Development of a Machine Learning Model for Optimal Applicator Selection in High-Dose-Rate Cervical Brachytherapy
Notice bibliographique
Résumé
Purpose: To develop and validate a preliminary machine learning (ML) model aiding in the selection of intracavitary (IC) versus hybrid interstitial (IS) applicators for high-dose-rate (HDR) cervical brachytherapy. Methods: From a dataset of 233 treatments using IC or IS applicators, a set of geometric features of the structure set were extracted, including the volumes of OARs (bladder, rectum, sigmoid colon) and HR-CTV, proximity of OARs to the HR-CTV, mean and maximum lateral and vertical HR-CTV extent, and offset of the HR-CTV centre-of-mass from the applicator tandem axis. Feature selection using an ANOVA F-test and mutual information removed uninformative features from this set. Twelve classification algorithms were trained and tested over 100 iterations to determine the highest performing individual models through nested 5-fold cross-validation. Three models with the highest accuracy were combined using soft voting to form the final model. This model was trained and tested over 1,000 iterations, during which the relative importance of each feature in the applicator selection process was determined. Results: Feature selection indicated that the mean and maximum lateral and vertical extent, volume, and axis offset of the HR-CTV were the most informative features and were thus provided to the ML models. Relative feature importances indicated that the HR-CTV volume and mean lateral extent were most important for applicator selection. From the comparison of the individual classification algorithms, it was found that the highest performing algorithms were tree-based ensemble methods - AdaBoost Classifier (ABC), Gradient Boosting Classifier (GBC), and Random Forest Classifier (RFC). The accuracy of the individual models was compared to the voting model for 100 iterations (ABC = 91.6 ± 3.1%, GBC = 90.4 ± 4.1%, RFC = 89.5 ± 4.0%, Voting Model = 92.2 ± 1.8%) and the voting model was found to have superior accuracy. Over the final 1,000 evaluation iterations, the final voting model demonstrated a high predictive accuracy (91.5 ± 0.9%) and F1 Score (90.6 ± 1.1%). Conclusion: The presented model demonstrates high discriminative performance, highlighting the potential for utilization in informing applicator selection prospectively following further clinical validation.
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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 | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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 ».