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Enregistrement W7008238414

Bayesian Optimization in Multi-Objective Treatment Plan Optimization of High Dose Rate Brachytherapy

2023· dissertation· en· W7008238414 sur OpenAlexfundno aff

Notice bibliographique

RevueeScholarship@McGill (McGill) · 2023
Typedissertation
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueAdvanced Radiotherapy Techniques
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaMinistère de l'Économie, de la Science et de l'Innovation - Québec
Mots-clésBayesian optimizationBayesian probabilityRadiation treatment planningPlan (archaeology)Brachytherapy
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Along surgery, chemotherapy and immunotherapy, radiation therapy is prescribed to more than 50% of the cancer patients.High dose rate (HDR) brachytherapy is a radiation-therapy modality that is often prescribed to treat genitourinary, lower gastrointestinal, and breast cancers.In this modality, the radiation source is placed near or inside the tumors via hollow catheters.Treatment planning in HDR brachytherapy is the process of optimizing the radiation dose to the tumor and organs at risk by finding the time and the location where the radiation source should dwell.In order to find the optimal configuration of dwell times for a given tumour site, an inverse planning optimization algorithm is required.To optimize the dwell times, a medical physicist manually fine tunes a set of hyper-parameters known as the penalty weights.Selection of organ penalty weights to obtain clinically acceptable dose volume histogram (DVH) metrics in inverse treatment planning process of HDR brachytherapy is a time-consuming task and plan quality depends on planner's experience.The penalty weights represent the relative importance of absorbed dose planned to be delivered to various structures in the objective function of the dwell time optimizer.Therefore, the penalty weights directly control the trade-off between DVH metrics of structures.Obtaining these trade-offs (Pareto optimal solutions) is an active area of research as automation of this process is essential to fully automate the treatment Abstract ii plan optimization process.In this thesis, we implemented two algorithms that perform penalty weight tuning retrospectively on data for 10 prostate cancer patients.The first one is a simple interval shrinkage heuristic called semi continuous interval shrinkage exploration (SCISE), which evaluated hundreds of penalty weights in parallel and established the effect of the range of the penalty weights on the DVH metrics for each patient.The second algorithms was multi objective Bayesian optimization (MOBO) with q-noisy expected hypervolume improvement (qNEHVI) as its acquisition function.MOBO-qNEHVI aims to find Pareto optimal solutions to any multi-objective black box function with as little function evaluations as possible.In this study, fast mixed integer optimization (FMIO) was used as dwell time optimizer to evaluate the fulfillment of DVH objectives for each penalty weight vector.SCISE showed that the relative magnitude of the penalty weights with respect to one another controls the plan quality, not the specific magnitude of the weights.Therefore, we fixed the weight of the PTV to 1 and defined the range for OAR weights to be from 0.001 to 1.Then, we used MOBO-qNEHVI on this configuration and tested the impact of the number of MOBO-qNEHVI iterations and the range of penalty weights for OARs on the fraction of treatment plans that are clinically acceptable (acceptance rate) and as well as on the performance time.The acceptance rate of MOBO-qNEHVI increased logarithmically with increasing number of FMIO calls, while the performance time increases exponentially.Initializing the surrogate Gaussian function with random weights improved the acceptance rate of MOBO-qNEHVI for low number of iterations.MOBO was able to find patient specific Pareto optimal weight combinations for all patients with average success rate of 80.0 ± 13.9% and performance time of 1.65±0.39minutes.Since no training data is required, MOBO-qNEHVI Abstract iii can be applied to other cancer types that are treated with HDR brachytherapy.Therefore, this method is a reliable and general multi-criteria optimizer in HDR brachytherapy.Abrégé vi avec l'augmentation du nombre d'appels FMIO, tandis que le temps de performance augmente de façon exponentielle.L'initialisation de la fonction gaussienne de substitution avec des poids aléatoires a amélioré le taux d'acceptation de MOBO-qNEHVI pour un faible nombre d'itérations.MOBO a pu trouver des combinaisons de poids optimales de Pareto spécifiques à chaque patient avec un taux de réussite moyen de 80,0 ±13, 9% et un temps de performance de 1,65 ±0, 39 minutes.Puisqu'aucune donnée de formation n'est requise, MOBO-qNEHVI peut être appliqué à d'autres types de cancer traités par curiethérapie HDR.Par conséquent, cette méthode est un optimiseur multicritère fiable et général en curiethérapie HDR.This work was supported by Canada Research Chair (grant number 252135) as well as the Canadian institute of health research (grant number 103548).Computations were performed on the Calcul Québec Beluga and Mp2 clusters.The operation of these supercomputers is funded by the Canada

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,023
Score d'incertitude au seuil0,045

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,000

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.

Tête enseignante Opus0,015
Tête enseignante GPT0,274
Écart entre enseignants0,259 · 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
GenreMéthodes

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
Publié2023
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