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Enregistrement W4210594465 · doi:10.1002/mp.15522

The challenges facing deep learning–based catheter localization for ultrasound guided high‐dose‐rate prostate brachytherapy

2022· article· en· W4210594465 sur OpenAlexafffund
Derek Liu, Shayantonee Tupor, Jaskaran Singh, Trey Chernoff, Nelson Leong, Evgeny Sadikov, Asim Amjad, Sandra Zilles

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueProstate Cancer Diagnosis and Treatment
Établissements canadiensUniversity of ReginaSaskatchewan Cancer AgencyUniversity of Saskatchewan
Organismes subventionnairesSaskatchewan Cancer AgencyUniversity of Saskatchewan
Mots-clésDeep learningCatheterBrachytherapyComputer scienceIterative reconstructionUltrasoundArtificial intelligenceMedical imagingProstate brachytherapyWorkflow3D ultrasoundMetric (unit)MedicineRadiologyComputer visionMedical physicsRadiation therapyEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Automated catheter localization for ultrasound guided high-dose-rate prostate brachytherapy faces challenges relating to imaging noise and artifacts. To date, catheter reconstruction during the clinical procedure is performed manually. Deep learning has been successfully applied to a wide variety of complex tasks and has the potential to tackle the unique challenges associated with multiple catheter localization on ultrasound. Such a task is well suited for automation, with the potential to improve productivity and reliability. PURPOSE: We developed a deep learning model for automated catheter reconstruction and investigated potential factors influencing model performance. The model was designed to integrate into a clinical workflow, with a proposed reconstruction confidence metric to aid in planner verification. METHODS: Datasets from 242 patients treated from 2016 to 2020 were collected retrospectively. The anonymized dataset comprises 31,000 transverse images reconstructed from 3D sagittal ultrasound acquisitions and 3500 implanted catheters manually localized by the planner. Each catheter was retrospectively ranked based on the severity of imaging artifacts affecting reconstruction difficulty. The U-NET deep learning architecture was trained to localize implanted catheters on transverse images. A fivefold cross-validation method was used, allowing for evaluation over the entire dataset. The postprocessing software combined the predictions with patient-specific implant information to reconstructed catheters in 3D space, uniquely matched to the implanted grid positions. A reconstruction confidence metric was calculated based on the number and probability of localized predictions per catheter. For each patient, deep learning prediction and postprocessing reconstruction were completed in under 2 min on a nonperformance PC. RESULTS: Overall, 80% of catheter reconstructions were accurate, within 2 mm along 90% of the length. The catheter tip was often not detected and required extrapolation during reconstruction. The reconstruction accuracy was 89% for the easiest catheter ranking and decreased to 13% for the highest difficulty ranking, when the aid of live ultrasound would have been recommended. Even when limited to the easiest ranked catheters, the reconstruction accuracy decreased at distal grid positions, down to 50%. Individual implantation style was found to influence the frequency of severe artifacts, slightly impacting the model accuracy. A reconstruction confidence metric identified the difficult catheters, removed the observed individual variation, and increased the overall accuracy to 91% while excluding 27% of the reconstructions. CONCLUSIONS: The deep learning model localized implanted catheters over a large clinical dataset, with overall promising results. The model faced challenges due to ultrasound artifacts and image degradation distal to the probe, underlining the continued importance of maintaining image quality and minimizing artifacts. A potential workflow for integration into the clinical procedure was demonstrated, including the use of a confidence metric to predict low accuracy reconstructions. Comparison between models evaluated on different datasets should also consider underlying differences, such as the frequency and severity of imaging artifacts.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,012
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,019

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,012
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,027
Tête enseignante GPT0,290
Écart entre enseignants0,263 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations16
Publié2022
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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