يتطلب العلاج الإشعاعي لسرطان البروستاتا حسابًا دقيقًا لجرعة الإشعاع في كل نقطة من الجسم. تحاكي طريقة مونت كارلو الكلاسيكية ملايين الجسيمات وتستغرق ساعات، بينما يحتاج تكييف الخطة مع التغيرات اليومية في التشريح إلى ثوانٍ. الشبكة العصبية الجديدة Energy-Shifting تتعلم من حزم أحادية اللون بسيطة وتنتج فورًا الجرعة للإشعاع الحقيقي المعقد، مثل مترجم يسمع كل كلمة وينقل المعنى فورًا إلى لغة أخرى.
تجمع بنية TransUNetSE3D بين كتل الانتباه (Transformer) ووحدات الضغط والإثارة التكيفية لالتقاط الروابط العالمية والتفاصيل المهمة. بعد التدريب على القوام التشريحي وتشابه الحزم، تحقق الشبكة دقة تتجاوز 98% (معيار غاما 3%/3 مم) على بيانات من المسرع الخطي TrueBeam 6 ميجافولت. وهذا يفتح الطريق لحساب الجرعة في الوقت الفعلي مباشرة في غرفة الإجراءات.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2604.09157
We introduce a novel learning framework for accelerated Monte Carlo (MC) dose calculation termed Energy-Shifting. This approach leverages deep learning to synthesize highly complex polyenergetic dose distributions directly from simple monoenergetic inputs under identical beam configurations. Unlike conventional denoising techniques, which rely on noisy low-count dose maps that compromise beam profile integrity, our method achieves superior cross-domain generalization on unseen datasets by integrating high-fidelity anatomical textures and source-specific beam similarity into the model's input space. Furthermore, we propose a novel 3D architecture termed TransUNetSE3D, featuring Transformer blocks for global context and Residual Squeeze-and-Excitation (SE) modules for adaptive channel-wise feature recalibration. Hierarchical representations of these blocks are fused into the network's latent space alongside the primary dose-map parameters, allowing physics-aware reconstruction. This hybrid design outperforms existing UNet and Transformer-based benchmarks in both spatial precision and structural preservation, while maintaining the execution speed necessary for real-time use. Our proposed pipeline achieves a Gamma Passing Rate exceeding 98% (3%/3mm) compared to the MC reference, evaluated within the framework of a treatment planning system (TPS) using 6MV TrueBeam Lineac Accelerator (LINAC) for prostate radiotherapy. These results offer a robust solution for fast volumetric dosimetry in adaptive radiotherapy.
معيار غاما 3%/3 مم يعني: في 98% من النقاط، لا تختلف الجرعة المحسوبة عن الجرعة المرجعية بأكثر من 3%، أو أن النقطة منزاحة بما لا يزيد عن 3 مم.