Medical image segmentation under federated learning (FL) is a promising direction by allowing multiple clinical sites to collaboratively learn a global model without centralizing datasets. However, using a single model to adapt to various data distributions from different sites is extremely challenging. Personalized FL tackles this issue by only utilizing partial model parameters shared from global server, while keeping the rest to adapt to its own data distribution in the local training of each site. However, most existing methods concentrate on the partial parameter splitting, while do not consider the \textit{inter-site in-consistencies} during the local training, which in fact can facilitate the knowledge communication over sites to benefit the model learning for improving the local accuracy. In this paper, we propose a personalized federated framework with \textbf{L}ocal \textbf{C}alibration (LC-Fed), to leverage the inter-site in-consistencies in both \textit{feature- and prediction- levels} to boost the segmentation. Concretely, as each local site has its alternative attention on the various features, we first design the contrastive site embedding coupled with channel selection operation to calibrate the encoded features. Moreover, we propose to exploit the knowledge of prediction-level in-consistency to guide the personalized modeling on the ambiguous regions, e.g., anatomical boundaries. It is achieved by computing a disagreement-aware map to calibrate the prediction. Effectiveness of our method has been verified on three medical image segmentation tasks with different modalities, where our method consistently shows superior performance to the state-of-the-art personalized FL methods. Code is available at https://github.com/jcwang123/FedLC.


翻译:在联合学习(FL)下,医学图像分割是一个很有希望的方向,它允许多个临床场所在不集中数据集的情况下合作学习全球模型。然而,使用单一模型来适应不同网站的不同数据分布是极具挑战性的。个性化FL只使用全球服务器共享的部分模型参数来解决这个问题,而让其余部分在对每个网站的当地培训中适应其自身的数据分布。然而,大多数现有方法集中在部分参数分割上,而在当地培训中不考虑多种临床场所在不集中化的情况下合作学习全球模型。事实上,这种培训可以促进各网站之间的知识交流,从而有利于模型学习来提高当地准确性。在本文件中,我们建议一个个性化的FLLFFFF框架, 仅使用从部分模型中共享的模型参数来适应其自己的数据分布,同时保持其余部分在部分参数(textitalitit{formormal)和预测水平(Servical-al)中, 具体地说,我们每个网站在各种功能上都有替代的关注点上的网络,我们设计了高端端路段的计算方法,我们用对比的系统选择了个人分析方法来进行对比选择。

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