CN116940400A

CN116940400A - 优化放射疗法的治疗时间和计划质量的方法

Info

Publication number: CN116940400A
Application number: CN202280019868.9A
Authority: CN
Inventors: A·普里瓦利金; Y·沃罗年科; P·D·奥尔科特
Original assignee: RefleXion Medical Inc
Current assignee: RefleXion Medical Inc
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2023-10-24
Also published as: WO2022182679A1; EP4297864A1; US20230390585A1; CA3211126A1

Abstract

本文描述了一种图形用户界面，其接收用户指定的治疗时间值，并且显示针对目标区域和/或危及器官(OAR)的最终剂量分布。剂量分布被描绘为剂量体积直方图(DVH)。可以根据需要调整用户指定的治疗时间值，并且可以相应地更新针对目标区域和/或OAR的DVH。在一些变型方案中，该图形用户界面可以包括针对目标区域和/或OAR的有界DVH，其中DVH的边界表示介于短治疗时间(例如T_min)与长治疗时间(例如T_max)之间的剂量可变性范围。在一些变型方案中，该图形用户界面包括使用用户指定的治疗时间来触发注量图优化的命令按钮。

Description

优化放射疗法的治疗时间和计划质量的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年2月24日提交的美国临时专利申请号63/153,256的优先权，该申请的公开内容据此全文以引用方式并入本文。

背景技术

放射疗法的治疗计划包括定义辐射注量图，该辐射注量图将规定剂量递送到肿瘤，同时限制对周围健康组织的辐照。治疗计划注量图包含多个辐射小波束，这些辐射小波束在由放射疗法系统发射时，将向肿瘤递送规定剂量。由于外部射束放射疗法系统的限制以及肿瘤的形状、大小和位置可变，向肿瘤递送规定剂量总是会使周围组织暴露于某种程度的辐射。各种系统和/或剂量限制以及治疗目标可以表示为约束和目标，其中一些可以转化为代价函数。在治疗计划期间定义包括多个罚函数的代价函数，以指导注量图的优化和生成，使得对非肿瘤组织的辐照保持低于选定阈值。例如，代价函数可以包括一个或多个罚函数来“阻碍”对危及器官(OAR)的过量辐射剂量，以及/或者一个或多个罚函数来“阻碍”突然的注量变化和/或治疗辐射源发射过量辐射(例如，在监视器单元中，由治疗辐射源发射的总辐射)。

代价函数的罚函数可以彼此相对加权，其中它们的相对权重可以对应于它们的相对优先级。例如，限制对脊髓的剂量的罚函数可以具有比减少多叶准直器(MLC)叶转换数量的罚函数更高的权重。在许多情况下，罚函数权重由用户(例如，临床医生)定义，并且可以在治疗计划期间进行调整。然而，取决于代价函数的复杂性和患者的疾病状态，可能难以理解罚函数权重的特定组合对所生成的注量图以及/或者针对肿瘤和/或OAR(统称为感兴趣体积或VOI)的最终剂量分布的影响。更一般地，理解治疗计划约束和/或异议对剂量分布的影响可能具有挑战性。因此，需要在治疗计划期间对用户提供帮助的改进方法。

发明内容

本文描述了一种图形用户界面，包括：治疗时间选择器，其被配置为接收指定治疗时间的用户输入；针对VOI(例如，目标区域、OAR、任何波状外形体积)的剂量分布图，其描绘了针对治疗时间范围的剂量分布范围；以及可变剂量分布图，其表示在指定治疗时间针对VOI的剂量分布。在一个变型方案中，该图形用户界面可以包括：针对VOI的有界体积直方图(bDVH)，其中bDVH的下界和上界表示在T_min与T_max之间的治疗时间范围内的剂量分布范围；治疗时间选择器，其被配置为接收指定该治疗时间范围内的某个治疗时间的用户输入；以及可变DVH，其表示在指定治疗时间针对VOI的剂量分布。可变剂量分布图(例如，DVH)可以随着用户调整治疗时间而更新。在一些变型方案中，可变剂量分布图可以响应于不同治疗时间的用户选择而动态更新。例如，可变剂量分布图可以在不重新优化注量图的情况下更新。VOI可以是诸如肿瘤的目标区域，或诸如OAR的辐射回避区域。图形用户界面的一些变型方案可以包括针对多个VOI的bDVH图和可变DVH图，包括目标区域和/或辐射回避区域的任何组合，或者任何数量的目标区域和/或辐射回避区域。

本文还描述了生成包括针对VOI(例如，目标区域、OAR)的剂量分布图的图形用户界面的方法，该图形用户界面描绘了针对治疗时间范围的剂量分布范围，并且当用户选择该治疗时间范围(即，T_min≤t_selected≤T_max)内的不同治疗时间时，动态地更新针对一个或多个VOI的剂量分布图(例如，DVH)。生成描绘针对治疗时间范围的剂量分布范围的图形用户界面的方法的一个变型方案包括：计算向一个或多个VOI递送规定剂量的最短治疗时间T_min，计算向一个或多个VOI递送规定剂量的最长治疗时间T_max，在最短治疗时间T_min和最长治疗时间T_max生成针对一个或多个VOI的注量图和/或DVH，以及在最短治疗时间T_min与最长治疗时间T_max之间选择治疗时间，以及生成具有上界和下界的bDVH，该上界和下界可以从生成的注量图和/或DVH计算得出。根据所选择的治疗时间动态更新剂量分布图的方法的一个变型方案可以包括在针对所选择的治疗时间而生成的注量图和/或DVH之间进行插值，并且基于该插值生成DVH。该方法可以包括通过在对应于短于所选择时间的治疗时间的DVH与对应于长于所选择时间的治疗时间的DVH之间进行线性插值来生成针对所选择治疗时间的DVH。

用于放射疗法计划的GUI的一个变型方案可以包括：针对目标区域的有界剂量体积直方图(bDVH)，其包括下界DVH和上界DVH；治疗时间选择器，其被配置为接收指定治疗时间范围内的某个治疗递送时间的用户输入；以及针对目标区域的可变剂量体积直方图(DVH)，其表示针对目标区域对应于指定治疗递送时间的辐射剂量。bDVH可以表示在治疗递送时间范围内针对目标区域的辐射剂量值范围。针对目标区域的可变DVH可以覆盖在针对目标区域的bDVH上(例如，针对目标区域的可变DVH和bDVH可以包括在同一绘图中，任选地具有共享轴)，这可以有助于突出调整治疗递送时间对剂量分布的影响。下界DVH可以对应于下限治疗递送时间值，上界DVH可以对应于上限治疗递送时间值。例如，下限治疗递送时间值可以是最短治疗递送时间值，上限治疗递送时间值可以是最长治疗递送时间值。任选地，针对目标区域的bDVH可以还包括位于上界DVH曲线与下界DVH曲线之间的阴影。根据针对治疗时间选择器的用户输入，针对目标区域的可变DVH曲线可以在上界DVH曲线与下界DVH曲线之间变化。治疗时间选择器可以是图形滑块，该图形滑块能够在对应于低阈值治疗递送时间值的第一限值与对应于高阈值治疗递送时间值的第二限值之间移动。将滑块移动到第一限值与第二限值之间的某个位置可以对应于选择治疗递送时间。替代性地，治疗时间选择器可以是图形转盘，该图形转盘能够在对应于低阈值治疗递送时间的第一限值与对应于高阈值治疗递送时间的第二限值之间旋转。将转盘设定到第一限值与第二限值之间的某个位置可以对应于选择治疗递送时间。在一些变型方案中，最短治疗递送时间值可以由以下方式确定：通过基于包括治疗时间罚函数的代价函数迭代地调整一组小波束值来生成包括这些小波束值的注量图，使得该注量图向目标区域递送规定剂量，并且在这些小波束值的迭代之间代价函数值的变化小于选定阈值，然后计算递送所生成的注量图的时间量。最长治疗递送时间值可以由以下方式确定：通过基于包括危险器官(OAR)剂量罚函数的代价函数迭代地调整一组小波束值来生成包括这些小波束值的注量图，使得该注量图向目标区域递送规定剂量，并且在这些小波束值的迭代之间针对OAR的平均剂量变化小于选定阈值，然后计算递送所生成的注量图的时间量。

在一些变型方案中，GUI可以还包括针对感兴趣体积(VOI)的第二bDVH，其包括第二下界DVH曲线和第二上界DVH曲线，表示在治疗递送时间范围内针对VOI的辐射剂量值范围；以及针对VOI的第二可变DVH曲线，其表示针对VOI对应于指定治疗递送时间的辐射剂量。针对VOI的第二可变DVH可以覆盖在针对VOI的第二bDVH上(例如，针对目标区域的可变DVH和bDVH可以包括在同一绘图中，任选地具有共享轴)，这可以帮助用户直接查看改变治疗递送时间如何影响针对VOI的剂量分布。例如，将DVH覆盖或叠加在bDVH上可以帮助用户轻松地识别超出bDVH边界之外的剂量。在一些变型方案中，多个VOI(例如，目标区域、OAR)的DVH可以与对应的bDVH叠置，使得用户可以同时将多个VOI的DVH与bDVH进行比较。针对VOI的第二bDVH可以还包括位于上界DVH曲线与下界DVH曲线之间的阴影。根据针对治疗时间选择器的用户输入，针对VOI的第二可变DVH曲线可以在针对VOI的第二bDVH的上界DVH曲线与下界DVH曲线之间变化。VOI可以包括心脏、脊髓和/或食道。替代性地或除此之外，VOI可以包括危险器官(OAR)。

在一些变型方案中，GUI可以还包括针对第二VOI的第三bDVH，其包括第三下界DVH曲线和第三上界DVH曲线，表示在治疗递送时间范围内针对第二VOI的辐射剂量值范围；以及针对第二VOI的第三可变DVH曲线，其表示针对第二VOI对应于指定治疗递送时间的辐射剂量。任选地，GUI可以包括DVH查看者选择菜单，该菜单可以包括用于第一bDVH、第二bDVH和第三bDVH中每一者的图形选择切换开关，其中用户选择第一切换状态显示对应的bDVH，而用户选择第二切换状态则隐藏对应的bDVH。第一bDVH、第二bDVH和第三bDVH可以各自用不同的颜色描绘。

