é n y i   d i f f e r e n t i a l   p r i v a c y , ”   i n   2 0 1 7   I E EE  3 0 t h   C o m p u t e r   S e c u ri t y   Fo u n d a t i o n s   S y m p o si u m   ( C S F) ,   A u g .   2 0 1 7 ,     p p .   2 6 3 – 2 7 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / c sf . 2 0 1 7 . 1 1 .   [ 7 ]   M .   J .   S h e l l e r ,   G .   A .   R e i n a ,   B .   E d w a r d s,  J .   M a r t i n ,   a n d   S .   B a k a s,  “ M u l t i - i n s t i t u t i o n a l   d e e p   l e a r n i n g   m o d e l i n g   w i t h o u t   sh a r i n g   p a t i e n t   d a t a :   a   f e a s i b i l i t y   s t u d y   o n   b r a i n   t u m o r   se g me n t a t i o n , ”   i n   Br a i n l e s i o n :   G l i o m a ,   M u l t i p l e   S c l e ro si s,  S t ro k e   a n d   T ra u m a t i c   Bra i n   I n j u r i e s ,   S p r i n g e r   I n t e r n a t i o n a l   P u b l i s h i n g ,   2 0 1 9 ,   p p .   9 2 – 1 0 4 .   [ 8 ]   N .   R i e k e   e t   a l . ,   “ T h e   f u t u r e   o f   d i g i t a l   h e a l t h   w i t h   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   n p j   D i g i t a l   Me d i c i n e ,   v o l .   3 ,   n o .   1 ,   2 0 2 0 ,     d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 7 4 6 - 020 - 0 0 3 2 3 - 1.   [ 9 ]   T.   S .   B r i si m i ,   R .   C h e n ,   T .   M e l a ,   A .   O l s h e v sk y ,   I .   C .   P a sc h a l i d i s,  a n d   W .   S h i ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   o f   p r e d i c t i v e   m o d e l s   f r o m   f e d e r a t e d   El e c t r o n i c   H e a l t h   R e c o r d s,”   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Me d i c a l   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   1 1 2 ,   p p .   5 9 – 6 7 ,   A p r .   2 0 1 8 ,     d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j m e d i n f . 2 0 1 8 . 0 1 . 0 0 7 .   [ 1 0 ]   R .   S h o k r i   a n d   V .   S h ma t i k o v ,   “ P r i v a c y - p r e ser v i n g   d e e p   l e a r n i n g , ”   i n   Pr o c e e d i n g s  o f   t h e   2 2 n d   A C M  S I G S A C   C o n f e r e n c e   o n   C o m p u t e r   a n d   C o m m u n i c a t i o n s  S e c u r i t y ,   O c t .   2 0 1 5 ,   p p .   1 3 1 0 – 1 3 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 2 8 1 0 1 0 3 . 2 8 1 3 6 8 7 .   [ 1 1 ]   M .   F r e d r i k so n ,   S .   Jh a ,   a n d   T.   R i s t e n p a r t ,   “ M o d e l   i n v e r si o n   a t t a c k s  t h a t   e x p l o i t   c o n f i d e n c e   i n f o r m a t i o n   a n d   b a s i c   c o u n t e r m e a s u r e s, ”   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   AC M  C o n f e r e n c e   o n   C o m p u t e r  a n d   C o m m u n i c a t i o n s   S e c u ri t y ,   v o l .   2 0 1 5 - O c t o b ,     p p .   1 3 2 2 – 1 3 3 3 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 2 8 1 0 1 0 3 . 2 8 1 3 6 7 7 .   [ 1 2 ]   K .   B o n a w i t z   e t   a l . ,   “ T o w a r d s  f e d e r a t e d   l e a r n i n g   a t   sca l e :   S y st e m  d e si g n , ”   Pr o c e e d i n g s  o f   Ma c h i n e   L e a r n i n g   a n d   S y s t e m s   ( MLS y s) ,   v o l .   1 ,   p p .   3 7 4 – 3 8 8 ,   2 0 1 9 .   [ 1 3 ]   A .   Y o u sef p o u r   e t   a l . ,   “ O p a c u s:   U ser - f r i e n d l y   d i f f e r e n t i a l   p r i v a c y   i n   P y T o r c h , ”   a r Xi v   p re p ri n t   a r Xi v : 2 1 0 9 . 1 2 2 9 8 ,   2 0 2 1 .   [ 1 4 ]   V .   