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靜脈血管智能識別技術是實現(xiàn)靜脈穿刺精準化與智能化的重要技術手段，在臨床醫(yī)療、智能診療裝備等領域具有重要應用價值。然而，實際場景中的靜脈血管受組織遮擋、個體差異等因素影響，傳統(tǒng)醫(yī)學影像分割方法很難實現(xiàn)精準分割。針對靜脈穿刺智能化面臨的血管可視化與識別難題，科研團隊創(chuàng)新性地提出了一種基于半監(jiān)督聯(lián)邦學習的特征差異優(yōu)化分割框架——FedCD（Federated Client-Distilled model），相關研究成果發(fā)表在醫(yī)學圖像處理領域的國際頂級期刊《IEEE Transactions on Medical Imaging（IEEE TMI）》上。論文的第一作者為北京理工大學沈?qū)幉┦垦芯可?，通訊作者為許廷發(fā)教授和李佳男副研究員。

針對靜脈血管數(shù)據(jù)分布異構(gòu)性挑戰(zhàn)，科研團隊通過構(gòu)建多模態(tài)客戶端蒸餾體系，實現(xiàn)了對完全標注、部分標注和完全未標注三種數(shù)據(jù)分布模式的協(xié)同優(yōu)化，體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1. FedCD模型體系結(jié)構(gòu)圖

該方法將半監(jiān)督聯(lián)邦學習擴展到實際醫(yī)療數(shù)據(jù)場景，通過多模態(tài)蒸餾解決非獨立同分布（non-IID）問題；構(gòu)建了動態(tài)權(quán)重調(diào)整策略，在保護數(shù)據(jù)隱私的前提下實現(xiàn)跨機構(gòu)特征協(xié)同；設計了模型約束機制，提升了全局模型在復雜血管形態(tài)下的分割魯棒性。圖2展示了在皮下靜脈血管數(shù)據(jù)集上的智能識別結(jié)果，直觀呈現(xiàn)了算法在保持血管結(jié)構(gòu)連續(xù)性和邊緣精確性方面的優(yōu)勢。

圖2. 智能識別結(jié)果圖

為進一步評估模型在醫(yī)學圖像分割領域的適應性，在皮膚病變數(shù)據(jù)集ISIC2018上進行了跨域驗證，都展現(xiàn)出優(yōu)于現(xiàn)有主流醫(yī)學影像分割模型的性能，如圖3所示。

圖3. 智能識別結(jié)果圖

該研究成果有效解決了靜脈穿刺應用中血管特征多樣性和醫(yī)學數(shù)據(jù)標注不足的關鍵難題，成功克服了跨機構(gòu)醫(yī)療數(shù)據(jù)分布異構(gòu)性帶來的模型偏差問題，為靜脈血管智能分割提供了可靠的理論框架和技術支撐。

論文詳情：Ning Shen, Tingfa Xu, Shiqi Huang, Zhenxiang Chen, and Jianan Li. "Dynamic Client Distillation for Semi-supervised Federated Learning in A Realistic Scenario [J]" IEEE Transactions on Medical Imaging, Early Access.

論文鏈接：https://doi.org/10.1109/TMI.2025.3570054

附作者簡介：

第一作者：沈?qū)帲?020級北京理工大學博士研究生。主要從事光學成像和智能醫(yī)學視覺處理等方面的研究，現(xiàn)已在國際頂刊IEEE TMI，IEEE TGRS，IEEE JBHI等發(fā)表論文8篇。

通訊作者：

李佳男，博士，北京理工大學長聘副教授/博導。主要從事光電成像目標探測與識別等方面的研究，主持國家自然科學基金等項目5項。以第一/共一作者發(fā)表IEEE TPAMI 4篇，IEEE TNNLS、CVPR等論文11篇，ESI高被引論文1篇；以通訊作者發(fā)表論文40余篇；谷歌學術總引4000余次。入選中國科協(xié)及北京市科協(xié)“青年人才托舉工程”項目，獲得中國圖象圖形學學會優(yōu)秀博士學位論文，王大珩光學獎等榮譽。指導學生獲得ICCV 2021“反無人機跟蹤”挑戰(zhàn)賽國際冠軍及最佳論文獎、第四屆“空天杯”創(chuàng)新創(chuàng)意大賽二等獎、中國高等教育博覽會“校企合作 雙百計劃”典型案例等。研究成果在國家重大科技基礎設施中得到重要應用。

許廷發(fā)，博士，北京理工大學重慶創(chuàng)新中心副主任，光電成像技術與系統(tǒng)教育部重點實驗室主任，國家一級重點學科“光學工程”學科責任教授/博導。近年來帶領其科研團隊圍繞光電成像探測與識別、計算成像和人工智能等領域不斷深化研究。主持承擔國家自然科學基金委重大科研儀器研制項目等50多項。在國際、國內(nèi)等系列期刊發(fā)表學術論文200余篇，其中被SCI/EI收錄100余篇。以第一發(fā)明人申請國家發(fā)明專利87項，已授權(quán)和公示35項。獲省部級科技進步二等獎等獎項3項。指導研究生獲得中國圖象圖形學學會優(yōu)秀博士學位論文，二人次獲得王大珩高校學生光學獎，三人次獲得全國光學與光學工程博士生學術聯(lián)賽全國百強，獲得中國圖象圖形學會優(yōu)秀博士論文指導教師、中國高等教育博覽會“校企合作 雙百計劃”典型案例和重慶英才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范團隊等榮譽稱號。