GUI可以还包括第一文本字段和第二文本字段，其中第一文本字段指示针对目标区域的平均剂量，第二文本字段指示在指定治疗递送时间内针对目标区域的最大剂量。GUI可以还包括由治疗时间选择器指定的治疗递送时间的图形指示符。在一些变型方案中，GUI可以包括命令按钮，该命令按钮利用由治疗时间选择器指定的治疗递送时间来触发治疗计划优化。

本文还公开了一种用于放射疗法计划的GUI，其包括治疗时间轴、治疗时间轴上的下限指示符、治疗时间轴上的上限指示符，以及治疗时间轴上介于下限指示符与上限指示符之间的治疗时间指示符，其中下限指示符处于将规定剂量递送到目标区域的最短治疗时间处，上限指示符处于将规定剂量递送到目标区域的最长治疗时间处。治疗时间指示符可以处于将规定剂量递送到目标区域的初始治疗时间处。初始治疗时间可以由以下方式计算：通过基于包括OAR罚函数的代价函数迭代地调整一组辐射小波束权重来生成包括这些小波束权重的注量图，使得该注量图向目标区域递送规定剂量，并且在这些小波束权重的迭代之间代价函数值的变化小于选定阈值，然后计算递送所生成的注量图的时间量。在一些变型方案中，最短治疗时间可以由以下方式确定：通过基于包括治疗时间罚函数的代价函数迭代地调整一组小波束值来生成包括这些小波束值的注量图，使得该注量图向目标区域递送规定剂量，并且在这些小波束值的迭代之间代价函数值的变化小于选定阈值，然后计算递送所生成的注量图要耗费的时间量。最长治疗时间可以由以下方式确定：通过基于包括危险器官(OAR)剂量罚函数的代价函数迭代地调整一组小波束值来生成包括这些小波束值的注量图，使得该注量图向目标区域递送规定剂量，并且在这些小波束值的迭代之间针对OAR的平均剂量变化小于选定阈值，然后计算递送所生成的注量图的时间量。

本文还公开了生成和更新用于放射疗法计划的GUI的方法。生成GUI的方法的一个变型方案可以包括：使用具有多个罚函数的代价函数生成向目标区域递送规定剂量的第一注量图，所述多个罚函数中包括的治疗时间罚函数比其他罚函数加权更重；计算用于递送第一注量图的时间量T_min；生成第二注量图，其向目标区域递送规定剂量并优化针对辐射回避区域的剂量；计算用于递送第二注量图的时间量T_max；生成治疗递送时间介于T_min与T_max之间的多个注量图；针对目标区域生成有界剂量体积直方图(bDVH)，该直方图表示第一注量图、第二注量图和所生成的多个注量图上的剂量可变性；生成GUI，该GUI包括bDVH、被配置为指定介于T_min与T_max之间的治疗递送时间的治疗时间选择器，以及针对目标区域的可变DVH曲线，该可变DVH曲线表示针对目标区域对应于可变注量图的剂量，该可变注量图中的治疗递送时间接近指定的治疗递送时间；以及将GUI输出到显示装置。该方法可以包括针对辐射回避区域生成bDVH，该bDVH表示第一注量图与第二注量图之间的剂量可变性。任选地，该方法可以包括针对辐射回避区域生成可变DVH曲线，该可变DVH曲线表示对应于可变注量图的针对辐射回避区域的剂量。该方法还可以包括响应于由治疗时间选择器指定的对治疗递送时间的选择，更新针对辐射回避区域的可变DVH。在一些变型方案中，该方法可以还包括响应于由治疗时间选择器指定的对治疗递送时间的选择，更新针对目标区域的可变DVH。任选地，这些方法可以还包括基于治疗时间选择器对治疗递送时间的最终选择来生成最终注量图。在一些变型方案中，第一注量图可以包括第一组小波束值，生成第一注量图可以包括基于代价函数迭代地调整第一组小波束值，使得第一注量图向目标区域递送规定剂量。第二注量图可以包括第二组小波束值，并且生成第二注量图可以包括定义第二代价函数，该第二代价函数包括辐射回避区域罚函数和无治疗时间罚函数，并且优化针对辐射回避区域的剂量包括基于第二代价函数迭代地调整第二组小波束值，使得第二注量图向目标区域递送规定剂量，并且在小波束值的迭代之间针对辐射回避区域的平均剂量变化小于选定阈值。这些方法可以任选地包括生成对应于针对目标区域和/或辐射回避区域的附加注量图的附加DVH。

在一些变型方案中，生成附加注量图可以包括：选择介于T_min与T_max之间的治疗递送时间T_selected；通过组合第一注量图和第二注量图，生成包括一组小波束值的中间注量图；根据所选择的治疗递送时间T_selected调整代价函数的治疗时间罚函数；以及通过基于经调整的代价函数迭代地调整中间注量图的小波束值，针对所选择的治疗递送时间T_selected生成附加注量图，使得目标区域接收规定剂量，并且在小波束值的迭代之间代价函数值的变化小于选定阈值。在一些变型方案中，组合第一注量图和第二注量图可以包括生成帕累托最优注量图的近似图。例如，帕累托最优注量图的近似图可以包括第一注量图和第二注量图的凸组合。调整治疗时间罚函数可以包括将治疗时间罚函数从w·T_est改变为其中w是治疗时间罚函数的权重，T_est是针对注量图某次迭代的治疗时间。在一些变型方案中，所选择的治疗递送时间可以在T_min与T_max之间的中间位置。在一些变型方案中，生成多个注量图可以包括针对每个注量图计算计划质量度量值，然后针对与注量图对应的治疗递送时间定义介于T_min与T_max之间的治疗递送时间子范围，这些注量图的计划质量度量值彼此相差超过指定界限。例如，生成治疗递送时间介于T_min与T_max之间的多个注量图可以包括：针对每个治疗递送时间定义具有治疗时间罚函数的代价函数，该治疗时间罚函数包括对应于相应治疗时间的治疗时间阈值；以及基于所定义的代价函数迭代地调整注量图小波束值，使得目标区域接收规定剂量，并且在迭代之间代价函数值的变化小于选定阈值。在一些变型方案中，生成多个注量图可以还包括重复地定义治疗递送时间的子范围，在这些子范围内选择治疗时间，针对所选择的治疗时间生成注量图，以及针对所生成的注量图计算计划质量度量值。计划质量度量值可以由针对辐射回避区域的平均剂量和/或针对注量图的代价函数值来计算。一些方法可以还包括响应于由治疗时间选择器指定的更新的治疗递送时间，更新针对目标区域的可变DVH曲线。更新可变DVH可以包括在对应于治疗递送时间界定更新的治疗递送时间的注量图的DVH之间进行插值。替代性地或除此之外，更新可变DVH可以包括在治疗递送时间界定更新的治疗递送时间的注量图之间进行插值，以生成插值的注量图，然后从该插值的注量图生成更新的可变DVH。一些变型方案可以还包括计算针对目标区域和辐射回避区域的平均剂量以及计算针对目标区域和辐射回避区域的最大剂量，GUI可以包括显示针对目标区域和辐射回避区域的平均剂量和最大剂量的文本字段，并且更新可变DVH曲线可以还包括更新针对目标区域和辐射回避区域的平均剂量和最大剂量。

附图说明

图1A描绘了图形用户界面(GUI)的一个变型方案的框图表示。

图1B至图1D描绘了图形治疗时间选择器的变型方案。

图1E描绘了GUI的一个变型方案。

图1F描绘的GUI中所选择的治疗时间为9.7分钟，并且该GUI显示治疗时间为9.7分钟的注量图的剂量度量和可变剂量图形。

图1G描绘的GUI中所选择的治疗时间为18.3分钟，并且该GUI显示治疗时间为18.3分钟的注量图的剂量度量和可变剂量图形。

图1H描绘了使用GUI来促进基于所选择的治疗时间进行注量图优化的方法的一个变型方案的流程图表示。

图2描绘了将初始治疗时间相对于最短治疗时间和最长治疗时间进行绘图的GUI的一个变型方案。

图3描绘了生成放射疗法计划GUI的方法的一个变型方案的流程图表示，该GUI描绘了与各种治疗递送时间相关的辐射剂量信息。

图4A描绘了生成治疗递送时间可以是治疗时间范围下限的注量图的方法的一个变型方案的流程图表示。

图4B描绘了生成治疗递送时间可以是治疗时间范围上限的注量图的方法的一个变型方案的流程图表示。

图5描绘了在治疗时间范围内选择治疗时间并生成治疗递送时间对应于所选择的治疗时间的注量图的方法的一个变型方案的流程图表示。

图6描绘了基于使用治疗时间选择器对治疗时间的选择来更新GUI的方法的一个变型方案的流程图表示。

图7描绘了生成包括初始治疗时间(例如，具有特定代价函数的注量图)相对于最短治疗时间和最长治疗时间的绘图的GUI的方法的一个变型方案的流程图表示。

具体实施方式

在治疗计划期间，临床医生检查计划图像(例如，CT图像、PET图像、MR图像等)并勾画出目标区域和辐射回避区域的轮廓，这些区域在本文中统称为感兴趣体积(VOI)。VOI的实例可以包括：肿瘤；肿瘤周围的容积壳，其考虑了肿瘤边缘处的位置变化和/或不确定性和/或微观疾病(例如，大体肿瘤体积(GTV)、临床目标体积(CTV)、计划目标体积(PTV)、内部目标体积(ITV))；危及器官(OAR)；以及/或者由临床医生定义的任何波状外形体积。它们还可以定义针对每个波状外形区域的剂量目标。例如，临床医生可以设置针对每个目标区域的辐射剂量(即，规定剂量和/或可接受的剂量值范围)，而且还可以设置针对每个辐射回避区域的辐射剂量的限值(例如，被认为“安全”的最大剂量)。治疗计划的目标是生成将规定剂量递送到一个或多个目标区域的注量图，同时最小化不期望的辐照特性。不期望的辐照特性的实例可以包括例如：针对OAR的剂量过量、注量图不平滑(例如，注量图的小波束值之间的变化梯度大)、治疗时间延长，等等。治疗计划可以包括定义代价函数，该代价函数包括多个罚函数，这些罚函数可以阻碍这些(和其他)不期望的治疗特性。在一些变型方案中，这些罚函数可以相对于彼此加权，从而反映罚函数的优先级或重要性。可以针对注量图计算代价函数的值，该值可以是指示注量图“回避”不期望特性达到何种程度的分数。例如，具有高代价函数值的注量图表明，该注量图与具有低代价函数值的注量图相比具有更普遍的不期望特性。理想地，放射疗法计划系统生成满足剂量目标、同时最小化代价函数值的注量图。注量图优化是一个迭代过程，通过该过程调整注量图的小波束值，以找到满足剂量目标、同时最小化代价函数的小波束值。

