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

Journal of Imaging, 2026

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3390/jimaging12050205
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

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.