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Enregistrement W2775520665 · doi:10.1002/mp.12731

Feasibility of predicting tumor motion using online data acquired during treatment and a generalized neural network optimized with offline patient tumor trajectories

2017· article· en· W2775520665 sur OpenAlexafffund
P. T. Teo, Syed Bilal Ahmed, Philip Kawalec, Nadia Alayoubi, Neil D. B. Bruce, E. Lyn, Stephen Pistorius

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2017
Typearticle
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueAdvanced Radiotherapy Techniques
Établissements canadiensWorkplace Safety & Insurance BoardUniversity of ManitobaCancerCare Manitoba
Organismes subventionnairesLuonnontieteiden ja Tekniikan Tutkimuksen ToimikuntaNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaMitacsCancerCare Manitoba FoundationManitoba Health Research Council
Mots-clésComputer scienceArtificial neural networkSliding window protocolArtificial intelligenceBackpropagationTrajectoryMedical imagingPerceptronPattern recognition (psychology)Window (computing)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

PURPOSE: The accurate prediction of intrafraction lung tumor motion is required to compensate for system latency in image-guided adaptive radiotherapy systems. The goal of this study was to identify an optimal prediction model that has a short learning period so that prediction and adaptation can commence soon after treatment begins, and requires minimal reoptimization for individual patients. Specifically, the feasibility of predicting tumor position using a combination of a generalized (i.e., averaged) neural network, optimized using historical patient data (i.e., tumor trajectories) obtained offline, coupled with the use of real-time online tumor positions (obtained during treatment delivery) was examined. METHODS: A 3-layer perceptron neural network was implemented to predict tumor motion for a prediction horizon of 650 ms. A backpropagation algorithm and batch gradient descent approach were used to train the model. Twenty-seven 1-min lung tumor motion samples (selected from a CyberKnife patient dataset) were sampled at a rate of 7.5 Hz (0.133 s) to emulate the frame rate of an electronic portal imaging device (EPID). A sliding temporal window was used to sample the data for learning. The sliding window length was set to be equivalent to the first breathing cycle detected from each trajectory. Performing a parametric sweep, an averaged error surface of mean square errors (MSE) was obtained from the prediction responses of seven trajectories used for the training of the model (Group 1). An optimal input data size and number of hidden neurons were selected to represent the generalized model. To evaluate the prediction performance of the generalized model on unseen data, twenty tumor traces (Group 2) that were not involved in the training of the model were used for the leave-one-out cross-validation purposes. RESULTS: An input data size of 35 samples (4.6 s) and 20 hidden neurons were selected for the generalized neural network. An average sliding window length of 28 data samples was used. The average initial learning period prior to the availability of the first predicted tumor position was 8.53 ± 1.03 s. Average mean absolute error (MAE) of 0.59 ± 0.13 mm and 0.56 ± 0.18 mm were obtained from Groups 1 and 2, respectively, giving an overall MAE of 0.57 ± 0.17 mm. Average root-mean-square-error (RMSE) of 0.67 ± 0.36 for all the traces (0.76 ± 0.34 mm, Group 1 and 0.63 ± 0.36 mm, Group 2), is comparable to previously published results. Prediction errors are mainly due to the irregular periodicities between cycles. Since the errors from Groups 1 and 2 are within the same range, it demonstrates that this model can generalize and predict on unseen data. CONCLUSIONS: This is a first attempt to use an averaged MSE error surface (obtained from the prediction of different patients' tumor trajectories) to determine the parameters of a generalized neural network. This network could be deployed as a plug-and-play predictor for tumor trajectory during treatment delivery, eliminating the need for optimizing individual networks with pretreatment patient data.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,862
Score d'incertitude au seuil0,691

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,047
Tête enseignante GPT0,326
Écart entre enseignants0,279 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations48
Publié2017
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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