G u l s h a n   e t   a l . ,   “ D e v e l o p m e n t   a n d   v a l i d a t i o n   o f   a   d e e p   l e a r n i n g   a l g o r i t h m  f o r   d e t e c t i o n   o f   d i a b e t i c   r e t i n o p a t h y   i n   r e t i n a l   f u n d u s   p h o t o g r a p h s , ”   J A MA ,   v o l .   3 1 6 ,   n o .   2 2 ,   p .   2 4 0 2 ,   D e c .   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 1 / j a m a . 2 0 1 6 . 1 7 2 1 6 .   [ 1 5 ]   G .   Li t j e n s  e t   a l . ,   “ A   s u r v e y   o n   d e e p   l e a r n i n g   i n   me d i c a l   i m a g e   a n a l y si s , ”   Me d i c a l   I m a g e   An a l y si s ,   v o l .   4 2 ,   p p .   6 0 – 8 8 ,   D e c .   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . m e d i a . 2 0 1 7 . 0 7 . 0 0 5 .   [ 1 6 ]   A .   Es t e v a   e t   a l . ,   “ A   g u i d e   t o   d e e p   l e a r n i n g   i n   h e a l t h c a r e , ”   N a t u r e   M e d i c i n e ,   v o l .   2 5 ,   n o .   1 ,   p p .   2 4 – 2 9 ,   J a n .   2 0 1 9 ,     d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 1 - 018 - 0 3 1 6 - z.   [ 1 7 ]   Q .   Y a n g ,   Y .   Li u ,   T.   C h e n ,   a n d   Y .   To n g ,   “ F e d e r a t e d   mac h i n e   l e a r n i n g :   C o n c e p t   a n d   a p p l i c a t i o n s, ”   A C M   T ra n sa c t i o n s   o n   I n t e l l i g e n t   S y s t e m s   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   1 – 1 9 ,   J a n .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 2 9 8 9 8 1 .   [ 1 8 ]   M .   J.  S h e l l e r   e t   a l . ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   i n   m e d i c i n e :   f a c i l i t a t i n g   mu l t i - i n st i t u t i o n a l   c o l l a b o r a t i o n s  w i t h o u t   s h a r i n g   p a t i e n t   d a t a , ”   S c i e n t i f i c   Re p o r t s ,   v o l .   1 0 ,   n o .   1 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s4 1 5 9 8 - 0 2 0 - 6 9 2 5 0 - 1.   [ 1 9 ]   T.   Li ,   A .   K .   S a h u ,   A .   Ta l w a l k a r ,   a n d   V .   S mi t h ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g :   c h a l l e n g e s,  met h o d s ,   a n d   f u t u r e   d i r e c t i o n s,”   I E EE  S i g n a l   Pro c e ssi n g   Ma g a zi n e ,   v o l .   3 7 ,   n o .   3 ,   p p .   5 0 – 6 0 ,   M a y   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / M S P . 2 0 2 0 . 2 9 7 5 7 4 9 .   [ 2 0 ]   N .   P a p e r n o t ,   M .   A b a d i ,   Ú .   Er l i n g ss o n ,   I .   G o o d f e l l o w ,   a n d   K .   Ta l w a r ,   “ S e mi - s u p e r v i se d   k n o w l e d g e   t r a n sf e r   f o r   d e e p   l e a r n i n g  f r o m p r i v a t e   t r a i n i n g   d a t a , ”   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   L e a r n i n g   Re p re se n t a t i o n s   ( I C L R) . ,   2 0 1 7 .   [ 2 1]   A .   Z.   T a n ,   H .   Y u ,   L .   C u i ,   a n d   Q .   Y a n g ,   “ T o w a r d s  p e r s o n a l i z e d   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,”  I E EE  T r a n sa c t i o n s  o n   N e u ra l   N e t w o rks   a n d   L e a r n i n g   S y st e m s ,   v o l .   3 4 ,   n o .   1 2 ,   p p .   9 5 8 7 – 9 6 0 3 ,   D e c .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TN N LS.2 0 2 2 . 3 1 6 0 6 9 9 .   [2 2 ]   J.  X u ,   B .   S .   G l i c k sb e r g ,   C .   S u ,   P .   W a l k e r ,   J.   B i a n ,   a n d   F .   W a n g ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   h e a l t h c a r e   i n f o r mat i c s , ”     J o u rn a l   o f   H e a l t h c a re   I n f o rm a t i c s   Re sea r c h ,   v o l .   