由于注量图的生成受代价函数引导，所以改变代价函数的任何一个罚函数的定义和/或其相对于其他罚函数的权重可以影响所得注量图的小波束值，从而影响针对VOI的辐射剂量。然而，由于代价函数、剂量目标、VOI数量和其他治疗参数的复杂性，临床医生可能难以评价改变一个优化参数(诸如一个特定的罚函数)会如何影响针对VOI的辐射剂量，以及该剂量效应是否可接受。例如，临床医生可能希望改变注量图的治疗时间(例如，对其进行约束，使其不超过上限)，并且评价增加或减少治疗时间对该剂量针对某些OAR的效应的影响是否大于对该剂量针对其他OAR的效应的影响，以及该剂量效应是否可接受。此外，针对每次调整罚函数来优化注量图在计算上可能既密集又耗时。

本文描述了用于计算和显示辐射剂量信息的各种放射疗法计划系统图形用户界面(GUI)和方法。GUI的一个变型方案可以为用户提供选择治疗时间的选项，并且显示针对一个或多个VOI对应于所选择治疗时间的辐射剂量信息。给定辐射注量图的“治疗时间”或“治疗递送时间”是放射疗法系统在治疗环节(即，单个部分)期间发射由注量图指定的辐射小波束将要耗费的时间量。也就是说，治疗时间可以指放射疗法系统发射辐射以便递送注量图所需要的持续时间。在一些情况下，具有较长治疗时间的注量图相比具有较短治疗时间的注量图可以提供更好的剂量特性(例如，更适形的剂量，向肿瘤提供规定剂量、同时减少对周围组织的辐照)。当用户选择不同的治疗时间值时，GUI可以动态地(例如，实时地)更新针对一个或多个VOI的辐射剂量信息。在一些变型方案中，GUI可以包括表示治疗时间范围的第一图形，以及表示针对一个或多个VOI对应于该治疗时间范围的辐射剂量值范围的第二图形。这可以帮助用户理解治疗时间与由治疗计划递送的剂量之间的权衡。在一些变型方案中，由治疗计划的注量图递送的剂量的“质量”可以基于在将规定辐射递送到一个或多个肿瘤期间由一个或多个OAR接收的辐射量来评价。

显示在GUI上的治疗时间和剂量信息可以帮助用户控制或确定向VOI提供适当辐射剂量的治疗时间。一旦用户最终确定了治疗时间选择，放射疗法计划系统于是就可以将最终选择的治疗时间合并到优化代价函数的治疗时间罚函数中，并且通过基于该代价函数迭代地调整注量图的小波束权重来生成注量图，直到所得注量图是在用户所选择的治疗时间内向目标区域递送规定剂量的注量图为止。本文描述的GUI和方法可以在注量图优化之前使用，以帮助定义代价函数(例如，通过指定罚函数权重的值或值范围)，并且/或者可以用作注量图优化的一部分(例如，在该优化的迭代之间，作为生成最终注量图之前的最后一次迭代中的最后一步)。在一些变型方案中，该方法可以包括从每个VOI的最终注量图计算剂量信息(例如，平均剂量、最大剂量、DVH)，以及更新GUI以显示剂量信息和对应的治疗时间。

本文还描述了生成治疗时间和剂量信息的GUI的方法，使得基于用户指定的治疗时间更新剂量信息不需要多次手动优化迭代。生成GUI的方法的一个变型方案包括定义治疗时间范围(例如，选择最短治疗时间T_min和最长治疗时间T_max)、针对在治疗时间范围内选择的治疗时间(包括针对最短治疗时间T_min和最长治疗时间T_max)计算注量图和相应的剂量信息，以及生成表示整个治疗时间范围内的剂量可变性的剂量图形。在一些变型方案中，针对特定治疗时间生成注量图可以包括使用先前针对其他治疗时间生成的注量图的加权组合。可以使用针对所选择治疗时间而生成的注量图来生成剂量图。GUI可以包括剂量图形、被配置为接收指定治疗时间的用户输入的治疗时间选择器，以及反映对应于指定治疗时间的剂量信息的可变剂量图形。剂量图形的实例可以包括针对一个或多个VOI的DVH、有界DVH(bDVH)、平均剂量、最小剂量和/或最大剂量。

用户可以使用治疗时间选择器来改变治疗时间，并且可以动态地更新GUI，使得可变剂量图形反映在更新的治疗时间内递送到一个或多个VOI的剂量。例如，剂量图形可以包括bDVH，其表示整个治疗时间范围内的剂量可变性；可变剂量图形可以包括DVH，其表示对应于指定治疗时间的剂量。可变剂量图形可以使用在GUI生成期间计算的注量图和/或剂量信息来生成。在一些变型方案中，针对治疗时间范围内用户所选择的治疗时间动态地更新剂量图形可以包括在先前生成的注量图和/或剂量信息之间进行插值，并且/或者可以包括生成先前生成的注量图和/或剂量信息的凸组合。使用先前生成的注量图和/或剂量信息来更新所选择的治疗时间的剂量信息可以促进对剂量图形进行快速更新，而不需要计算密集型的计算(诸如注量图优化)。

描绘剂量和治疗时间的图形用户界面

图1A是GUI的一个变型方案的框图表示。在该变型方案中，GUI(2)可以包括剂量图形(4)、可变剂量图形(6)和治疗时间选择器(8)。治疗时间选择器可以是允许用户选择所需治疗时间的图形输入。在一些变型方案中，治疗时间选择器(8)可以指示治疗时间的范围(9)，使得用户被限制为在该范围内选择某个治疗时间。剂量图形(4)可以包括针对一个或多个VOI的一个或多个剂量度量(3)，其可以表示在治疗时间范围内针对VOI的辐射剂量值范围。例如，针对VOI的剂量图形(4)可以包括bDVH、DVH、平均剂量值、最小剂量值、最大剂量值等中的一者或多者。GUI(2)可以包括剂量图形(4)，该剂量图形包括bDVH(3a)以及显示在所选择的治疗时间针对VOI的平均剂量(3b)和最大剂量(3c)的文本字段。可变剂量图形(6)可以包括针对一个或多个VOI的剂量度量(7)，该剂量度量表示在用户经由治疗时间选择器选择的治疗时间内针对VOI的辐射剂量值。每当用户经由治疗时间选择器输入不同的治疗时间时，可变剂量图形的剂量度量值可以更新。在一些变型方案中，可变剂量图形的至少一部分可以与剂量图形的至少一部分叠加或叠置。例如，包括DVH的可变剂量图形可以叠加在包括bDVH的剂量图形上，这可以允许用户将具有所选择的治疗时间的注量图的剂量分布与具有治疗递送时间范围的注量图的剂量分布进行比较。这可以帮助用户直接看到改变治疗递送时间如何影响剂量分布。例如，将DVH覆盖或叠加在bDVH上可以帮助用户轻松地识别超出bDVH边界之外的剂量。在一些变型方案中，多个VOI(例如，目标区域、OAR)的DVH可以与对应的bDVH叠置，使得用户可以同时将多个VOI的DVH与bDVH进行比较。

在GUI的一个变型方案中，治疗时间选择器(8)可以包括能够在下限与上限(即，治疗时间范围)之间移动的图形滑块(10)，其中该滑块的位置表示对治疗时间的选择。替代性地，如图1B所示，治疗时间选择器可以包括能够在下限(13a)与上限(13b)之间旋转的图形转盘(12)，其中该转盘的径向位置(例如，介于0°与360°之间的角位置，或者介于0°与360°之间的角范围子集)表示对治疗时间的选择。在一些变型方案中，治疗时间选择器(8)可以包括输入文本字段(14)，其被配置为接收由用户输入的指示期望治疗时间的数字文本，如图1C所示。图1D描绘的治疗时间选择器(8)包括数字小键盘(16)，用户可以在其中输入指定所需治疗时间的数字。包括输入文本字段或小键盘的治疗时间选择器可以任选地包括一个或多个显示可选治疗时间范围的文本字段，如果用户输入该治疗时间范围之外的治疗时间，则放射疗法计划系统随后可以生成治疗时间超出范围的通知。例如，可选治疗时间范围的下限可以显示在标记为“最短治疗时间”的第一文本字段中，而该范围的上限可以显示在标记为“最长治疗时间”的第二文本字段中。图1B描绘了治疗时间选择器的一个实例，其任选地包括指示最短可选治疗时间(15a)和最长可选治疗时间(15b)的文本字段。在一些变型方案中，可以存在允许用户选择其偏好的治疗时间选择器图形(例如，在滑块、转盘或文本框之间选择)和/或选择一个或多个VOI的显示设置(20)，针对所述一个或多个VOI的剂量图形和可变剂量图形将被包括在GUI中。下限可以对应于治疗时间的下界(T_min)，而上限可以对应于治疗时间的上界(T_max)。在一些变型方案中，治疗时间的下界可以是这样的治疗时间：低于该治疗时间，注量图将不能满足剂量目标，例如，不能将规定剂量递送到目标区域以及/或者将OAR暴露在高于预先确定的阈值的辐射水平下。治疗时间的上界可以是这样的治疗时间：其超过临床上可接受的治疗时间(例如，长于患者能够忍受的治疗固定时间、长于分配的治疗环节间歇时间，等等)，并且/或者可以是阈值，一旦超过该阈值，治疗时间的进一步增加只能引起治疗计划质量的微小(如果有的话)改善。

