Federated Learning with Differential Privacy for Ultrasound Breast Cancer Classification: An Empirical Study

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/jimaging12050205
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Breast cancer is a critical global health challenge, and deep learning shows transformative potential for medical image classification. However, privacy regulations such as HIPAA and GDPR create barriers to centralized data aggregation across institutions. This paper presents an empirical evaluation of federated learning (FL) for breast cancer classification in ultrasound images, systematically comparing seven deep learning architectures (ResNet-50, VGG16, VGG19, DenseNet-121, MobileNetV2, Vision Transformer, CoAtNet) across three FL algorithms (FedAvg, FedProx, FedOpt) with client-side differential privacy (DP). Using a simulated federation of eight institutions, we evaluate three clinically relevant classification scenarios. Federated models achieve performance comparable to centralized baselines-98.52% accuracy for normal/abnormal screening, 89.53% for three-class classification-with ViT-small and DenseNet-121 exceeding their centralized counterparts in several configurations. Under strong DP constraints (noise multiplier η=2.0, yielding conservative privacy budget estimates of ε<1.0 with δ=10-5), screening accuracy remains above 82%, though diagnostic tasks incur substantial degradation (best 68.42%). Our findings provide empirical guidance on architecture selection, FL algorithm choice, and privacy-utility trade-offs for privacy-preserving breast cancer diagnosis, while identifying key challenges for clinical deployment.