醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量仿真

張 根，唐 忠，李韶陽(yáng)，佘富嬌*

(1.廣西醫(yī)科大學(xué)信息與管理學(xué)院，廣西 南寧 530021；2.廣西醫(yī)科大學(xué)人文與社會(huì)科學(xué)學(xué)院，廣西 南寧 530021；3.浙江大學(xué)工程師學(xué)院，浙江 杭州 310000)

1 引言

醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)是表示和人體健康有關(guān)的數(shù)據(jù)[1]。目前信息化不斷發(fā)展，全國(guó)大型醫(yī)院已經(jīng)開始對(duì)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)管理。近幾年，醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速度快，數(shù)據(jù)信息量較大[2-4]。醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)對(duì)科學(xué)研發(fā)起到積極的推動(dòng)作用，但因利益鏈的關(guān)系，一些不法人員將醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露出去，以牟取高額的利潤(rùn)[5]。另外，醫(yī)療數(shù)據(jù)在管理過程中，由于數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、應(yīng)用、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)方法眾多，導(dǎo)致醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)發(fā)生泄露的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重侵犯患者的合法權(quán)益，因此對(duì)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)的研究意義重大。

醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)的研究需分析醫(yī)療隱私泄露行為與風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量。醫(yī)療隱私泄露行為是個(gè)體通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息。風(fēng)險(xiǎn)容忍度屬于個(gè)人特征，與人口統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)因素有關(guān)。風(fēng)險(xiǎn)容忍度已廣泛應(yīng)用于食品安全、金融等領(lǐng)域，因此將風(fēng)險(xiǎn)容忍度應(yīng)用在醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露的計(jì)量方面。

但以往醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度研究中，通常使用條件價(jià)值法，利用問卷調(diào)查方法，調(diào)查結(jié)果會(huì)有假設(shè)性偏差，導(dǎo)致用戶心理真實(shí)值與實(shí)際差距很大[6-7]。本文對(duì)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露行為分析，通過BDM機(jī)制，分析在不同情境下的價(jià)值認(rèn)知，減少假設(shè)性偏差，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量。

2 醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量

2.1 醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露行為分析及計(jì)算規(guī)則

為了對(duì)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量，需分析醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露行為。根據(jù)分解結(jié)果將全部醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露行為實(shí)施分類并構(gòu)建PNN醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露行為模型，具體包括γc表示應(yīng)用模塊、γt表示傳輸模塊、γa表示采集模塊、γb表示存儲(chǔ)模塊。醫(yī)療大數(shù)據(jù)生命周期的流程，如圖1所示。

圖1 醫(yī)療大數(shù)據(jù)生命周期的流程

PNN模型的一個(gè)完整全局隱私泄露路徑形式，用式(1)描述

H1=(γa∪γb∪γc)∩γt

(1)

醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露行為計(jì)算規(guī)則如下：

嚴(yán)重性計(jì)算規(guī)則，通過將權(quán)重導(dǎo)入各個(gè)子路徑里，求解醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露行為路徑嚴(yán)重性。子路徑歸屬模塊有關(guān)聯(lián)的泄露行為用wφi1≤i≤m描述，此行為會(huì)導(dǎo)致后續(xù)影響的嚴(yán)重程度[8]。為了求解各個(gè)行為路徑獨(dú)立的嚴(yán)重性指標(biāo)，需設(shè)置一個(gè)行為路徑用φpath1描述，且φpath1=inst1·proc=p1t1p2…pn-1tn-1pn，該路徑經(jīng)過m個(gè)PNN模塊，則求解該路徑嚴(yán)重性的過程，用式(2)描述

(2)

其中：權(quán)重用w描述。

隱私泄露路徑計(jì)算規(guī)則，通過路徑移動(dòng)的實(shí)例屬性值求解隱私泄露路徑。設(shè)置一個(gè)隱私泄露路徑且path1=p1t1p2…pn-1tn-1pn，該路徑判決位置、原位置有n-1變遷。若inst1表示一個(gè)隱私實(shí)例在該隱私泄露路徑上實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，則隱私泄露路徑的求解過程，用式(3)描述

PLpath1=(inst1·Ctg，ins1·Cont，inst1·Proc，inst1·Dest)

(3)

全局隱私泄露計(jì)算規(guī)則，秘密數(shù)據(jù)傳輸模塊內(nèi)的一個(gè)泄露路徑與未授權(quán)數(shù)據(jù)訪問模塊內(nèi)的一個(gè)泄露路徑組成全局PPN[9]。求解全局隱私泄露，用式(4)描述：

PLglobal=(PLda1∨PLda2∨…∨PLdaN)

∧(PLct1∨PLct2∨…∨PLctM)

(4)

其中：各個(gè)屬性值的元素合并，元素內(nèi)個(gè)屬性的聯(lián)合用符號(hào)“∨”描述，其中一樣的內(nèi)容記載次數(shù)，但內(nèi)容僅能保留一回[10]。