图1E描绘了放射疗法计划系统图形用户界面(GUI)的一个变型方案。GUI(100)可以包括针对目标区域(101)的剂量图形(102)、治疗时间选择器(104)和覆盖在剂量图形上的针对目标区域的可变剂量图形(106)(例如，针对目标区域的可变DVH和bDVH可以包括在同一绘图中，任选地具有共享轴)。在该变型方案中，针对目标区域的剂量图形(102)是有界DVH(bDVH)，可变剂量图形(106)是在bDVH的边界内的DVH曲线。治疗时间选择器(104)可以包括能够在治疗时间范围的下限(114)与上限(116)之间移动的滑块。滑块相对于下限和上限的位置指定了治疗时间(在该实例中为19.4分钟)。有界DVH(102)可以包括下界DVH(108)和上界DVH(110)。bDVH(102)可以包括介于下界DVH(108)与上界DVH(110)之间的阴影区域(112)，其可以帮助在视觉上突出在治疗时间范围内针对目标区域(101)的剂量分布可变性范围。任选地，可变剂量图形可以包括文本字段，这些文本字段指示在所选择的治疗时间内针对目标区域(101)的最大剂量(Gy)值(103)、平均剂量(Gy)值(105)和/或最小剂量(Gy)值。当用户使用选择器(104)选择不同的治疗时间时，DVH(106)和/或剂量文本字段(103，105)可以改变。在一些变型方案中，当用户在上限与下限之间移动滑块时，针对目标区域的DVH(106)和/或剂量文本字段(103，105)可以动态更新。将可变剂量图形与剂量图形叠置可以帮助用户直接看到改变治疗递送时间如何影响剂量分布。例如，将DVH覆盖或叠加在bDVH上可以帮助用户轻松地识别超出bDVH边界之外的剂量。

GUI可以包括针对其他VOI的剂量图形和可变剂量图形，使得用户可以看到调整治疗时间如何影响针对这些VOI的剂量。例如，GUI可以包括针对围绕目标区域的5mm壳、15mm壳和/或20mm壳(在这里表示为PTV体积)的剂量图形，以及/或者针对一个或多个OAR(诸如心脏、食道、肺、皮肤和脊髓)的剂量图形。图形用户界面(100)可以包括针对围绕目标区域的15mm壳的bDVH(120)和DVH(122)，以及针对食道的bDVH(130)和DVH(132)。bDVH(120，130)可以各自包括在下界DVH与上界DVH之间延伸的阴影区域(124，134)，其表示针对15mm壳与食道的剂量分布可变性与治疗时间的函数关系。当用户使用治疗时间选择器选择不同的治疗时间时，针对15mm壳与食道的DVH(122，132)可以改变。在一些变型方案中，当用户在上限与下限之间移动滑块时，针对15mm壳与食道的DVH(122，132)可以动态更新。当用户指定不同的治疗时间时，针对15mm壳与食道的剂量文本字段(平均剂量、最大剂量)也可以更新。将多个VOI(例如，目标区域、OAR)的DVH与相应的bDVH叠置可以帮助用户同时比较针对多个VOI的DVH与bDVH，这可以有助于生成治疗时间如何影响多个VOI整体的定性感受。

图1F和图1G描绘了随着用户选择不同治疗时间而变化的GUI(100)。GUI(100)包括具有滑块(115)的治疗时间选择器(104)，用户可以移动该滑块来选择治疗时间、包括bDVH曲线的剂量图形和包括DVH曲线的可变剂量图形。图1F和图1G两者中的GUI具有相同的bDVH，阴影区域表示整个治疗时间范围内的剂量可变性。例如，GUI(100)描绘了针对PTV的bDVH(161)、针对5mm壳的bDVH(163)、针对15mm壳的bDVH(165)、针对胸壁的bDVH(167)，以及针对皮肤的bDVH(169)。当用户使用滑块(115)选择不同的治疗时间时，可变剂量图形改变。在图1F中，所选择的治疗时间是9.7分钟，而在图1G中，所选择的治疗时间是18.3分钟。本文描述的方法可以用于计算治疗递送时间为9.7分钟的注量图和治疗递送时间为18.3分钟的注量图的可变剂量图形(在该实例中，其包括DVH曲线、平均剂量和最大剂量)。如图1F所示(治疗时间＝9.7分钟)，针对5mm壳的DVH曲线(162)、针对15mm壳的DVH曲线(162)，连同针对胸壁的DVH曲线(166)和针对皮肤的DVH曲线(168)都处于或接近它们各自的bDVH的上界，而针对PTV的DVH曲线(160)处于或接近其bDVH(161)的下界。在图1G中(治疗时间＝18.3分钟)，针对5mm壳的DVH曲线(162)、针对15mm壳的DVH曲线(162)，连同针对胸壁的DVH曲线(166)和针对皮肤的DVH曲线(168)都处于或接近它们各自的bDVH的下界，而针对PTV的DVH曲线(160)处于或接近其bDVH(161)的上界。通过将治疗时间几乎翻倍，针对PTV的剂量增加，而针对周围组织(例如，壳、胸部、皮肤等)的剂量减少。用户可以移动滑块(115)来选择其他治疗时间，并且使用本文描述的方法，GUI(100)可以动态地(例如，实时地)更新可变剂量图形，以反映治疗时间对剂量分布的影响。

GUI(100)的治疗时间选择器(104)可以包括用户能够在下限(114)与上限(116)之间移动的滑块(115)。当滑块(115)正在移动以及/或者当滑块(115)停在下限与上限之间的某个位置时，可以用治疗时间值来更新文本字段(118)。任选地，治疗时间选择器可以包括在上限和下限(114，116)附近的附加文本框，其指示在每个限值处的治疗时间值。任选地，治疗时间选择器可以是转盘，其中转盘的旋转由上限和下限界定，使得用户可以在治疗时间范围内指定治疗时间。在其他变型方案中，治疗时间选择器可以包括输入文本字段或数字小键盘。

GUI可以还包括剂量图形查看者选择菜单，该菜单包括针对每个剂量图形的选择切换开关。用户可以使用选择切换开关来指示他们希望查看剂量信息的VOI。例如，GUI可以只针对用户已经选择的VOI显示剂量图形和可变剂量图形。例如，GUI(100)可以包括DVH查看者选择菜单(107)，该菜单包括针对每个VOI的切换开关或复选框。VOI的“20mm壳”可以具有其自身的切换开关(107a)，而“15mm壳”可以具有其自身的切换开关(107b)。如图1A举例说明的，没有选择“20mm壳”切换开关(107a)，而选择了“15mm壳”切换开关(107b)，结果是针对“15mm壳”的剂量图形和可变剂量图形显示出来，而针对“20mm壳”的剂量图形和可变剂量图形隐藏不见。在一些变型方案中，平均剂量图形和最大剂量图形始终显示，而不管针对其各自VOI的切换开关状态是怎样的，而在其他变型方案中，平均剂量图形和最大剂量图形可以根据查看者选择菜单的指示而显示或隐藏。根据需要，针对各种VOI的剂量图形和可变剂量图形可以具有不同的颜色或线宽和图案。

GUI可以包括命令按钮，该命令按钮触发放射疗法计划系统利用由治疗时间选择器指定的治疗时间来优化治疗计划。作为一个实例，GUI(100)可以包括“更新计划”按钮(111)，该按钮使用代价函数来启动注量图优化算法，该代价函数包括结合了用户指定的治疗时间的治疗时间罚函数。在放射疗法计划系统生成已经使用用户指定的治疗时间来优化的注量图之后，可以根据新生成的注量图来更新GUI的剂量图形和可变剂量图形。临床医生可以检查针对一个或多个VOI的剂量信息，然后提供他们对注量图的批准。替代性地或除此之外，GUI可以用于在注量图优化开始时(例如，在任何注量图迭代之前，或者作为最初几次注量图迭代的一部分)帮助定义代价函数，或者可以在注量图优化接近结束时(例如，在最后几次注量图迭代期间，或者作为最后一次注量图迭代)用于生成最终注量图。

使用描绘剂量和治疗时间的图形用户界面的方法

本文描述的GUI可以用于帮助促进放射疗法治疗计划的注量图优化阶段，并且可以用于例如指导对临床上可接受的治疗时间的选择，从而生成满足针对VOI的剂量目标的注量图。图1H描绘了使用GUI来促进基于所选择的治疗时间进行注量图优化的方法的一个变型方案。方法(140)可以包括：接收(142)对治疗时间范围内(例如，介于T_min与T_max之间)的某个治疗时间的选择；根据所选择的治疗时间更新(144)针对一个或多个目标区域以及/或者一个或多个OAR的剂量图形；然后将针对一个或多个目标区域以及/或者一个或多个OAR的更新的剂量图形输出(146)到显示装置。用户可以结合相应的治疗时间来查看剂量图形，并且可以决定选择不同的治疗时间，即，根据需要多次重复这些步骤(142至146)。方法(140)然后可以包括：接收(148)命令输入以使用代价函数启动注量图优化，该代价函数包括结合了所选择的治疗时间值的治疗时间罚函数；根据所生成的注量图更新(150)针对一个或多个目标区域以及/或者一个或多个OAR的剂量图形；然后将针对一个或多个目标区域以及/或者一个或多个OAR的更新的剂量图形和相应的治疗时间输出(152)到显示装置。在一些变型方案中，剂量图形可以包括剂量分布图，诸如DVH、bDVH，和/或显示剂量度量(诸如最小剂量、最大剂量和/或平均剂量)的文本字段。方法(140)可以与本文描述的任何GUI一起使用，包括例如图1A至图1G中描绘的GUI。虽然方法(140)可以在注量图优化接近结束时(例如，在最后几次注量图迭代期间，或者作为最后一次注量图迭代)用于生成最终注量图，但是应当理解，方法(140)可以在注量图优化开始时使用(例如，在任何注量图迭代之前，或者作为最初几次注量图迭代的一部分)。

