Combining dense elements with attention mechanisms for 3D radiotherapy dose prediction on head and neck cancers
Notice bibliographique
Résumé
PURPOSE: External radiation therapy planning is a highly complex and tedious process as it involves treating large target volumes, prescribing several levels of doses, as well as avoiding irradiating critical structures such as organs at risk close to the tumor target. This requires highly trained dosimetrists and physicists to generate a personalized plan and adapt it as treatment evolves, thus affecting the overall tumor control and patient outcomes. Our aim is to achieve accurate dose predictions for head and neck (H&N) cancer patients on a challenging in-house dataset that reflects realistic variability and to further compare and validate the method on a public dataset. METHODS: We propose a three-dimensional (3D) deep neural network that combines a hierarchically dense architecture with an attention U-net (HDA U-net). We investigate a domain knowledge objective, incorporating a weighted mean squared error (MSE) with a dose-volume histogram (DVH) loss function. The proposed HDA U-net using the MSE-DVH loss function is compared with two state-of-the-art U-net variants on two radiotherapy datasets of H&N cases. These include reference dose plans, computed tomography (CT) information, organs at risk (OARs), and planning target volume (PTV) delineations. All models were evaluated using coverage, homogeneity, and conformity metrics as well as mean dose error and DVH curves. RESULTS: ) for the homogeneity and maximum dose value compared with the closest baseline. All models offer a near real-time prediction, measured between 0.43 and 0.88 s per volume. CONCLUSION: The proposed method achieved similar performance on both realistic in-house data and public data compared to the attention U-net with a DVH loss, and outperformed other methods such as HD U-net and HDA U-net with standard MSE losses. The use of the DVH objective for training showed consistent improvements to the baselines on most metrics, supporting its added benefit in H&N cancer cases. The quick prediction time of the proposed method allows for real-time applications, providing physicians a method to generate an objective end goal for the dosimetrist to use as reference for planning. This could considerably reduce the number of iterations between the two expert physicians thus reducing the overall treatment planning time.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 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 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».