面向组织病理学的全国性联邦学习:防火墙后的安全部署

Nationwide federated learning for histopathology: secure deployment across Germany behind firewalls

作者信息Niklas Babendererde, Nick Lemke, Jonathan Stieber, Moritz Fuchs, Zhilong Weng, Marie-Lisa Eich, Thomas Lingscheidt, Fabian Mairinger, Reinhard Büttner, Yuri Tolkach, Anirban Mukhopadhyay
PMID42509385
发布时间2026-07-28
DOI10.1038/s41746-026-02958-y

摘要

联邦学习(FL)使得机构间无需共享敏感数据即可进行协作训练,为医学成像中的隐私保护AI提供了解决方案。然而,由于严格的数据保护法规、异构的基础设施以及防火墙后有限的网络可访问性,其在医院的部署仍然具有挑战性。我们介绍了TheODen,一个用于组织病理学全切片成像(WSI)联邦学习的开源框架。它无需开放客户端端口,通过安全的反向代理架构即可实现防火墙后的训练。据我们所知,我们进行了首个全国性联邦学习研究,在德国三家大学医院间,使用乳腺癌和结直肠癌数据集(未开放防火墙端口)进行结直肠癌组织病理学分割。尽管存在数据异构性和网络限制,TheODen实现了稳健的分割,在BCSS和SemiCOL数据集上的全局平均Dice分数分别为0.764和0.754。这些发现凸显了TheODen在促进医疗机构间安全、大规模协作以及在实际基础设施限制下加速AI模型临床转化方面的潜力,为未来的协作提供了一个隐私保护设计架构。

实验方法

产品清单

名称品牌货号
GPU NVIDIA GeForce RTX 4090NVIDIAGeForce RTX 4090
CPU Intel Core i7-13700KInteli7-13700K
CPU AMD Ryzen 9 5950XAMDRyzen 9 5950X
RAM 64 GB DDR4 RAM--64 GB DDR4
RAM 32 GB RAM--32 GB
RAM 128 GB DDR4 RAM--128 GB DDR4
存储 2 TB Kingston Fury Renegade 2280 NVMe SSDKingstonFury Renegade 2280
存储 100 GB SSD--100 GB
存储 2 TB Samsung 870 QVO SSDSamsung870 QVO
操作系统 Ubuntu 22.04 LTS--Ubuntu 22.04 LTS