Dose volume histogram (DVH) metrics are widely accepted evaluation criteria in the clinic. However, incorporating these metrics into deep learning dose prediction models is challenging due to their non-convexity and non-differentiability. We propose a novel moment-based loss function for predicting 3D dose distribution for the challenging conventional lung intensity modulated radiation therapy (IMRT) plans. The moment-based loss function is convex and differentiable and can easily incorporate DVH metrics in any deep learning framework without computational overhead. The moments can also be customized to reflect the clinical priorities in 3D dose prediction. For instance, using high-order moments allows better prediction in high-dose areas for serial structures. We used a large dataset of 360 (240 for training, 50 for validation and 70 for testing) conventional lung patients with 2Gy $\times$ 30 fractions to train the deep learning (DL) model using clinically treated plans at our institution. We trained a UNet like CNN architecture using computed tomography (CT), planning target volume (PTV) and organ-at-risk contours (OAR) as input to infer corresponding voxel-wise 3D dose distribution. We evaluated three different loss functions: (1) The popular Mean Absolute Error (MAE) Loss, (2) the recently developed MAE + DVH Loss, and (3) the proposed MAE + Moments Loss. The quality of the predictions was compared using different DVH metrics as well as dose-score and DVH-score, recently introduced by the AAPM knowledge-based planning grand challenge. Model with (MAE + Moment) loss function outperformed the model with MAE loss by significantly improving the DVH-score (11%, p$<$0.01) while having similar computational cost. It also outperformed the model trained with (MAE+DVH) by significantly improving the computational cost (48%) and the DVH-score (8%, p$<$0.01).


翻译:在诊所中,DVH值是广泛接受的体积直方图(DVH)测量标准。然而,将这些量度纳入深度学习剂量预测模型(DVH$)具有挑战性。然而,将这些量度纳入深度学习剂量的PV48D值预测模型,具有挑战性常规肺密集调制辐射治疗(IMRT)计划,我们提出一个新的基于时间的损失函数预测3D剂量分布,用于预测具有挑战性的常规肺部强度调制辐射治疗(IMRT)计划。基于时间的损失函数是可调和可差异的,可以很容易地将DVH(DVH)测量度指标纳入任何深层次学习框架,而无需计算间接费用。在3DD(PT)测算目标量(PTV)和器官-剂量预测值预测模型(EVH)中,使用高剂量地区预测,对序列结构结构进行更好的预测。我们使用了360(240)个基于时间的3DLMA(OAR)的模型模型和模型(DLDDDD) 模拟模型(我们通过测算方法对成本进行了大幅改进了AVDFMD(MA(MA) 3O(MA),同时对数字数据做了成本分析,我们用3OLILVDLLVD(MLL)的模型做了大量数据分析,作为最新数据分析,作为最新数据分析,以不同的分析。

0
下载
关闭预览

相关内容

损失函数,在AI中亦称呼距离函数,度量函数。此处的距离代表的是抽象性的,代表真实数据与预测数据之间的误差。损失函数(loss function)是用来估量你模型的预测值f(x)与真实值Y的不一致程度,它是一个非负实值函数,通常使用L(Y, f(x))来表示,损失函数越小,模型的鲁棒性就越好。损失函数是经验风险函数的核心部分,也是结构风险函数重要组成部分。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
78+阅读 · 2020年7月26日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
246+阅读 · 2020年4月19日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
164+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
会议交流 | IJCKG: International Joint Conference on Knowledge Graphs
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
会议交流 | IJCKG: International Joint Conference on Knowledge Graphs
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员