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Enregistrement W4396675236 · doi:10.1002/mp.17115

Multimodal radiotherapy dose prediction using a multi‐task deep learning model

2024· article· en· W4396675236 sur OpenAlexfundno aff
Austen Maniscalco, Ezek Mathew, David Parsons, Justin Visak, Mona Arbab, Prasanna Alluri, Xingzhe Li, Narine Wandrey, Mu‐Han Lin, Asal Rahimi, Steve Jiang, Dan Nguyen

Notice bibliographique

RevueMedical Physics · 2024
Typearticle
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueAdvanced Radiotherapy Techniques
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNational Cancer InstituteNational Institutes of HealthHamilton Health Sciences
Mots-clésModality (human–computer interaction)ModalitiesRadiation treatment planningImage-guided radiation therapyComputer scienceDeep learningConvolutional neural networkProtocol (science)Radiation therapyMedical physicsArtificial intelligenceTask (project management)Machine learningMedical imagingMedicineRadiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: In radiation therapy (RT), accelerated partial breast irradiation (APBI) has emerged as an increasingly preferred treatment modality over conventional whole breast irradiation due to its targeted dose delivery and shorter course of treatment. APBI can be delivered through various modalities including Cobalt-60-based systems and linear accelerators with C-arm, O-ring, or robotic arm design. Each modality possesses distinct features, such as beam energy or the degrees of freedom in treatment planning, which influence their respective dose distributions. These modality-specific considerations emphasize the need for a quantitative approach in determining the optimal dose delivery modality on a patient-specific basis. However, manually generating treatment plans for each modality across every patient is time-consuming and clinically impractical. PURPOSE: We aim to develop an efficient and personalized approach for determining the optimal RT modality for APBI by training predictive models using two different deep learning-based convolutional neural networks. The baseline network performs a single-task (ST), predicting dose for a single modality. Our proposed multi-task (MT) network, which is capable of leveraging shared information among different tasks, can concurrently predict dose distributions for various RT modalities. Utilizing patient-specific input data, such as a patient's computed tomography (CT) scan and treatment protocol dosimetric goals, the MT model predicts patient-specific dose distributions across all trained modalities. These dose distributions provide patients and clinicians quantitative insights, facilitating informed and personalized modality comparison prior to treatment planning. METHODS: The dataset, comprising 28 APBI patients and their 92 treatment plans, was partitioned into training, validation, and test subsets. Eight patients were dedicated to the test subset, leaving 68 treatment plans across 20 patients to divide between the training and validation subsets. ST models were trained for each modality, and one MT model was trained to predict doses for all modalities simultaneously. Model performance was evaluated across the test dataset in terms of Mean Absolute Percent Error (MAPE). We conducted statistical analysis of model performance using the two-tailed Wilcoxon signed-rank test. RESULTS: Training times for five ST models ranged from 255 to 430 min per modality, totaling 1925 min, while the MT model required 2384 min. MT model prediction required an average of 1.82 s per patient, compared to ST model predictions at 0.93 s per modality. The MT model yielded MAPE of 1.1033 ± 0.3627% as opposed to the collective MAPE of 1.2386 ± 0.3872% from ST models, and the differences were statistically significant (p = 0.0003, 95% confidence interval = [-0.0865, -0.0712]). CONCLUSION: Our study highlights the potential benefits of a MT learning framework in predicting RT dose distributions across various modalities without notable compromises. This MT architecture approach offers several advantages, such as flexibility, scalability, and streamlined model management, making it an appealing solution for clinical deployment. With such a MT model, patients can make more informed treatment decisions, physicians gain more quantitative insight for pre-treatment decision-making, and clinics can better optimize resource allocation. With our proposed goal array and MT framework, we aim to expand this work to a site-agnostic dose prediction model, enhancing its generalizability and applicability.

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)0,002
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 enseignants0,013
Score d'incertitude au seuil0,026

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,016
Tête enseignante GPT0,312
Écart entre enseignants0,295 · 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

Citations16
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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