可能性計(jì)算規(guī)則，路徑集用BPS描述，設(shè)置其中的一條路徑用path1描述，包含n1+1個(gè)位置、n1個(gè)變遷，變遷的權(quán)重用wti描述，其中1≤i≤ni，則給路徑泄露的可能性用式(5)描述

(5)

其中：變遷的ti權(quán)重為wti∈(0，1)，1≤i≤n-1，若BPS有N條行為路徑，該行為路徑集的隱私泄露可能性通過全部路徑的平均可能性得出，用式(6)描述

(6)

2.2 泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量

2.2.1 計(jì)量方案

在醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露行為分析及計(jì)算規(guī)則的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析醫(yī)療數(shù)據(jù)隱私泄露容忍度的計(jì)量維度，如圖2所示。

圖2 醫(yī)療數(shù)據(jù)隱私泄露容忍度的計(jì)量維度

根據(jù)圖2中可知，醫(yī)療數(shù)據(jù)隱私泄露容忍度的計(jì)量維度包括數(shù)據(jù)類型敏感度、使用目的敏感性、以及泄露途徑敏感性。其中，數(shù)據(jù)類型敏感度包括精神類疾病、惡性腫瘤類疾病和傳染類疾病(除艾滋病)，使用目的敏感性包括科學(xué)研究和商業(yè)用途，泄露途徑敏感性包括非法途徑等。設(shè)計(jì)3*2=6個(gè)計(jì)量方案，具體如表1所示。

表1 計(jì)量方案

計(jì)量流程如圖3所示。

圖3 醫(yī)療數(shù)據(jù)隱私泄露容忍度的計(jì)量流程

Step 1：對(duì)患者的醫(yī)療數(shù)據(jù)實(shí)施采集，主要是獲取患者的電子病例；

Step 2：將醫(yī)療數(shù)據(jù)的使用者情況通知患者，科研使用者一般是醫(yī)藥科學(xué)研究院、商用使用者一般是保險(xiǎn)公司，無(wú)論是科研還是商用都與患者簽協(xié)議并支付醫(yī)療數(shù)據(jù)價(jià)款；

Step 3：計(jì)量流程是在改進(jìn)BDM機(jī)制下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。為全面實(shí)施數(shù)據(jù)分析作準(zhǔn)備，計(jì)量過程中需要患者填寫B(tài)DM價(jià)格表?；颊連DM價(jià)格表包括20種醫(yī)療數(shù)據(jù)價(jià)格及價(jià)格區(qū)間、患者決策各種醫(yī)療數(shù)據(jù)的價(jià)格、價(jià)格步長(zhǎng)是5元[11]?；颊叩淖畹统鍪蹆r(jià)格是受嘗意愿(Willing to Accept，WTA)，患者可選擇拒絕出售其醫(yī)療數(shù)據(jù)的原因。將患者無(wú)條件出售其醫(yī)療數(shù)據(jù)用WTA=0描述，患者拒絕出售其醫(yī)療數(shù)據(jù)的患者用WTA=105描述。再預(yù)備K張價(jià)格卡片且卡片的價(jià)格、數(shù)量與BDM價(jià)格表一樣?；颊唠S機(jī)抽一張與患者BDM價(jià)格表內(nèi)該種價(jià)格的決策實(shí)施對(duì)比。使用者無(wú)法獲得醫(yī)療數(shù)據(jù)是當(dāng)患者保留其醫(yī)療數(shù)據(jù)，同時(shí)決策顯示為“否”時(shí)，則患者無(wú)報(bào)酬；使用者獲得醫(yī)療數(shù)據(jù)是當(dāng)決策顯示“是”時(shí)，向患者支付該價(jià)格的報(bào)酬。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理

通過分析患者的隱私容忍行為，使用改造BDM機(jī)制，實(shí)現(xiàn)隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度和患者對(duì)其醫(yī)療數(shù)據(jù)的價(jià)值認(rèn)知的轉(zhuǎn)換。隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)算，用式(7)描述

(7)

其中：隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度用PLT描述，最低出售價(jià)格用WTA描述。

按照式(7)可知，當(dāng)PLT=1時(shí)，表示完全能容忍；當(dāng)PLT=0時(shí)，表示完全不能容忍。

使用表格的形式呈現(xiàn)各個(gè)實(shí)驗(yàn)方案內(nèi)無(wú)條件出售的患者比例、患者的隱私泄露容忍度平均值、拒絕出售的患者比例的計(jì)量結(jié)果[12]。

通過數(shù)據(jù)分析各類醫(yī)療數(shù)據(jù)的2種實(shí)驗(yàn)方案中患者隱私泄露容忍度影響因素包括人口統(tǒng)計(jì)學(xué)變量、隱私泄露容忍度差異的顯著性、2種實(shí)驗(yàn)方案中拒絕出售的患者比例。數(shù)據(jù)分析方法如下：

Step 1：通過獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)類型變量；

Step 2：“使用目的”的變量分析是通過配對(duì)卡方檢驗(yàn)拒接出售比例，經(jīng)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)患者對(duì)不同使用目的的隱私泄露容忍度差異。

