In this work, we present a novel application of an uncertainty-quantification framework called Deep Evidential Learning in the domain of radiotherapy dose prediction. Using medical images of the Open Knowledge-Based Planning Challenge dataset, we found that this model can be effectively harnessed to yield uncertainty estimates that inherited correlations with prediction errors upon completion of network training. This was achieved only after reformulating the original loss function for a stable implementation. We found that (i)epistemic uncertainty was highly correlated with prediction errors, with various association indices comparable or stronger than those for Monte-Carlo Dropout and Deep Ensemble methods, (ii)the median error varied with uncertainty threshold much more linearly for epistemic uncertainty in Deep Evidential Learning relative to these other two conventional frameworks, indicative of a more uniformly calibrated sensitivity to model errors, (iii)relative to epistemic uncertainty, aleatoric uncertainty demonstrated a more significant shift in its distribution in response to Gaussian noise added to CT intensity, compatible with its interpretation as reflecting data noise. Collectively, our results suggest that Deep Evidential Learning is a promising approach that can endow deep-learning models in radiotherapy dose prediction with statistical robustness. Towards enhancing its clinical relevance, we demonstrate how we can use such a model to construct the predicted Dose-Volume-Histograms' confidence intervals.


翻译:本研究提出了一种名为深度证据学习的不确定性量化框架在放疗剂量预测领域中的创新应用。基于开放知识驱动计划挑战数据集的医学影像,我们发现该模型经过网络训练后能够有效生成与预测误差存在相关性的不确定性估计值。这一实现需要对原始损失函数进行重构以确保稳定实施。研究发现:(i)认知不确定性与预测误差高度相关,其多个关联指标与蒙特卡洛丢弃法及深度集成方法相当或更优;(ii)相较于两种传统框架,深度证据学习中认知不确定性的中位误差随不确定性阈值的变化呈现更显著的线性关系,表明其对模型误差具有更均匀的校准灵敏度;(iii)相较于认知不确定性,随机不确定性在CT强度添加高斯噪声后呈现更显著的分布偏移,与其反映数据噪声的诠释相吻合。综合结果表明,深度证据学习是一种能为放疗剂量预测深度学习模型赋予统计稳健性的有效方法。为提升临床相关性,我们展示了如何利用该模型构建预测剂量-体积直方图的置信区间。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
29+阅读 · 2023年1月12日
An Overview on Machine Translation Evaluation
Arxiv
14+阅读 · 2022年2月22日
Directional Graph Networks
Arxiv
27+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
21+阅读 · 2019年8月21日
Arxiv
11+阅读 · 2018年1月18日
VIP会员
最新内容
面向国防作战的最佳自主与蜂群无人机技术
专知会员服务
3+阅读 · 今天8:04
《异构人类团队的协作决策过程混合建模研究》
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:59
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
4+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
11+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
10+阅读 · 7月26日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
Arxiv
29+阅读 · 2023年1月12日
An Overview on Machine Translation Evaluation
Arxiv
14+阅读 · 2022年2月22日
Directional Graph Networks
Arxiv
27+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
21+阅读 · 2019年8月21日
Arxiv
11+阅读 · 2018年1月18日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员