U-shaped networks are widely used in various medical image tasks, such as segmentation, restoration and reconstruction, but most of them usually rely on centralized learning and thus ignore privacy issues. To address the privacy concerns, federated learning (FL) and split learning (SL) have attracted increasing attention. However, it is hard for both FL and SL to balance the local computational cost, model privacy and parallel training simultaneously. To achieve this goal, in this paper, we propose Robust Split Federated Learning (RoS-FL) for U-shaped medical image networks, which is a novel hybrid learning paradigm of FL and SL. Previous works cannot preserve the data privacy, including the input, model parameters, label and output simultaneously. To effectively deal with all of them, we design a novel splitting method for U-shaped medical image networks, which splits the network into three parts hosted by different parties. Besides, the distributed learning methods usually suffer from a drift between local and global models caused by data heterogeneity. Based on this consideration, we propose a dynamic weight correction strategy (\textbf{DWCS}) to stabilize the training process and avoid model drift. Specifically, a weight correction loss is designed to quantify the drift between the models from two adjacent communication rounds. By minimizing this loss, a correction model is obtained. Then we treat the weighted sum of correction model and final round models as the result. The effectiveness of the proposed RoS-FL is supported by extensive experimental results on different tasks. Related codes will be released at https://github.com/Zi-YuanYang/RoS-FL.


翻译:U形网络被广泛用于各种医疗图像任务,如分割、恢复和重建等,但大多数U形网络通常依赖集中学习,从而忽视隐私问题。为了解决隐私问题,联邦学习(FL)和分裂学习(SL)引起了越来越多的关注。然而,FL和SL很难同时平衡当地计算成本、模型隐私和平行培训。为了实现这一目标,我们在本文件中提议U型医学图像网络使用Robust Slipp Slipp Freed Learning(RoS-FLL),这是FL和SL的新颖混合学习模式。过去的工作无法保存数据隐私,包括投入、模型参数、标签和产出。为了有效处理所有这些问题,我们为U型医学图像网络设计了新的分裂方法,将网络分成由不同党派主持的三个部分。此外,分散式学习方法通常会因数据异性校正导致当地和全球模型的流动。基于这一考虑,我们提出了动态重量校正战略(\ textf{DWCS), 以往的工作无法保存数据隐私,包括输入、模型、模型参数、标签和产出。为了有效处理ULFMLLS的快速分析过程,我们设计的流流流模型,从而稳定流路流路流路段的模型。我们所设计的模型将最终的校正。

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