Monte Carlo (MC) simulation is considered the gold standard method for radiotherapy dose calculation. However, achieving high precision requires a large number of simulation histories, which is time consuming. The use of computer graphics processing units (GPUs) has greatly accelerated MC simulation and allows dose calculation within a few minutes for a typical radiotherapy treatment plan. However, some clinical applications demand real time efficiency for MC dose calculation. To tackle this problem, we have developed a real time, deep learning based dose denoiser that can be plugged into a current GPU based MC dose engine to enable real time MC dose calculation. We used two different acceleration strategies to achieve this goal: 1) we applied voxel unshuffle and voxel shuffle operators to decrease the input and output sizes without any information loss, and 2) we decoupled the 3D volumetric convolution into a 2D axial convolution and a 1D slice convolution. In addition, we used a weakly supervised learning framework to train the network, which greatly reduces the size of the required training dataset and thus enables fast fine tuning based adaptation of the trained model to different radiation beams. Experimental results show that the proposed denoiser can run in as little as 39 ms, which is around 11.6 times faster than the baseline model. As a result, the whole MC dose calculation pipeline can be finished within 0.15 seconds, including both GPU MC dose calculation and deep learning based denoising, achieving the real time efficiency needed for some radiotherapy applications, such as online adaptive radiotherapy.


翻译:Monte Carlo (MC) 模拟被认为是放射治疗剂量计算金标准方法。 然而,要达到高精确度需要大量模拟历史,这是耗时的。 使用计算机图形处理器(GPUs)大大加快了MC的模拟,允许在几分钟内对典型的放射治疗计划进行剂量计算。 但是,一些临床应用需要实时计算MC剂量的效率。 为了解决这个问题,我们开发了一个实时的、基于深层次学习的剂量分解器,可以插入以GPU为基础的当前 GPU MC 剂量引擎,以便能够实时计算MC剂量。 我们为此使用了两种不同的加速战略:(1) 我们应用了 voxel unshuffle 和 voxel 洗涤操作器来减少输入和输出大小,而没有造成任何信息损失;(2) 我们将3D 量演算法拆分解成一个2D 轴轴曲线和 1D 切分曲线。 此外,我们用一个薄弱的监管的学习框架来培训网络,这大大降低了所需的训练数据存储速度,从而能够快速调整基于快速调整基于 Vox road road road road road road 的操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作操作, 来减少一些39,,,, 在不同的放射线路标定的模型可以快速测算算算算算算算算算算算算算算算算算算算算算算算算算取到不同的第39。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
44+阅读 · 2020年10月31日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
MIT新书《强化学习与最优控制》
专知会员服务
275+阅读 · 2019年10月9日
ICRA 2019 论文速览 | 基于Deep Learning 的SLAM
计算机视觉life
41+阅读 · 2019年7月22日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
RL 真经
CreateAMind
5+阅读 · 2018年12月28日
【推荐】卷积神经网络类间不平衡问题系统研究
机器学习研究会
6+阅读 · 2017年10月18日
Accelerated Methods for Deep Reinforcement Learning
Arxiv
6+阅读 · 2019年1月10日
Arxiv
5+阅读 · 2018年10月11日
VIP会员
相关资讯
ICRA 2019 论文速览 | 基于Deep Learning 的SLAM
计算机视觉life
41+阅读 · 2019年7月22日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
RL 真经
CreateAMind
5+阅读 · 2018年12月28日
【推荐】卷积神经网络类间不平衡问题系统研究
机器学习研究会
6+阅读 · 2017年10月18日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员