清晨好,您是今天最早来到科研通的研友!由于当前在线用户较少,发布求助请尽量完整的填写文献信息,科研通机器人24小时在线,伴您科研之路漫漫前行!

Dual-energy CT based mass density and relative stopping power estimation for proton therapy using physics-informed deep learning

成像体模 人工神经网络 深度学习 人工智能 推论 残余物 质子疗法 阻止力 物理 计算机科学 医学物理学 机器学习 核医学 质子 算法 核物理学 医学 光学 探测器
作者
Chih‐Wei Chang,Yuan Gao,Tonghe Wang,Yang Lei,Qian Wang,Shaoyan Pan,Atchar Sudhyadhom,Jeffrey D. Bradley,Tian Liu,Liyong Lin,Jun Zhou,Xiaofeng Yang
出处
期刊:Physics in Medicine and Biology [IOP Publishing]
卷期号:67 (11): 115010-115010 被引量:21
标识
DOI:10.1088/1361-6560/ac6ebc
摘要

Proton therapy requires accurate dose calculation for treatment planning to ensure the conformal doses are precisely delivered to the targets. The conversion of CT numbers to material properties is a significant source of uncertainty for dose calculation. The aim of this study is to develop a physics-informed deep learning (PIDL) framework to derive accurate mass density and relative stopping power maps from dual-energy computed tomography (DECT) images. The PIDL framework allows deep learning (DL) models to be trained with a physics loss function, which includes a physics model to constrain DL models. Five DL models were implemented including a fully connected neural network (FCNN), dual-FCNN (DFCNN), and three variants of residual networks (ResNet): ResNet-v1 (RN-v1), ResNet-v2 (RN-v2), and dual-ResNet-v2 (DRN-v2). An artificial neural network (ANN) and the five DL models trained with and without physics loss were explored to evaluate the PIDL framework. Two empirical DECT models were implemented to compare with the PIDL method. DL training data were from CIRS electron density phantom 062M (Computerized Imaging Reference Systems, Inc., Norfolk, VA). The performance of DL models was tested by CIRS adult male, adult female, and 5-year-old child anthropomorphic phantoms. For density map inference, the physics-informed RN-v2 was 3.3%, 2.9% and 1.9% more accurate than ANN for the adult male, adult female, and child phantoms. The physics-informed DRN-v2 was 0.7%, 0.6%, and 0.8% more accurate than DRN-v2 without physics training for the three phantoms, respectfully. The results indicated that physics-informed training could reduce uncertainty when ANN/DL models without physics training were insufficient to capture data structures or derived significant errors. DL models could also achieve better image noise control compared to the empirical DECT parametric mapping methods. The proposed PIDL framework can potentially improve proton range uncertainty by offering accurate material properties conversion from DECT.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
merrylake完成签到 ,获得积分10
3秒前
研友_85rWQL完成签到 ,获得积分10
17秒前
madison完成签到 ,获得积分10
25秒前
zai完成签到 ,获得积分20
1分钟前
clare完成签到 ,获得积分10
1分钟前
研友_Lw7OvL完成签到 ,获得积分10
1分钟前
无为完成签到 ,获得积分10
1分钟前
午后狂睡完成签到 ,获得积分10
1分钟前
WIS发布了新的文献求助20
1分钟前
yuehan完成签到 ,获得积分10
1分钟前
hoongyan完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Lucas应助WIS采纳,获得10
2分钟前
海阔天空完成签到,获得积分10
2分钟前
liwei完成签到 ,获得积分10
2分钟前
段誉完成签到 ,获得积分10
2分钟前
Zoe完成签到 ,获得积分10
2分钟前
TAO LEE完成签到 ,获得积分10
2分钟前
NexusExplorer应助科研通管家采纳,获得10
3分钟前
小白完成签到 ,获得积分10
3分钟前
haha完成签到 ,获得积分10
3分钟前
海派Hi完成签到 ,获得积分10
3分钟前
3分钟前
WIS完成签到,获得积分10
3分钟前
WIS发布了新的文献求助10
3分钟前
应夏山完成签到 ,获得积分10
4分钟前
borisgugugugu完成签到,获得积分10
4分钟前
wyt完成签到,获得积分10
4分钟前
住在魔仙堡的鱼完成签到 ,获得积分10
6分钟前
yuntong完成签到 ,获得积分10
6分钟前
精明寒松完成签到 ,获得积分10
6分钟前
三跳完成签到 ,获得积分10
6分钟前
Wang完成签到 ,获得积分20
6分钟前
研友_Z119gZ完成签到 ,获得积分10
6分钟前
Aray完成签到 ,获得积分10
6分钟前
7分钟前
Gab_bb发布了新的文献求助10
7分钟前
一个小胖子完成签到,获得积分10
7分钟前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
7分钟前
嗯嗯嗯哦哦哦完成签到 ,获得积分10
7分钟前
Whisper完成签到 ,获得积分10
7分钟前
高分求助中
Evolution 10000
Distribution Dependent Stochastic Differential Equations 500
A new species of Coccus (Homoptera: Coccoidea) from Malawi 500
A new species of Velataspis (Hemiptera Coccoidea Diaspididae) from tea in Assam 500
PraxisRatgeber: Mantiden: Faszinierende Lauerjäger 500
Die Gottesanbeterin: Mantis religiosa: 656 400
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3158657
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2809828
关于积分的说明 7883729
捐赠科研通 2468521
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1314297
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 630582
版权声明 601983