在一些变型方案中，放射疗法治疗计划可以包括通过基于包括各种罚函数的代价函数迭代地调整注量图的小波束值来生成注量图，其中一个罚函数可以是仅当估计的治疗时间超过治疗时间阈值时招致惩罚的治疗时间罚函数。所得的注量图可以具有落在治疗计划时间范围内的治疗时间(即，持续时间)，其中该范围的下限可以是与将规定剂量递送到目标区域的注量图相关联的最短治疗时间，该范围的上限可以是与将规定剂量递送到目标区域的注量图相关联的最长治疗时间，并且其中针对OAR的平均剂量稳定在可接受的临床水平。所得注量图的治疗时间(可以称为初始治疗时间)可以相对于最短治疗时间和最长治疗时间进行绘图。相对于最短治疗时间和最长治疗时间的位置可以指示增加治疗时间罚函数的阈值是否可能大幅度改善递送到一个或多个VOI的剂量的特性。放射疗法治疗计划可以包括确定由具有特定治疗时间的注量图递送的剂量是否是临床上可接受的，如果不是，则调整优化过程的参数以生成替代注量图。在一些变型方案中，调整优化过程的参数可以包括调整代价函数的一个或多个罚函数。例如，临床医生在查看了将初始治疗时间相对于最短治疗时间和最长治疗时间进行绘图的GUI以及所得的VOI剂量之后，可以决定调整治疗时间罚函数。在初始治疗时间与最短治疗时间的差值小于与最长治疗时间的差值的情况下，这可能表明增大治疗时间罚函数的阈值会产生剂量特性更佳的注量图(例如，满足剂量目标、向目标递送规定剂量，以及最大程度减少对非目标的辐照)。替代性地，如果初始治疗时间与最长治疗时间的差值小于与最短治疗时间的差值，这可能表明进一步增大治疗时间罚函数的阈值会产生其剂量特性的改善很小(如果有的话)的注量图。这可以鼓励临床医生调整其他罚函数来获得针对VOI的期望剂量。

图2中描绘了GUI的一个实例，其包括初始治疗时间相对于最短治疗时间和最长治疗时间的绘图。GUI(200)可以包括治疗时间轴(202)、下限指示符(204)、上限指示符(206)和治疗时间指示符(208)。治疗时间指示符(208)可以包括沿治疗时间轴(202)定位的图形元素，并且可以表示在治疗计划期间使用初始代价函数生成的注量图的治疗时间。在一些变型方案中，放射疗法治疗计划可以包括通过调整代价函数以反映不同的治疗参数来生成不同的注量图。例如，调整代价函数可以包括改变代价函数的一个或多个罚函数的权重和/或定义。在本文描述的变型方案中，可以通过调整代价函数的治疗时间罚函数来生成不同的注量图。放射疗法治疗计划系统可以计算治疗时间的下限(例如，用于递送向目标区域递送规定剂量的注量图的治疗时间可以是“最短”治疗时间)，并且将计算出的下限表示为指示符(204)。放射疗法治疗计划系统可以计算治疗时间的上限(例如，用于递送向目标区域递送规定剂量的注量图、同时向OAR递送减少的辐射量的治疗时间可以是“最长”治疗时间)，并且将计算出的上限表示为指示符(206)。治疗时间指示符(208)可以表示正在考虑的注量图的递送时间，并且可以由不同于下限指示符(204)和上限指示符(206)的图形元素的图形元素来表示。在一些变型方案中，可以存在多个治疗时间指示符(208)，其代表多个注量图的治疗时间/持续时间。这可以便于比较注量图，并且帮助临床医生选择某个注量图以供进一步考虑。下文进一步描述生成图2的GUI的方法。

生成用于优化剂量和治疗时间的图形用户界面的方法

生成描绘与各种治疗递送时间相关的辐射剂量信息的放射疗法计划GUI的方法的一个变型方案可以包括：生成治疗递送时间介于治疗时间下限与治疗时间上限之间的注量图集合；生成针对每个VOI表示在整个治疗时间范围内的剂量可变性的bDVH；以及将包括所生成的bDVH和治疗时间选择器的GUI输出到显示装置。任选地，可以为注量图集合中的每个注量图计算针对每个VOI的DVH。该方法还可以包括：基于治疗时间接近由治疗时间选择器选择的治疗时间的注量图，计算针对一个或多个VOI中的每个VOI的可变DVH，以及将该可变DVH覆盖到针对相应VOI所生成的bDVH上。响应于对各种治疗递送时间的选择而动态更新GUI的辐射剂量信息的一个变型方案可以包括：生成治疗递送时间接近所选择的治疗时间的注量图；计算针对一个或多个VOI的更新的可变DVH；用更新的可变DVH来更新GUI；以及将更新的GUI输出到显示装置。在一些变型方案中，生成治疗递送时间接近所选择的治疗时间的注量图可以包括：确定是否已经计算出治疗递送时间接近所选择的治疗时间的注量图，如果已经生成了该注量图(即，在所生成的注量图集合内)，则用从该注量图计算出的DVH来更新GUI的可变DVH，然后将更新的GUI输出到显示装置。然而，如果还没有生成治疗递送时间接近所选择的治疗时间的注量图(即，不在所生成的注量图的集合内)，则该方法可以包括：生成中间注量图，该中间注量图是注量图集合中的治疗递送时间界定所选择的治疗时间的两个或更多个注量图的插值(例如，线性插值、凸插值)；用从中间注量图计算出的DVH更新GUI的可变DVH；以及将更新的GUI输出到显示装置。在为该注量图集合中的注量图计算针对VOI的DVH的变型方案中，响应于对各种治疗递送时间的选择来更新GUI的辐射剂量信息可以包括：针对VOI生成中间DVH，这些中间DVH是通过对治疗递送时间界定所选择的治疗时间的两个或更多个DVH进行插值(例如，线性插值、凸插值)来计算的；用这些中间DVH更新GUI的可变DVH；以及将更新的GUI输出到显示装置。

图3描绘了生成放射疗法计划GUI的方法的一个变型方案的流程图表示，该GUI描绘了与各种治疗递送时间相关的辐射剂量信息。方法(300)可以包括：使用具有多个罚函数的代价函数生成(302)向目标区域递送规定剂量的第一注量图，所述多个罚函数中包括的治疗时间罚函数比其他罚函数加权更重；计算(304)用于递送第一注量图的时间量T_min；生成(306)第二注量图，其向目标区域递送规定剂量并优化OAR剂量度量；计算(308)用于递送第二注量图的时间量T_max；生成(310)治疗递送时间介于T_min与T_max之间的附加注量图；生成(312)针对目标区域和/或OAR的bDVH，其表示所生成的注量图上的剂量可变性；生成(314)图形用户界面，其包括针对目标区域和/或OAR的bDVH、指定治疗递送时间的治疗时间选择器，以及针对目标区域和/或OAR的可变DVH曲线，该可变DVH曲线表示针对目标区域和/或OAR对应于治疗递送时间接近指定的治疗递送时间的可变注量图的剂量；以及将所生成的图形用户界面输出(316)到显示装置。

特定注量图的治疗递送时间对于将用于向患者递送治疗辐射的放射疗法系统来说可能是特定的，因此，治疗递送时间对于不同的放射疗法系统可能不同。在一些变型方案中，计算治疗递送时间(304，308)可以包括向放射疗法治疗计划系统提供放射疗法系统的有关波束生成、波束递送和/或患者治疗床参数的某些参数，以计算递送注量图将要耗费的时间量。例如，可以为放射疗法治疗计划系统提供数据，诸如每个治疗辐射脉冲(例如，每个线性加速器脉冲、电子枪脉冲等)递送的剂量、系统能够针对治疗辐射源的每个位置递送的脉冲的数量、辐射源从一个位置移动到另一个位置可以达到的速度、患者治疗床位置的数量、在每个治疗床位置(也称为“波束站”)处的停留时间、治疗床位置之间的距离，以及/或者治疗床移动到每个治疗床位置可以达到的速度。对于包括安装在圆形可旋转台架(例如，其也许能够围绕治疗床连续旋转)上的治疗辐射源的放射疗法系统，还可以向计划系统提供治疗辐射源完成单次旋转的时间量。这些参数可以从模拟数据和/或实验数据(例如，从放射疗法系统取得的实际测量结果)中导出。在一个变型方案中，通过基于线性加速器脉冲的数量和持续时间以及线性加速器围绕治疗床的位置数量和/或旋转次数确定每个治疗床波束站的停留时间，加上任何线性加速器行进时间，再加上每个治疗床波束站之间的治疗床行进时间，可以计算注量图的治疗递送时间。可以在每个波束站的基础上划分注量图，而且对于每个波束站，计划系统可以提取要在该波束站处发射的最大注量、计算线性加速器脉冲的数量和递送该注量的台架旋转次数，然后将台架旋转次数乘以旋转周期(即，台架旋转一周的时间量)来计算在波束站处的停留时间。可以通过将所有波束站停留时间和每个波束站之间的治疗床行进时间相加来计算治疗递送时间。

