Validation of an MR-based multimodal method for molecular composition and proton stopping power ratio determination using <i>ex vivo</i> animal tissues and tissue-mimicking phantoms
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Objective . Range uncertainty in proton therapy is an important factor limiting clinical effectiveness. Magnetic resonance imaging (MRI) can measure voxel-wise molecular composition and, when combined with kilovoltage CT (kVCT), accurately determine mean ionization potential ( I m ), electron density, and stopping power ratio (SPR). We aimed to develop a novel MR-based multimodal method to accurately determine SPR and molecular compositions. This method was evaluated in tissue-mimicking and ex vivo porcine phantoms, and in a brain radiotherapy patient. Approach . Four tissue-mimicking phantoms with known compositions, two porcine tissue phantoms, and a brain cancer patient were imaged with kVCT and MRI. Three imaging-based values were determined: SPR CM (CT-based Multimodal), SPR MM (MR-based Multimodal), and SPR stoich (stoichiometric calibration). MRI was used to determine two tissue-specific quantities of the Bethe Bloch equation ( I m , electron density) to compute SPR CM and SPR MM . Imaging-based SPRs were compared to measurements for phantoms in a proton beam using a multilayer ionization chamber (SPR MLIC ). Main results . Root mean square errors relative to SPR MLIC were 0.0104(0.86%), 0.0046(0.45%), and 0.0142(1.31%) for SPR CM , SPR MM , and SPR stoich , respectively. The largest errors were in bony phantoms, while soft tissue and porcine tissue phantoms had <1% errors across all SPR values. Relative to known physical molecular compositions, imaging-determined compositions differed by approximately ≤10%. In the brain case, the largest differences between SPR stoich and SPR MM were in bone and high lipids/fat tissue. The magnitudes and trends of these differences matched phantom results. Significance . Our MR-based multimodal method determined molecular compositions and SPR in various tissue-mimicking phantoms with high accuracy, as confirmed with proton beam measurements. This method also revealed significant SPR differences compared to stoichiometric kVCT-only calculation in a clinical case, with the largest differences in bone. These findings support that including MRI in proton therapy treatment planning can improve the accuracy of calculated SPR values and reduce range uncertainties.
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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 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 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 | 0,000 |
| 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 ».