Patient‐specific PTV margins for liver stereotactic body radiation therapy determined using support vector classification with an early warning system for margin adaptation
Notice bibliographique
Résumé
Purpose An adaptive planning target volume (PTV) margin strategy incorporating a volumetric tracking error assessment after each fraction is proposed for robotic stereotactic body radiation therapy (SBRT) liver treatments. Methods and materials A supervised machine learning algorithm employing retrospective data, which emulates a dry‐run session prior to planning, is used to investigate if motion tracking errors are <2 mm, and consequently, planning target volume (PTV) margins can be reduced. A fraction of data collected during the beginning of a treatment course emulates a dry‐run session (mock) before planning. Twenty features are calculated using mock data and used for support vector classification (SVC). A treatment course is labeled as Class 1 if the maximum root‐mean‐square radial tracking error for all remaining fractions is below 2 mm, or Class 2 otherwise. We evaluate the classification using fivefold cross‐validation, leave‐one‐out cross‐validation, 500 repeated random subsampling cross‐validation, and the receiver operating characteristic (ROC) metric. The classification is independently cross‐validated on a cohort of 48 treatment plans for other anatomical sites. A per fraction assessment of volumetric tracking errors is performed for the standard 5 mm PTV margin (PTVstd) for courses predicted as Class 2; or for a margin reduced by 2 mm (PTVstd‐2mm) for those predicted as Class 1. We perturb the gross tumor volume (GTV) by the tracking errors for each x‐ray image acquisition and calculate the fractional GTV voxel occupancy probability (Pi) inside the PTV for each treatment fraction i. For treatment courses classified as Class 1, an early warning system flags treatment courses having any Pi < 0.99, and the subsequent treatments are proposed to be replanned using PTVstd. Results The classification accuracies are 0.84 ± 0.06 using fivefold cross‐validation, and 0.77 when validated using an independent testing set (other anatomical sites). Eighty percent of treatment courses are correctly classified using leave‐one‐out cross‐validation. The sensitivity, precision, specificity, F1 score, and accuracy are 0.81 ± 0.09, 0.85 ± 0.08, 0.80 ± 0.11, 0.83 ± 0.06, and 0.80 ± 0.07, respectively, using 500 repeated random subsampling cross‐validation. The area under the curve for the ROC metric is 0.87 ± 0.05. The four most important features for classification are related to standard deviations of motion tracking errors, the linearity between the target location and external LED marker positions, and marker radial motion amplitudes. Eleven of 64 cases predicted to be of Class 1 have 0.96 < Pi < 0.99 for each treatment fraction, and require replanning using PTVstd. In comparison, the PTVstd always covers the perturbed GTVs with Pi > 0.99 for all patients. Conclusions Support vector classification is proposed for the classification of different motion tracking errors for patient courses based on a mock session before planning for SBRT liver treatments. It is feasible to implement patient‐specific PTV margins in the clinic, assisted with an early warning system to flag treatment courses that require replanning using larger PTV margins in an adaptive treatment strategy.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».