Radiation therapy treatment planning is a complex process, as the target dose prescription and normal tissue sparing are conflicting objectives. Automated and accurate dose prediction for radiation therapy planning is in high demand. In this study, we propose a novel learning-based ensemble approach, named LE-NAS, which integrates neural architecture search (NAS) with knowledge distillation for 3D radiotherapy dose prediction. Specifically, the prediction network first exhaustively searches each block from enormous architecture space. Then, multiple architectures are selected with promising performance and diversity. To reduce the inference time, we adopt the teacher-student paradigm by treating the combination of diverse outputs from multiple searched networks as supervisions to guide the student network training. In addition, we apply adversarial learning to optimize the student network to recover the knowledge in teacher networks. To the best of our knowledge, we are the first to investigate the combination of NAS and knowledge distillation. The proposed method has been evaluated on the public OpenKBP dataset, and experimental results demonstrate the effectiveness of our method and its superior performance to the state-of-the-art method.


翻译:辐射治疗规划是一个复杂的过程,因为目标剂量处方和正常组织保持是相互冲突的目标。辐射治疗规划的自动和准确剂量预测需求很大。在本研究中,我们提出一种新的基于学习的混合方法,名为LE-NAS,将神经结构搜索(NAS)与3D辐射治疗剂量预测的知识蒸馏结合起来。具体地说,预测网络首先从巨大的建筑空间对每个街区进行彻底搜索。然后,以有希望的性能和多样性选择多个建筑。为减少推论时间,我们采用教师-学生模式,将多个搜索网络的各种产出结合起来,作为指导学生网络培训的监督。此外,我们运用对抗性学习来优化学生网络,以恢复教师网络的知识。我们最了解的是,我们首先调查NAS和知识蒸馏的结合情况。在公共开放KBP数据集上对拟议的方法进行了评估,实验结果表明我们的方法及其优异性,并显示我们的方法与最先进的方法。

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