从注量图计算DVH可以包括使用剂量计算矩阵(其映射由注量图中的每个小波束递送到VOI中的每个体素的剂量)将注量图转换为针对VOI的剂量分布，然后针对每个剂量水平生成指示VOI中满足或超过该剂量水平的体素的数量的直方图。在一些变型方案中，生成(312)针对VOI的bDVH可以包括计算对应于第一注量图(其能够在治疗时间T_min递送)的下界DVH，以及计算对应于第二注量图(其能够在治疗时间T_max递送)的上界DVH。替代性地，下界DVH可以对应于所生成的注量图的最右侧DVH，上界DVH可以对应于所生成的注量图的最左侧DVH。例如，生成bDVH的下界DVH可以包括对全部所生成的注量图的DVH上每个剂量水平的最小体积分数值进行绘图。生成上界DVH可以包括对全部所生成的注量图的DVH上每个剂量水平的最大体积分数进行绘图。替代性地或除此之外，一些方法可以包括对治疗时间介于T_min与T_max之间的附加注量图的剂量分布进行插值、计算这些附加注量图的DVH，然后如上所述生成上界DVH和下界DVH。bDVH可以在下界DVH与上界DVH之间具有阴影区域，这可以有助于突出针对VOI与T_min和T_max之间的治疗时间范围对应的剂量可变性。

在一些变型方案中，生成(310)治疗递送时间介于T_min与T_max之间的附加注量图可以还包括将注量图集合保存在放射疗法计划系统的控制器存储器中。例如，所生成的注量图(来自步骤302、306和310)可以存储在数据库中，使得每个注量图均通过其治疗递送时间进行索引。任选地，数据库除了存储通过治疗时间进行索引的注量图集合之外，还可以存储与每个注量图对应的以下参数：针对每个VOI的DVH、每个目标区域的剂量覆盖率、针对每个OAR(或辐射回避区域)的平均剂量。当治疗时间选择器选择不同的治疗时间时，该数据库可以用于促进GUI更新，如下文进一步描述的。

方法(300)可以任选地包括：更新(318)GUI中的可变DVH曲线，以表示由治疗递送时间接近由治疗时间选择器指定的治疗递送时间的注量图递送的剂量；以及基于经由治疗时间选择器对治疗递送时间的最终选择来生成(320)最终注量图。更新(318)可变DVH曲线以反映用户经由治疗时间选择器输入的信息所反映的对不同治疗递送时间的选择可以包括根据所选择的治疗时间来参考注量图和/或DVH的数据库，以获得和/或生成治疗递送时间接近所选择的治疗递送时间的注量图。在一些变型方案中，所选择的治疗递送时间可以对应于数据库中的条目(即，(例如在步骤310中)已经计算出所选择的治疗递送时间的注量图)，并且检索出的注量图和/或DVH可以用于更新可变DVH。在一些变型方案中，所选择的治疗递送时间可能不对应于数据库中的条目(即，尚未计算出具有所选择的治疗递送时间的注量图)，更新可变DVH可以包括通过在治疗递送时间界定所选择的治疗递送时间的注量图之间进行插值来生成插值注量图，然后基于该插值注量图来更新GUI的可变DVH。例如，如果数据库具有治疗时间为5分钟和7分钟的注量图和/或DVH，并且所选择的治疗递送时间为6分钟，则该方法可以包括在治疗时间为5分钟的注量图与治疗时间为7分钟的注量图之间进行插值，以更新治疗时间为6分钟的可变DVH。在数据库存储针对VOI对应于注量图的DVH的变型方案中，该方法可以包括在治疗递送时间界定所选择的治疗递送时间的DVH之间进行插值，然后用插值的DVH来更新GUI的可变DVH。最终注量图可以在用户已经尝试了不同的治疗时间、评价了针对一个或多个VOI的剂量并且决定了在临床上实用且将针对各种VOI提供期望的剂量分布的治疗时间之后生成。

图4A描绘了生成(302)第一注量图(即，治疗递送时间可以用作治疗时间范围下限的注量图)的方法的一个变型方案的流程图表示。方法(400)可以包括选择或计算(402)估计的最短治疗时间，定义(404)具有包括治疗时间罚函数的多个罚函数的代价函数，其中治疗时间罚函数的权重大于其他罚函数的权重，然后通过基于代价函数迭代地调整一组小波束值来生成(406)包括这些小波束值的注量图，使得该注量图向目标区域递送规定剂量。计算(402)估计的最短治疗时间可以包括生成满足对目标区域的最小剂量标准的注量图，而不考虑对OAR的辐照，然后计算放射疗法系统递送所生成的注量图将要耗费的时间。在一些变型方案中，可以使用理想的放射疗法系统模型(例如，没有不想要的伪影)来计算估计的最短治疗时间。定义的代价函数可以还包括OAR罚函数，在存在高优先级OAR且临床医生认为该OAR不受到过度辐照至关重要的一些变型方案中，OAR罚函数可以具有比其他OAR罚函数更重的权重(但其权重仍然比治疗时间罚函数要低)。在一些变型方案中，治疗时间罚函数可以包括对应于估计的最短治疗时间的治疗时间阈值。在对小波束值进行迭代以生成注量图(406)期间，中间注量图可能由于超过治疗时间阈值(即，超过估计的最短治疗时间)而被罚分。这可能不同于其他治疗时间罚函数。例如，其他治疗时间罚函数可以是：

w·T_est

其中w是治疗时间罚函数的权重，而T_est是注量图某次特定迭代的治疗时间。相比之下，基于阈值的治疗时间罚函数可以是：

其中T_{est_minimum}是估计的最短治疗时间。由于基于阈值的治疗时间罚函数是非凸的，所以一些方法可以包括使用正则化算法(诸如Moreau-Yosida正则化)来创建该罚函数的凸近似。在一些变型方案中，生成(406)注量图可以包括使用解决凸优化问题的任何算法(诸如快速迭代收缩阈值算法(FISTA))来遍历小波束值。

图4B描绘了生成(306)第二注量图(即，治疗递送时间可以用作治疗时间范围上限的注量图)的方法的一个变型方案的流程图表示。方法(410)可以包括定义(412)具有多个罚函数的代价函数，所述多个罚函数包括危险器官(OAR)罚函数和无治疗时间罚函数，然后通过基于该代价函数迭代地调整一组小波束值来生成(414)包括这些小波束值的注量图，使得该注量图向目标区域递送规定剂量并且计划质量度量在可接受的范围内。计划质量度量的一个实例是针对OAR的平均剂量，并且确定计划质量度量是否在可接受的范围内包括确定在小波束值的迭代之间针对OAR的平均剂量的变化是否小于选定阈值。所得注量图的递送时间可以用作治疗时间范围的上限T_max。在一些变型方案中，方法(410)可以任选地还包括对小波束值集合进行迭代，直到迭代之间针对OAR的平均剂量的变化开始发散或相差超过差值阈值为止。注量图在针对OAR的平均剂量相差超过差值阈值的迭代中的递送时间可以用作上限T_max。在存在多个OAR的变型方案中，计划质量度量可以将针对多个OAR的平均剂量(例如，归一化平均剂量)进行比较，确定计划质量度量是否在可接受的范围内包括确定在小波束值的迭代之间针对多个OAR的平均剂量的变化是否小于针对每个OAR的阈值，即，迭代之间平均剂量的差值是否小于阈值。例如，在停止对小波束值的迭代之前，针对所有OAR的迭代之间的平均剂量变化可能小于一个或多个阈值。平均剂量差值阈值对于不同的OAR可以不同，例如，针对心脏的平均剂量差值阈值可以不同于针对脊髓的平均剂量差值阈值。计划质量度量可以包括针对一个或多个OAR的剂量值(例如，归一化平均剂量、最大剂量)，生成(414)注量图可以包括对小波束值进行迭代，直到剂量值处于可接受的范围内，即，一个或多个OAR没有受到超过可接受水平的辐照。在一些变型方案中，计划质量度量可以包括代价函数值，生成(414)注量图可以包括对小波束值进行迭代，直到代价函数值处于代价函数值的可接受范围内。替代性地，计划质量度量可以包括仅包括基于剂量的罚函数(诸如针对每个OAR的剂量罚函数)的仅剂量代价函数。

为动态更新GUI生成多个注量图的方法

在一些变型方案中，生成描绘与各种治疗递送时间相关的辐射剂量信息的放射疗法计划GUI的方法可以包括在将该GUI输出到显示装置之前生成多个注量图。例如，如上所述，方法(300)可以包括生成(310)治疗递送时间在治疗时间范围内(例如，介于T_min与T_max之间)的附加注量图。该注量图集合可以存储在数据库中，通过治疗递送时间进行索引。任选地，数据库可以还包含与每个注量图对应的以下参数：针对每个VOI的DVH、每个目标区域的剂量覆盖率、针对每个OAR(或辐射回避区域)的平均剂量。该数据库可以存储在放射疗法计划系统的控制器存储器中，当用户与GUI交互并选择不同的治疗时间时，可以参考该数据库来更新一个或多个VOI的可变剂量图形(例如，DVH)。生成治疗递送时间跨越治疗时间范围(例如，介于T_min与T_min之间)的注量图的方法可以包括：针对该范围内的每个治疗时间定义具有治疗时间罚函数(例如，基于阈值的治疗时间罚函数)的代价函数，然后基于该定义的代价函数迭代地调整初始注量图小波束值，使得目标区域接收规定剂量，并且迭代之间代价函数值的变化小于选定阈值。可以计算所得注量图的治疗递送时间，并且可以将其连同注量图一起存储在数据库中。在一些变型方案中，可以基于治疗递送时间长于和/或短于特定治疗时间的先前生成的注量图来计算初始注量图小波束值。例如，作为生成GUI中的bDVH的一部分，放射疗法计划系统可能已经生成了针对治疗时间下限的注量图(例如，图3方法中的第一注量图)和针对治疗时间上限的注量图(例如，图3方法中的第二注量图)。可以将针对治疗时间下限的注量图和针对治疗时间上限的注量图组合，以提供针对介于该下限与该上限之间(例如，在治疗时间范围的中间)的治疗时间的初始注量图。例如，该初始注量图可以是针对治疗时间下限的注量图和针对治疗时间上限的注量图的加权组合，这取决于中间治疗时间与治疗时间下限或治疗时间上限中任一者的接近程度。在一些变型方案中，初始注量图可以是帕累托最优注量图，例如，下限注量图和上限注量图的凸组合。针对中间治疗时间的初始注量图是治疗递送时间界定该中间治疗时间(即，短于该中间治疗时间的较短治疗时间和长于该中间治疗时间的较长治疗时间)的注量图的组合，可以提供更快地(即，以较少的优化迭代次数)收敛到优化(例如，最小化)代价函数和/或满足剂量目标(例如，计划质量度量)的最后一组小波束值的初始注量图。在一些变型方案中，初始注量图可以是界定中间治疗时间的两个注量图的组合，但是在其他变型方案中，初始注量图可以是超过两个注量图的组合。

