00:00 
скорость и точность в контроле качества лучевой терапии
Под руководством профессора Фу Цзиня в исследовании рассматривается критическая проблема лучевой терапии: уравновешивание скорости вычислений и точности верификации дозы на основе EPID. EPID стал ключевым инструментом для проверки дозы в режиме реального времени in vivo. Тем не менее, моделирование MC, которое долгое время считалось «золотым стандартом» для расчета дозы, сталкивается с дилеммой: увеличение количества моделируемых частиц обеспечивает более высокую точность, но за счет значительно более длительного времени вычисления, тогда как уменьшение количества частиц создает разрушительный шум, который ставит под угрозу надежность результатов.
Интегрированная технология MC-DL
Чтобы решить эту проблему, команда объединила ускоренный GPU MC-код ARCHER с нейронной сетью SUNet - сложной архитектурой глубокого обучения, специализирующейся на снижении шума. Используя случаи IMRT рака легких, они сначала сгенерировали шумные данные о дозе передачи EPID с четырьмя различными количествами частицs (1?10 *, 1?10 *, 1?10*, 1?10*) через ARCHER. Затем SUNet обучали уменьшать шум данных с низкимчислом частиц, при этом высокоточный набор данных частиц 1?10 ? служил эталоном золотого стандарта для контроля.
Замечательные результаты: достигнута скорость и точность
Интегрированная структура MC?DL продемонстрировала исключительную производительность как с точки зрения скорости вычислений, так и с точки зрения дозиметрической точности. При обработке исходно зашумленных данных 1?10 частиц шумоподавление SUNet улучшило индекс структурного сходства (SSIM) с 0,61 до 0,95 и увеличило скорость прохождения гамма-излучения (GPR) с 48,47% до 89,10%. Для набора данных 1?10? частицы, представляющего оптимальный обмен, обесшуренные результаты достигли SSIM 0,96 и GPR 94,35%, в то время как случай 1?10? частицы достиг GPR 99,55% после обработки. Сам этап шумоподавления требовал только0,13-0,16 секунды, уменьшая общее время вычисления до 1,88 с для уровнячастиц 1?10 мкм и до 8,76 с для уровнячастиц 1?10 мкм. Изображения без шумов демонстрировали заметно уменьшенную зернистость с гладкими профилями доз, которые сохраняли клинически значимые признаки, подтверждающие практическую жизнеспособность этого подхода для эффективного контроля качества в лучевой терапии.
Расширение возможностей клинической практики и будущих исследований
Это достижение особенно эффективно для онлайновой АРТ, где быстрая проверка дозы имеет важное значение для минимизации дискомфорта пациента и смягчения анатомических изменений во время лечения. Метод предлагает гибкое решение: частицы размером 1?10 мкм обеспечивают оптимальный баланс между скоростью и точностью для чувствительных ко времени сценариев, в то время как частицы размером 1?10 мкм обеспечивают более высокую точность для сложных случаев.
«Интегрируя точность моделирования Монте-Карло с вычислительной эффективностьюдля глубокого обучения мы разработали практическое решение, которое удовлетворяет критическую клиническую потребность в быстром и надежном обеспечении качества для конкретного пациента », - сказал профессор Фу Цзинь. « Эта технология не только улучшает существующие рабочие процессы лучевой терапии, но и создает основу для передовых приложений, таких как трехмерная реконструкция дозы и более широкое внедрение на различных анатомических участках."
Команда планирует расширить модель на другие участки лечения, оптимизировать архитектуру SUNet и изучить дополнительные подходы к нейронным сетям для уточнения возможностей прогнозирования дозы.
