物理·生物·技术
基于多任务学习方法的单模多器官三维剂量分布预测研究
中华放射肿瘤学杂志, 2019,28(6) : 432-437. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2019.06.008
摘要
目的

构建可同时预测多个器官三维剂量分布的统一模型,自动学习多器官间几何解剖结构对其沉积剂量的影响。

方法

收集同一肿瘤类型临床放疗计划,以多个危及器官的各体素为研究对象,其沉积剂量为剂量学特征,采用可学习不同任务间关系的正则化多任务学习方法,建立器官间的任务关系矩阵,构建器官间几何结构与剂量分布的关联。实验以15例鼻咽癌病例的IMRT计划所涉及的危及器官脊髓、脑干和左右腮腺为研究对象建立单模多器官关联,计算其体素预测剂量与临床计划剂量的相对百分误差,研究方法的可行性。

结果

10例鼻咽癌IMRT计划用于训练,5例用于测试。测试结果显示单模多器官方法预测精度较高、数据量需求少,其中脊髓、脑干、左右腮腺的平均体素相对处方剂量百分误差分别为(2.01±0.02)%、(2.65±0.02)%、(2.45±0.02)%和(2.55±0.02)%。

结论

提出一种可在同一模型中预测多个器官剂量的单模多器官模型,该模型在提高预测精度的同时避免多次的单器官建模,为实现智能计划设计奠定良好基础。

引用本文: 郭芙彤, 李永宝, 贾启源, 等.  基于多任务学习方法的单模多器官三维剂量分布预测研究 [J] . 中华放射肿瘤学杂志, 2019, 28(6) : 432-437. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2019.06.008.
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放疗是肿瘤治疗的重要手段之一,其目标是确保靶区达到处方剂量的同时,尽可能的降低正常组织的受量[1,2,3]。计划剂量学表现及其验证是当前临床放疗技术质量控制与质量审核的主要对象及方式。研究表明,通过建模学习患者解剖结构对剂量沉积的影响可以在计划设计之前预测新患者的可达计划质量剂量信息,从而为剂量学验证提供个体化标准,同时为放疗自动化提供基础[4,5]。现有的剂量信息预测模型主要对二维DVH曲线的预测和基于神经网络的单个器官三维剂量分布的预测[6,7,8,9],没有考虑到不同器官间结构关系,同时多个器官重复建模也增加了对临床数据的需求,易造成模型信息的冗余。本文将结合机器学习中可学习不同任务间关系的正则化多任务学习方法,提出一种可在同一模型中预测多个器官三维剂量的单模多器官模型。该模型将考虑危及器官之间的关系,并行构建多器官间几何解剖结构与三维剂量分布的关联。

 
 
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