一些方法可以包括针对治疗时间范围内的一组所选择的治疗时间生成注量图数据库。存储在该数据库中的注量图可以在治疗时间范围内提供有意义的采样。例如，与该数据库中的另一注量图具有相似剂量分布特性(即，相似的计划质量)的注量图可以不添加到该数据库中，而与该数据库中的注量图具有不同剂量分布特性(即，不同的计划质量)的注量图可以添加到该数据库中。在一些变型方案中，全部所生成的注量图，不管它们的剂量分布特性(例如，计划质量度量值)与数据库中的其他注量图的相似性如何，都可以添加到数据库中。然而，具有相似剂量分布特性的注量图的治疗递送时间可以定义治疗时间子范围，对于这些子范围将不再计算注量图。该选择标准可以有助于用治疗递送时间贯穿治疗时间范围的注量图填充数据库，这可以协助对具有不同治疗递送时间的注量图的剂量分布提供精确的近似。

在一个变型方案中，针对治疗时间范围内的一组所选择的治疗时间生成注量图数据库的方法可以包括：将治疗时间范围(具有下限和上限)二等分；选择二等分点处(即，在治疗时间范围的中点或中间点处)的治疗时间；生成治疗递送时间接近该二等分点处的治疗时间的注量图；计算所生成的注量图的计划质量度量值；计算二等分治疗时间的计划质量度量值与下限治疗时间的相应计划质量度量值之间的第一差值；以及计算二等分治疗时间的计划质量度量值与上限治疗时间的相应计划质量度量值之间的第二差值。所产生的注量图可以添加到存储在治疗计划系统控制器中的数据库中的注量图集合中。替代性地，在一些变型方案中，只有在第一差值和/或第二差值大于指定界限的情况下，所生成的注量图才可以添加到注量图集合中。如果第一差值和第二差值小于指定界限，则所生成的注量图可以不添加到注量图集合中。在一些变型方案中，生成治疗递送时间接近二等分治疗时间的注量图可以包括用中间注量图开始小波束值迭代，该中间注量图是治疗递送时间在治疗时间下限处的注量图和治疗递送时间在治疗时间上限处的注量图的组合。这些注量图可能已经计算出并存储到数据库中。中间注量图可以为小波束值迭代过程提供“温启动”，并且有助于减少在二等分治疗时间内到达(例如，收敛到)最终注量图的迭代次数。在一些变型方案中，中间(即，“温启动”)注量图可以是帕累托最优注量图，并且可以是例如在治疗时间范围的端点(例如，下限和上限)处的注量图的凸组合。虽然本文描述的变型方案使用二分法计算治疗时间范围，但是应当理解，计算治疗时间范围可以包括在该范围内的任何期望的时间点划分治疗时间范围。

对治疗时间初始范围进行二等分可以创建治疗时间的附加子范围，将注量图添加到数据库中可以包括：重复地对这些治疗时间子范围进行二等分；在每个二等分治疗时间处生成针对治疗时间的注量图；然后确定所生成的注量图的计划质量度量值是否不同于已经包括在数据库中的注量图的计划质量度量值。如果第一差值和/或第二差值小于指定界限，则二等分治疗时间不能用作另一个治疗时间子范围的端点。然而，如果第一差值和/或第二差值大于指定界限，则该方法可以包括使用二等分治疗时间作为端点(例如，作为一个新子范围的下限，以及作为另一个新子范围的上限)来定义新的治疗时间子范围。例如，治疗时间的初始范围可以由下限T_min和上限T_max来定义。如上所述，可以生成治疗递送时间为T_min的第一注量图和治疗递送时间为T_max的第二注量图。这些第一注量图和第二注量图(以及任选地，针对一个或多个VOI的剂量信息)可以包括在注量图集合中并存储在数据库中。该方法然后可以包括通过选择二等分治疗时间(例如，下限T_min和上限T_max是端点的范围内的中点)来将初始范围二等分：

该方法然后可以包括通过以下方式计算治疗递送时间为T_{Bisection_0}的注量图：组合对应于T_min和T_max的注量图来生成中间注量图，然后使用具有基于阈值的治疗时间罚函数的代价函数来对中间注量图的小波束值进行迭代，该基于阈值的治疗时间罚函数将T_{Bisection_0}设置为治疗时间阈值(使用上述任何方法)。与对在不使用端点注量图的情况下导出的注量图进行迭代相比，通过组合已经针对每个端点计算的注量图来生成中间注量图，可以通过减少迭代次数(即，提供“温启动”)来帮助减少计算针对该中点的注量图的计算复杂度/负载。所得的注量图可以具有接近或等于T_{Bisection_0}的治疗递送时间。治疗时间为T_{Bisection_0}的所得注量图可以添加到注量图集合中并存储在数据库中。然后，可以针对所得的注量图计算计划质量度量值(例如，OAR剂量暴露等)，并且将其与第一注量图和第二注量图的相应计划质量度量值进行比较。如果该计划质量度量值不同于第一注量图和第二注量图的计划质量度量值，则该方法随后可以包括将第一次二等分产生的两个子范围二等分。例如，第一子范围将从T_min到T_{Bisection_0}，而下一个二等分治疗时间将是：

第二子范围将从T_{Bisection_0}到T_max，而下一个二等分治疗时间将是：

对于新的二等分治疗时间T_{Bisection_1}和T_{Bisection_2}中的每一者以及它们各自的二等分子范围，可以重复上述步骤(包括“温启动”生成针对小波束值迭代的中间注量图)。该方法可以包括将治疗时间子范围二等分，直到满足停止条件为止。例如，如果治疗递送时间二等分治疗时间在二等分治疗时间子范围内的注量图的计划质量度量值与该注量图集合中的注量图的计划质量度量值差别不够大(即，差值小于指定界限)，则该方法可以不包括进一步对该治疗时间子范围进行二等分，例如，可以不进一步对由二等分治疗时间定义的二等分子范围(例如，在该二等分子范围的下限与该二等分治疗时间之间)进行二等分。替代性地或除此之外，停止条件可以是当二等分所选择的治疗时间在子范围的下限与上限的界限内时，并且/或者当二等分治疗时间注量图的计划质量度量值类似于数据库中注量图的计划质量度量值(例如，在指定界限内)时。

任选地，对于添加到存储在数据库中的注量图集合中的每个注量图，一些方法可以包括计算针对每个VOI(例如，目标区域、OAR、辐射回避区域等)的DVH，以及/或者针对每个目标区域的剂量分布信息(例如，最小剂量、最大剂量、平均剂量、剂量覆盖率)，然后将该信息存储在数据库中，作为与具有特定治疗递送时间的注量图的链接。

图5描绘了在治疗时间范围内选择治疗时间并且生成治疗递送时间对应于(例如，接近)所选择的治疗时间的注量图的方法的一个变型方案，其中所选择的治疗时间可以包括在存储于数据库(例如，在治疗时间范围内的所选择治疗时间集合中的注量图的数据库)中的注量图集合中。方法(500)可以用作例如图3的方法(300)的一部分(例如，步骤310)。该方法可以在递归定义的治疗时间范围内针对多个所选择的治疗时间重复进行。例如，治疗时间的初始范围可以具有端点(下限和上限)T_min和T_max，并且该方法可以递归地应用于初始范围内的子范围。初始范围(或子范围)的端点的注量图和对应的剂量参数、计划质量度量值等可能已经作为生成GUI的剂量图形的一部分而生成，或者可能已经在该方法的先前迭代中生成。在一些变型方案中，这些子范围可以是初始范围的连续二等分范围。方法(500)可以包括：选择(502)介于治疗时间范围的端点之间的治疗时间t_selected；使用具有端点治疗时间的注量图的凸组合生成(504)接近帕累托最优注量图的中间注量图；通过对该中间注量图的小波束值进行迭代以找到使代价函数最小化的小波束值来生成(506)针对t_selected的注量图，该代价函数包括基于阈值的治疗时间罚函数(其中阈值是t_selected)和与剂量目标函数相关的罚函数；计算(508)治疗递送时间、针对每个VOI的剂量、针对每个VOI的DVH以及针对t_selected生成的注量图的计划质量度量值中的一者或多者；将针对t_selected生成的注量图和以上计算的量存储(510)在注量图集合中；然后计算(512)t_selected的计划质量度量值与端点的计划质量度量值之间的差值。在一些变型方案中，如果计划质量度量差值大于预先确定的阈值，则可以将所生成的注量图添加到注量图集合中，但是如果计划质量度量差值小于预先确定的阈值，则注量图和相关联的计算出的量可以不存储在数据库中。如前所述，计划质量度量可以包括针对一个或多个OAR(即，辐射回避区域)的平均剂量。在一些变型方案中，用于针对t_selected生成注量图的基于阈值的治疗时间罚函数可以是上述的实例。也就是说，基于阈值的治疗时间罚函数可以是：

