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2025
Journal Article
Title

Real world federated learning with a knowledge distilled transformer for cardiac CT imaging

Abstract
Federated learning is a renowned technique for utilizing decentralized data while preserving privacy. However, real-world applications often face challenges like partially labeled datasets, where only a few locations have certain expert annotations, leaving large portions of unlabeled data unused. Leveraging these could enhance transformer architectures’ ability in regimes with small and diversely annotated sets. We conduct the largest federated cardiac CT analysis to date (n = 8, 104) in a real-world setting across eight hospitals. Our two-step semi-supervised strategy distills knowledge from task-specific CNNs into a transformer. First, CNNs predict on unlabeled data per label type and then the transformer learns from these predictions with label-specific heads. This improves predictive accuracy and enables simultaneous learning of all partial labels across the federation, and outperforms UNet-based models in generalizability on downstream tasks. Code and model weights are made openly available for leveraging future cardiac CT analysis.
Author(s)
Tölle, Malte
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Garthe, Philipp D.
Universitätsklinikum Münster
Scherer, Clemens
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Seliger, Jan Moritz
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Leha, Andreas
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Krüger, Nina
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
Simm, Stefan
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Martin, Simon S.
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Eble, Sebastian
Universitätsklinikum Heidelberg
Kelm, Halvar
Universitätsklinikum Heidelberg
Bednorz, Moritz
Universitätsklinikum Heidelberg
André, Florian
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Bannas, Peter
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Diller, Gerhard Paul
Universitätsklinikum Münster
Frey, Norbert
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Gross, Stefan
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Hennemuth, Anja
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
Kaderali, Lars K.
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Meyer, Alexander
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Nagel, Eike
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Orwat, Stefan
Universitätsklinikum Münster
Seiffert, Moritz
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Friede, Tim
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Seidler, Tim
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Engelhardt, Sandy
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e. V.
Journal
Npj Digital Medicine
Funder
Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung
Open Access
DOI
10.1038/s41746-025-01434-3
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Language
English
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
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