5 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 1 9 ,   M a r .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 4 1 6 6 6 - 0 2 0 - 0 0 0 8 2 - 4.   [ 2 3]   M .   K i t a d a ,   Y .   O g u r a ,   I .   M o n n o ,   a n d   D .   K o y a ,   “ A   l o w - p r o t e i n   d i e t   f o r   d i a b e t i c   k i d n e y   d i s e a s e :   I t s  e f f e c t   a n d   m o l e c u l a r   mec h a n i sm ,   a n   a p p r o a c h   f r o m  a n i ma l   st u d i e s, ”   N u t ri e n t s,   v o l .   1 0 ,   n o .   5 ,   p .   5 4 4 ,   A p r .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / n u 1 0 0 5 0 5 4 4 .   [ 2 4]   X .   F .   L i   e t   a l . ,   “ Ef f i c a c y   o f   l o w - p r o t e i n   d i e t   i n   d i a b e t i c   n e p h r o p a t h y :   a   m e t a - a n a l y si s  o f   r a n d o mi z e d   c o n t r o l l e d   t r i a l s,”     L i p i d s   i n   H e a l t h   a n d   D i se a se ,   v o l .   1 8 ,   n o .   1 ,   p .   8 2 ,   D e c .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s1 2 9 4 4 - 0 1 9 - 1 0 0 7 - 6.   [ 2 5]   R .   S h o k r i ,   M .   S t r o n a t i ,   C .   S o n g ,   a n d   V .   S h m a t i k o v ,   “ M e mb e r sh i p   i n f e r e n c e   a t t a c k s  a g a i n st   m a c h i n e   l e a r n i n g   m o d e l s , ”     i n   2 0 1 7   I EEE  s y m p o s i u m   o n   s e c u ri t y   a n d   p r i v a c y   ( S P) ,   I EE E ,   M a y   2 0 1 7 ,   p p .   3 – 1 8 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S P . 2 0 1 7 . 4 1 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Ar a v in d   K u m a r   K y r ik a           is  w o rk i n g   a s  a n   As sista n t  P ro fe s so r  in   Co m p u ter   S c ien c e   a n d   h a s   m o re   th a n   1 8   y e a rs  o f  tea c h in g   e x p e rien c e   a n d   2   y e a rs  o f  I n d u str y   Ex p e rien c e .   P h . D .   p u rsu in g   a t  Am it y   Un i v e rsity   Ra ip u r .  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  a ra v in d k u m a rk y r ik a @g m a il . c o m .         S u m it  K u m a r   Ba n c h h o r           re c e iv e d   h is  P h . D.  fr o m   th e   Na ti o n a l  In st it u te  o f  Tec h n o l o g y   (NIT ),   Ra i p u r ,   I n d ia,   in   2 0 1 8 .   He   is   c u rre n t ly   se rv in g   a s  a n   As sista n t   P r o fe ss o r  i n   Am it y   In stit u te  o f  In f o rm a ti o n   Tec h n o l o g y   a t  Am it y   U n iv e rsit y   Ch h a tt isg a rh ,   In d ia.  Wi t h   m o re   th a n   n in e   y e a rs  o f  tea c h in g   a n d   re se a rc h   e x p e rien c e ,   h is  a c a d e m ic  a n d   re se a rc h   in tere sts  sp a n   b io m e d ica l  e n g i n e e rin g   a n d   e lec tro n ics ,   wit h   a   f o c u s  o n   t h e   I n tern e t  o f  Th i n g s   (Io T) ,   so f t   c o m p u ti n g   a n d   m a c h in e   lea rn i n g   a p p li c a ti o n s,  ima g e   p r o c e ss in g ,   a n d   sp e e c h   p r o c e ss in g .   He   h a s p u b li sh e d   m o re   th a n   3 0   re se a rc h   a rti c les   in   re p u te d   in ter n a ti o n a l  jo u r n a ls.  In   a d d it i o n ,   h e   is   th e   a u th o r  o f  a   b o o k   a n d   h o l d s  n in e   in tellec t u a l  p r o p e rt y   ri g h ts  (I P Rs),  in c l u d i n g   p a ten ts  a n d   c o p y ri g h ts.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  sk b a n c h h o r@r p r. a m it y . e d u .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.