Federated learning (FL) for histopathology image segmentation involving multiple medical sites plays a crucial role in advancing the field of accurate disease diagnosis and treatment. However, it is still a task of great challenges due to the sample imbalance across clients and large data heterogeneity from disparate organs, variable segmentation tasks, and diverse distribution. Thus, we propose a novel FL approach for histopathology nuclei and tissue segmentation, FedSODA, via synthetic-driven cross-assessment operation (SO) and dynamic stratified-layer aggregation (DA). Our SO constructs a cross-assessment strategy to connect clients and mitigate the representation bias under sample imbalance. Our DA utilizes layer-wise interaction and dynamic aggregation to diminish heterogeneity and enhance generalization. The effectiveness of our FedSODA has been evaluated on the most extensive histopathology image segmentation dataset from 7 independent datasets. The code is available at https://github.com/yuanzhang7/FedSODA.


翻译:联邦学习(FL)在涉及多医疗机构的组织病理学图像分割中,对推动疾病精确诊断与治疗领域的发展至关重要。然而,由于各客户端样本不平衡、来自不同器官的庞大数据异质性、多变的组织分割任务及多样化分布,该任务仍面临巨大挑战。为此,我们提出一种新颖的联邦学习方法FedSODA,用于组织病理学细胞核与组织分割,该方法通过合成驱动的交叉评估操作(SO)与动态分层聚合(DA)实现。其中,SO构建了一种跨客户端交叉评估策略,以缓解样本不平衡下的表征偏差;DA通过逐层交互与动态聚合来降低异质性并增强泛化能力。我们在包含7个独立数据集的规模最大的组织病理学图像分割数据集上验证了FedSODA的有效性。代码已开源至https://github.com/yuanzhang7/FedSODA。

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图像分割就是把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标的技术和过程。它是由图像处理到图像分析的关键步骤。 所谓图像分割指的是根据灰度、颜色、纹理和形状等特征把图像划分成若干互不交迭的区域,并使这些特征在同一区域内呈现出相似性,而在不同区域间呈现出明显的差异性。

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