Deep transformer-based personalized dosimetry from SPECT/CT images: a hybrid approach for [177Lu]Lu-DOTATATE radiopharmaceutical therapy
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Purpose Accurate dosimetry is critical for ensuring the safety and efficacy of radiopharmaceutical therapies. In current clinical dosimetry practice, MIRD formalisms are widely employed. However, with the rapid advancement of deep learning (DL) algorithms, there has been an increasing interest in leveraging the calculation speed and automation capabilities for different tasks. We aimed to develop a hybrid transformer-based deep learning (DL) model that incorporates a multiple voxel S -value (MSV) approach for voxel-level dosimetry in [ 177 Lu]Lu-DOTATATE therapy. The goal was to enhance the performance of the model to achieve accuracy levels closely aligned with Monte Carlo (MC) simulations, considered as the standard of reference. We extended our analysis to include MIRD formalisms (SSV and MSV), thereby conducting a comprehensive dosimetry study. Methods We used a dataset consisting of 22 patients undergoing up to 4 cycles of [ 177 Lu]Lu-DOTATATE therapy. MC simulations were used to generate reference absorbed dose maps. In addition, MIRD formalism approaches, namely, single S -value (SSV) and MSV techniques, were performed. A UNEt TRansformer (UNETR) DL architecture was trained using five-fold cross-validation to generate MC-based dose maps. Co-registered CT images were fed into the network as input, whereas the difference between MC and MSV (MC-MSV) was set as output. DL results are then integrated to MSV to revive the MC dose maps. Finally, the dose maps generated by MSV, SSV, and DL were quantitatively compared to the MC reference at both voxel level and organ level (organs at risk and lesions). Results The DL approach showed slightly better performance (voxel relative absolute error (RAE) = 5.28 ± 1.32) compared to MSV (voxel RAE = 5.54 ± 1.4) and outperformed SSV (voxel RAE = 7.8 ± 3.02). Gamma analysis pass rates were 99.0 ± 1.2%, 98.8 ± 1.3%, and 98.7 ± 1.52% for DL, MSV, and SSV approaches, respectively. The computational time for MC was the highest (~2 days for a single-bed SPECT study) compared to MSV, SSV, and DL, whereas the DL-based approach outperformed the other approaches in terms of time efficiency (3 s for a single-bed SPECT). Organ-wise analysis showed absolute percent errors of 1.44 ± 3.05%, 1.18 ± 2.65%, and 1.15 ± 2.5% for SSV, MSV, and DL approaches, respectively, in lesion-absorbed doses. Conclusion A hybrid transformer-based deep learning model was developed for fast and accurate dose map generation, outperforming the MIRD approaches, specifically in heterogenous regions. The model achieved accuracy close to MC gold standard and has potential for clinical implementation for use on large-scale datasets.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| 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 ».