Machine learning for proton path tracking in proton computed tomography
Notice bibliographique
Résumé
A Machine Learning approach to the problem of calculating the proton paths inside a scanned object in proton Computed Tomography is presented. The method is developed in order to mitigate the loss in both spatial resolution and quantitative integrity of the reconstructed images caused by multiple Coulomb scattering of protons traversing the matter. Two Machine Learning models were used: a forward neural network (NN) and the XGBoost method. A heuristic approach, based on track averaging was also implemented in order to evaluate the accuracy limits on track calculation, imposed by the statistical nature of the scattering. Synthetic data from anthropomorphic voxelized phantoms, generated by the Monte Carlo (MC) Geant4 code, were utilized to train the models and evaluate their accuracy, in comparison to a widely used analytical method that is based on likelihood maximization and Fermi-Eyges scattering model. Both NN and XGBoost model were found to perform very close or at the accuracy limit, further improving the accuracy of the analytical method (by 12% in the typical case of 200 MeV protons on 20 cm of water object), especially for protons scattered at large angles. Inclusion of the material information along the path in terms of radiation length did not show improvement in accuracy for the phantoms simulated in the study. A NN was also constructed to predict the error in path calculation, thus enabling a criterion to filter out proton events that may have a negative effect on the quality of the reconstructed image. By parametrizing a large set of synthetic data, the Machine Learning models were proved capable to bring-in an indirect and time efficient way-the accuracy of the MC method into the problem of proton tracking.
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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 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».