Step 3：通過多元線性回歸分析人口統(tǒng)計(jì)學(xué)因素。通過上述步驟，由此實(shí)現(xiàn)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量。

3 仿真結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量的有效性，在MATLAB軟件的環(huán)境下進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)員為10人，隨機(jī)選取某醫(yī)院有關(guān)科室住院的255名患者參與實(shí)驗(yàn)。

依據(jù)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露的行為計(jì)算規(guī)則，因傳輸模塊僅負(fù)責(zé)信息傳輸，故不考慮此模塊，計(jì)算醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)行為泄露的可能性、嚴(yán)重性結(jié)果如圖4所示。

圖4 醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露的行為風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果

在PNN全局模型下，其隱私泄露行為的計(jì)算需全面考慮四大模塊的嚴(yán)重性、可能性，結(jié)果如圖5描述。

圖5 醫(yī)療大數(shù)據(jù)全局隱私泄露行為風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果

通過圖4、圖5可知，采集模塊醫(yī)療大數(shù)據(jù)隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率低，醫(yī)療大數(shù)據(jù)隱私泄露發(fā)生的重災(zāi)區(qū)為應(yīng)用模塊和存儲(chǔ)模塊。通過這兩個(gè)模塊，60%以上的醫(yī)療大數(shù)據(jù)隱私風(fēng)險(xiǎn)泄露均是由此發(fā)出，但應(yīng)用模塊醫(yī)療大數(shù)據(jù)隱私泄露導(dǎo)致的后果嚴(yán)重性最高。

數(shù)據(jù)調(diào)查實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)調(diào)查實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，患者在使用目的方面?zhèn)戎赜诳蒲?，拒絕出售比例明顯低于商用；依據(jù)患者拒絕出售比例，醫(yī)療數(shù)據(jù)類型的排序?yàn)閭魅绢惣膊?艾滋病除外)大于惡性腫瘤類疾病、精神類疾病。

使用目的分析：患者在同一類型的醫(yī)療數(shù)據(jù)下，對(duì)不同使用目的容忍度計(jì)量差異的顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3 不同使用目的的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

由表3中配對(duì)樣本t檢驗(yàn)結(jié)果表明，患者隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量商用使用目的明顯低于科研使用目的；配對(duì)卡方檢驗(yàn)結(jié)果表明，在各類醫(yī)療數(shù)據(jù)類型，患者拒絕出售比例明顯低于商用。經(jīng)分析可知，使用目的的拒絕出售比例與醫(yī)療數(shù)據(jù)的隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量成反相關(guān)。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

表4 描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

人口統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中學(xué)歷、性別、年齡都是自變量，因?yàn)獒t(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量受人口統(tǒng)計(jì)學(xué)的影響，隨機(jī)選取傳染類(艾滋病除外)的方案6，通過多元線性回歸分析，得出結(jié)果如表5所示。

表5 多元線性回歸結(jié)果

通過表5中數(shù)據(jù)分析可知，患者醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量與年齡變量成不顯著相關(guān)；患者醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量與學(xué)歷變量成顯著負(fù)相關(guān)，或許因?yàn)榛颊叩膶W(xué)歷越高，注意保護(hù)個(gè)人隱私，對(duì)其醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量越低；患者醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量與性別變量成正比，男性患者的醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量明顯高于女性患者，因在醫(yī)療數(shù)據(jù)隱私敏感度方面女性患者大于男性患者。

4 結(jié)論

為了對(duì)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量，加強(qiáng)醫(yī)療數(shù)據(jù)的保護(hù)，本文通過在分析醫(yī)療大數(shù)據(jù)隱私泄露行為的基礎(chǔ)上，通過使用改造BDM機(jī)制，實(shí)現(xiàn)隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度和患者對(duì)其醫(yī)療數(shù)據(jù)的價(jià)值認(rèn)知的轉(zhuǎn)換后，對(duì)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量實(shí)施實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)醫(yī)療大數(shù)據(jù)在四個(gè)模塊中的隱私泄露程度、使用目的、人口統(tǒng)計(jì)學(xué)方面實(shí)施數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在儲(chǔ)存、應(yīng)用模塊的醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)度高，其中，應(yīng)用模塊醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的后果嚴(yán)重性最高；患者在使用目的方面?zhèn)戎赜诳蒲校芙^出售比例明顯低于商用，科研目的隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度高；患者醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度與年齡變量成不顯著相關(guān)；患者醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度與學(xué)歷變量成顯著負(fù)相關(guān)，患者醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度與性別變量成正比。因多種因素的影響，患者對(duì)醫(yī)療數(shù)據(jù)的隱私泄露容忍度總體偏低。因此，本文研究醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)容忍度計(jì)量，可引起對(duì)醫(yī)療隱私大數(shù)據(jù)重視，適當(dāng)?shù)夭扇〈胧嵘t(yī)療隱私大數(shù)據(jù)的安全性。