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Enregistrement W4393970875 · doi:10.1088/2057-1976/ad3afe

Iterative image reconstruction algorithm analysis for optical CT radiochromic gel dosimetry

2024· article· en· W4393970875 sur OpenAlexafffund
A Ogilvy, Warren Hare, Michelle Hilts, Andrew Jirasek

Notice bibliographique

RevueBiomedical Physics & Engineering Express · 2024
Typearticle
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueAdvanced Radiotherapy Techniques
Établissements canadiensKelowna General HospitalOkanagan University CollegeUniversity of British Columbia, Okanagan CampusUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésDosimetryNuclear medicineIterative reconstructionComputer scienceAlgorithmMedical physicsOpticsComputer visionMaterials sciencePhysicsMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Background. Modern radiation therapy technologies aim to enhance radiation dose precision to the tumor and utilize hypofractionated treatment regimens. Verifying the dose distributions associated with these advanced radiation therapy treatments remains an active research area due to the complexity of delivery systems and the lack of suitable three-dimensional dosimetry tools. Gel dosimeters are a potential tool for measuring these complex dose distributions. A prototype tabletop solid-tank fan-beam optical CT scanner for readout of gel dosimeters was recently developed. This scanner does not have a straight raypath from source to detector, thus images cannot be reconstructed using filtered backprojection (FBP) and iterative techniques are required. Purpose. To compare a subset of the top performing algorithms in terms of image quality and quantitatively determine the optimal algorithm while accounting for refraction within the optical CT system. The following algorithms were compared: Landweber, superiorized Landweber with the fast gradient projection perturbation routine (S-LAND-FGP), the fast iterative shrinkage/thresholding algorithm with total variation penalty term (FISTA-TV), a monotone version of FISTA-TV (MFISTA-TV), superiorized conjugate gradient with the nonascending perturbation routine (S-CG-NA), superiorized conjugate gradient with the fast gradient projection perturbation routine (S-CG-FGP), superiorized conjugate gradient with with two iterations of CG performed on the current iterate and the nonascending perturbation routine (S-CG-2-NA). Methods. A ray tracing simulator was developed to track the path of light rays as they traverse the different mediums of the optical CT scanner. Two clinical phantoms and several synthetic phantoms were produced and used to evaluate the reconstruction techniques under known conditions. Reconstructed images were analyzed in terms of spatial resolution, signal-to-noise ratio (SNR), contrast-to-noise ratio (CNR), signal non-uniformity (SNU), mean relative difference (MRD) and reconstruction time. We developed an image quality based method to find the optimal stopping iteration window for each algorithm. Imaging data from the prototype optical CT scanner was reconstructed and analysed to determine the optimal algorithm for this application. Results. The optimal algorithms found through the quantitative scoring metric were FISTA-TV and S-CG-2-NA. MFISTA-TV was found to behave almost identically to FISTA-TV however MFISTA-TV was unable to resolve some of the synthetic phantoms. S-CG-NA showed extreme fluctuations in the SNR and CNR values. S-CG-FGP had large fluctuations in the SNR and CNR values and the algorithm has less noise reduction than FISTA-TV and worse spatial resolution than S-CG-2-NA. S-LAND-FGP had many of the same characteristics as FISTA-TV; high noise reduction and stability from over iterating. However, S-LAND-FGP has worse SNR, CNR and SNU values as well as longer reconstruction time. S-CG-2-NA has superior spatial resolution to all algorithms while still maintaining good noise reduction and is uniquely stable from over iterating. Conclusions. Both optimal algorithms (FISTA-TV and S-CG-2-NA) are stable from over iterating and have excellent edge detection with ESF MTF 50% values of 1.266 mm −1 and 0.992 mm −1 . FISTA-TV had the greatest noise reduction with SNR, CNR and SNU values of 424, 434 and 0.91 × 10 −4 , respectively. However, low spatial resolution makes FISTA-TV only viable for large field dosimetry. S-CG-2-NA has better spatial resolution than FISTA-TV with PSF and LSF MTF 50% values of 1.581 mm −1 and 0.738 mm −1 , but less noise reduction. S-CG-2-NA still maintains good SNR, CNR, and SNU values of 168, 158 and 1.13 × 10 −4 , respectively. Thus, S-CG-2-NA is a well rounded reconstruction algorithm that would be the preferable choice for small field dosimetry.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,005
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 enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

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.

Tête enseignante Opus0,005
Tête enseignante GPT0,261
Écart entre enseignants0,255 · 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

Citations0
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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