近日，香港中文大学（深圳）理工学院李镇教授团队在Nature Communications发表以“Achieving flexible fairness metrics in federated medical imaging”为题的文章。

论文简介

近年来，人工智能在医疗影像领域的迅速普及引发了人们对不同群体的公平性及隐私保护问题的广泛关注，尤其是在疾病诊断和治疗决策过程中的隐私问题。尽管联邦学习在医疗领域的应用因其去中心化的隐私保护特性得到广泛认可，但目前大多数联邦学习框架仍主要关注机构间的协作公平（collaboration fairness），而忽视了群体公平（group fairness），这可能加剧医疗健康领域的不平等现象。

为解决公平性和隐私保护问题，香港中文大学（深圳）理工学院李镇教授课题组提出了一个全新的联邦学习框架FlexFair。FlexFair通过引入灵活的正则化损失项，使模型能够同时适用于多种公平性衡量标准，包括EA (Equal Accuracy)、DP (Demographic Parity) 和EO (Equal Opportunity)。

为更全面地分析基于真实数据的公平性差异，团队收集了来自四家医院共678位患者的宫颈癌磁共振影像，形成了一个多中心的宫颈癌影像数据集，该数据集的多样性显著提高了对于模型泛化性的评估能力。结合其他广泛应用的影像数据集，团队在息肉分割、眼底血管分割、宫颈癌分割和皮肤病诊断四个临床应用场景上综合评估了FlexFair的表现，实验表明FlexFair在公平性和准确性方面均优于当前最先进的方法。

图1 (a) 对集中式学习、传统联邦学习以及本文FlexFair方法的对比。FlexFair通过引入灵活的正则项，有效减少了不同群体之间的预测差异，同时确保数据隐私。(b) FlexFair纳入了年龄、性别和数据来源等多种敏感属性，以多样化的公平性指标为评估标准，在联邦学习过程中实现对公平性的有效约束。

FlexFair所提出的灵活公平性机制具有普遍适用性，能够在需要隐私保护的医疗影像场景中实现隐私保护与公平性的兼顾，推动了AI医疗技术向更加公正和个性化的方向迈进。

该论文于2025年3月26日被Nature Communications (《自然-通讯》) 接收，并于4月8日发表。Nature Communications是多学科类开放获取期刊中的翘楚，致力于生物、物理、化学和地球科学等各领域的高质量研究。其发表的论文对各领域的专家来说都意味着相关学科的重大突破（引自自然期刊主页）。论文共同第一作者为香港中文大学（深圳）计算机与信息工程专业硕士毕业生邢惠钧（现帝国理工学院博士生）、计算机与信息工程专业在读博士生孙睿、研究助理教授任金科、计算机与信息工程专业博士生毕业生魏军（现深圳大学助理教授），通讯作者为中山大学孙逸仙纪念医院段小慧教授，北京师范大学谢传龙教授，以及港中大（深圳）理工学院李镇教授（Last and Corresponding Author），指导老师为港中大（深圳）理工学院崔曙光教授和李镇教授。

作者简介

邢惠钧，本科毕业于北京航空航天大学软件工程专业，硕士毕业于香港中文大学（深圳）计算机与信息工程专业，目前在英国帝国理工学院攻读电子电气工程博士学位。他的研究兴趣包括计算机视觉、张量和人工智能的可解释性。

孙睿，香港中文大学（深圳）理工学院计算机与信息工程专业在读博士生，主要研究方向包括AI在医疗场景的应用、模型公平性和泛化性研究。

崔曙光教授，加拿大皇家科学院、加拿大工程院双院院士，全球高被引学者，IEEE Fellow，深圳市杰出人才培养计划首批入选人，深圳市决策咨询委员会成员。崔教授于2005年在美国斯坦福大学获得博士学位，先后在UC Davis等多所美国大学任教至讲座教授。2018年加入香港中文大学（深圳），先后担任理工学院执行院长、校长学勤讲座教授、深圳市未来智联网络研究院院长、港中深-京东集团人工智能联合实验室主任，广东省未来智联网络重点实验室主任。崔教授当前的科研成果主要集中在通信网络与AI技术的深度融合。他已在国际一流期刊和会议上发表了近400篇论文，曾担任多个IEEE国际会议的主席和程序委员会主席，IEEE旗舰期刊的指导委员会成员、主席，IEEE无线技术委员会的主席。他在2012年获得IEEE信号处理协会最佳论文奖，2013年当选IEEE Fellow，2014年入选IEEE通信协会杰出讲师、汤森路透全球高被引科学家名单、ScienceWatch全球最具影响力科学家名单。崔教授在2020至2022年还获得IEEE ICC最佳论文奖，IEEE ICIP最佳论文列表，IEEE GLOBECOM最佳论文奖，中国ICT创新应用奖，IEEE WCNC最佳论文奖，CCF Chinagraph首个图形开源数据集奖，中国电子学会自然科学一等奖，中国通信学会技术发明一等奖。在2023年，崔教授获得IEEE马可尼最佳论文奖，IEEE WTC无线技术成就奖，并当选新一届IEEE Transactions on Mobile Computing (CCF-A核心期刊) 主编，是中国大陆工作的学者首次担任。在2024年，崔教授获2023年度国家自然科学二等奖，2024年度通信学会科技奖一等奖。

李镇博士，现任香港中文大学（深圳）校长青年学者，理工学院助理教授，深圳市未来智联网络研究院助理院长。李镇博士获得香港大学计算机科学博士学位（2014-2018年），他还于2018年在芝加哥大学担任访问学者。李镇博士获2023年吴文俊人工智能优秀青年，2021年中国科协第七届青年托举人才，2023 CVPR HOI4D竞赛第一名，2022年SemanticKITTI语义分割竞赛第一名，2023年IROS最佳论文Finalist，ICCV 2021 Urban3D竞赛第二名，CASP12接触图预测全球冠军等。李镇博士还获得了来自于国家、省市级以及工业界的科研项目。李镇博士领导的港中大（深圳）Deep Bit Lab (https://mypage.cuhk.edu.cn/academics/lizhen/)，主要研究方向是3D视觉解析及应用（包括但不限于点云解析，多模态联合解析），深度学习等基础理论算法研究，并致力于将2D/3D人工智能算法推广应用于交叉学科、自动驾驶、工业视觉等场景中，在该方向著名国际期刊和会议发表论文80余篇，包括顶级期刊Cell Systems、Nature Communications、T-PAMI、IJCV、TMI、TVCG、TNNLS等，以及顶级会议CVPR、ICCV、ECCV、NeurIPS、ICLR、IROS、ACM MM、AAAI、IJCAI、MICCAI等。李镇博士担任IEEE Transactions on Mobile Computing、IROS副编委、ICLR2024 AC等期刊、会议的审稿人，李镇博士还是广东院士联合会脑科学与类脑智能专委委员，VALSE、MICS、CSIG-MV、3DV专委会等学术组织的委员。

供稿 | 李镇教授团队