其中T_est是注量图某次特定迭代的治疗时间。

方法(500)可以包括：在计划质量度量差值大于预先确定的阈值的情况下，在治疗时间范围的端点与t_selected之间定义(514)附加子范围；然后重复地(516)在这些子范围内选择附加治疗时间；针对每个所选择的治疗时间生成注量图；存储所生成的注量图；如果计划质量值与端点差别足够大并且/或者直到满足停止条件，则定义附加子范围。如果针对特定治疗时间生成的注量图的计划质量度量值类似于治疗时间范围端点注量图的计划质量度量值(例如，计划质量度量差值小于预先确定的阈值)，则可以不使用特定治疗时间作为端点来进一步定义子范围。停止条件的实例可以包括当下一个所选择的治疗时间接近任一个子范围端点时(例如，当下一个所选择的治疗时间在这些端点的指定界限内时)，以及当计划质量度量值与端点的注量图和/或已经包括在数据库中的注量图的计划质量度量值足够相似时(例如，在指定界限内)。

动态更新GUI的方法

当用户选择不同的治疗时间时，使用上述方法生成的注量图数据库可以促进和支持对GUI的可变剂量图形进行快速更新。如果对应于用户所选择的治疗时间的注量图在该数据库中，则可以检索剂量信息(包括DVH)并用其来更新可变剂量图形。如果对应于用户所选择的治疗时间的注量图不在该数据库中，则方法可以包括在该数据库中识别最接近地界定所选择的治疗时间的治疗时间，并且在这些治疗时间对应的注量图的剂量信息之间进行插值以更新GUI。例如，一些方法可以包括：在数据库中识别小于和最接近所选择的治疗时间的治疗时间；在数据库中识别大于和最接近所选择的治疗时间的治疗时间；以及在这些治疗时间的剂量信息之间进行插值，以导出针对所选择的治疗时间的剂量数据。

图6描绘了更新GUI的一种方法的流程图表示，该方法基于由治疗时间选择器指示的对治疗时间的选择t_selected，使用注量图数据库来更新GUI。方法(600)包括确定(602)针对t_selected的注量图和DVH是否在治疗计划系统控制器存储器中的注量图数据库中，如果针对t_selected的注量图和DVH不在该数据库中，则确定(604)注量图数据库中的下限治疗时间t_lower和上限治疗时间t_upper，其中t_lower<t_selected、t_upper>t_selected，并且不存在t_better，使得该数据库中存储有针对t_better(t_lower<t_better<t_upper)的注量图，使用对应于治疗时间t_lower和t_upper的注量图和/或DVH生成(606)针对t_selected和/或DVH的插值注量图，根据针对t_selected的插值注量图和/或DVH来更新(608)针对每一个VOI的可变剂量图形，然后将更新的可变剂量图形输出(610)到显示装置。如前所述，可变剂量图形可以包括针对一个或多个VOI的DVH，针对一个或多个VOI的平均剂量和/或最大剂量。如果确定(602)针对t_selected的注量图和DVH在注量图数据库中，则该方法可以包括检索针对所选择的治疗时间的注量图和/或DVH，然后使用该数据来更新(608)可变剂量图形。在针对所选择的治疗时间的剂量信息不在该数据库中的情况下，可以通过在针对治疗时间为t_lower和t_upper的数据库条目的剂量信息(例如，DVH)之间进行插值来生成(606)剂量信息。替代性地或除此之外，可以通过在治疗时间为t_lower和t_upper的注量图之间进行插值，然后根据插值的注量图计算剂量信息，来生成(606)注量图。在一些变型方案中，插值可以是线性插值。

生成描绘注量图的治疗时间的GUI的方法

图7描绘了生成包括初始治疗时间(例如，具有特定代价函数的注量图)相对于最短治疗时间和最长治疗时间的绘图的GUI的方法的流程图变型方案。方法(700)包括：使用具有多个罚函数的代价函数生成(702)向目标区域递送规定剂量的第一注量图，所述多个罚函数中包括的治疗时间罚函数比其他罚函数加权更重；计算(704)用于递送第一注量图的时间量T_min；生成(706)第二注量图，其向目标区域递送规定剂量并优化OAR剂量度量；计算(708)用于递送第二注量图的时间量T_max；定义(710)具有多个罚函数的代价函数，这些罚函数包括治疗时间罚函数和OAR罚函数，其中这些罚函数的权重是用户指定的；通过基于代价函数迭代地调整一组小波束值来生成(712)包括这些小波束值的注量图，使得该注量图向目标区域递送规定剂量；计算(714)递送所生成的注量图的时间量T_delivery；生成(716)GUI，其包括治疗时间轴与下限指示符T_min、上限指示符T_max和治疗时间指示符T_delivery；以及将GUI输出(718)到显示装置。生成(712)注量图可以包括使用任何优化算法，例如FISTA。在一些变型方案中，方法(700)可以任选地包括改变代价函数定义(710)、重新生成注量图、计算重新生成的注量图的治疗递送时间，以及用更新的治疗递送时间来更新GUI。改变代价函数可以包括调整构成该代价函数的罚函数的权重和/或任何目标函数的权重。该GUI可以单独使用，或者与本文描述的任何GUI(例如，图1中描绘的GUI)结合使用。

虽然已经在描绘与各种治疗递送时间相关的辐射剂量信息的语境中描述了上文的方法和GUI，但是可以使用类似的方法来描绘与辐射递送过程的其他参数或特性相关的辐射剂量信息。例如，本文描述的GUI可以用于描绘在治疗环节期间与多叶准直器(MLC)叶转换数量相关的辐射剂量信息。也就是说，代替计算与注量图相关联的治疗时间，方法可以计算MLC叶转换数量。MLC叶转换的下限(例如，Leaf_min)可以从使用具有MLC叶转换罚函数的代价函数生成的注量图计算，而MLC叶转换的上限(例如，Leaf_max)可以从使用不具有MLC叶转换罚函数的代价函数生成的注量图计算。可以将这些注量图的DVH组合，以计算可以在GUI上描绘的bDVH。治疗时间选择器可以用选择不同MLC叶转换数量的MLC转换选择器来替换。可变剂量图形可以是能够使用由MLC转换选择器指示的MLC叶转换数量来递送的注量图的DVH(和/或针对一个或多个VOI的其他剂量图形，诸如平均剂量、最大剂量等的文本字段)。基于用户选择的MLC叶转换的变化动态地更新可变剂量图形的GUI可以帮助生成治疗计划，该治疗计划向患者递送临床上可接受的剂量，同时考虑MLC中的任何限制。

尽管本文已描述和示出了各种本发明的变型，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得结果和/或本文所述的一个或多个优点的各种其他装置和/或结构，并且这样的变型和/或修改中的每一个被认为是在本文描述的发明实施方案的范围内。应当理解，前述变型仅以示例的方式给出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以不同于具体描述和所要求保护的方式来实践本发明的变型。本公开的实施例和变型方案涉及本文描述的各个特征和/或方法。此外，两个或更多个这样的特征和/或方法的任何组合(如果这样的特征和/或方法没有相互矛盾)包括在本公开的发明范围内。

上述变型方案能够以多种方式中的任何一种来实现。例如，设计和制造本文所公开技术的实施方案可以使用硬件、软件或它们的组合来实现。当以软件实现时，软件代码可以在任何合适的处理器或处理器集合上执行，无论是在单个计算机(例如，控制器)中提供，还是分布在多个计算机(例如，控制器)中。

另外，应当理解，放射疗法治疗计划系统可以包括计算机或控制器，该计算机或控制器可以体现为多种形式中的任何一种，诸如机架式计算机、台式计算机、膝上型计算机或平板计算机。此外，计算机或控制器可以嵌入通常不被认为是计算机但具有适当处理能力的装置中，该装置包括个人数字助理(PDA)、智能电话或者任何其他适当的便携式或固定电子装置。

另外，计算机或控制器可以具有一个或多个输入装置和输出装置。这些装置尤其可以用于呈现本文描述的任何GUI。可以用于与本文描述的GUI交互的输出装置的实例可以包括以视觉方式呈现输出的打印机或显示屏，以及以听觉方式呈现输出的扬声器或其他声音生成装置。可以用于用户界面的输入装置的实例包括键盘和指向装置，诸如鼠标、触控板(包括触控显示器)和数字化输入板。作为另一个实例，计算机可以通过语音识别或以其他可听格式接收输入信息。

此类计算机或控制器可以通过一个或多个网络以任何适当的形式互连，所述网络包括局域网或广域网，诸如企业网，以及智能网(IN)或互联网。此类网络可以基于任何合适的技术，可以根据任何合适的协议来操作，并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。

本文概述的各种方法或过程(例如，如上文所公开的用于生成描绘与各种治疗递送时间相关的辐射剂量信息的放射疗法计划GUI的方法)可以被编码为能够在采用多种操作系统或平台中的任何一种的一个或多个处理器上执行的软件。此外，这样的软件可以使用多种合适的编程语言和/或编程或脚本工具中的任何一种来编写，并且还可以被编译为在框架或虚拟机上执行的可执行机器语言代码或中间代码。

在这方面，各种发明构思可以被实现为编码有一个或多个程序的计算机可读存储介质(或多个计算机可读存储介质)(例如，计算机存储器、一个或多个压缩光盘、光盘、闪存存储器、现场可编程门阵列或其他半导体器件中的电路配置，或者其他非暂时性介质或有形计算机存储介质)，所述一个或多个程序当在一个或多个计算机或者其他处理器上执行时，执行实现上文所论述的本发明各种实施方案的方法。一个或多个计算机可读介质可以是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以被加载到一个或多个不同的计算机或其他处理器上，以实现如上文所论述的本发明的各个方面。

本文所述的GUI以及生成和更新GUI的方法可以使用任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集来执行，这些代码或指令集可以用于对计算机或其他处理器编程以实现如上文所论述实例的各方面。此外，应当理解，根据一个方面，本发明的方法不需要驻留在单个计算机或处理器上，而是能够以模块化方式分布在多个不同的计算机或处理器之中，以实现本发明的各方面。

计算机可执行指令可以是由一个或多个计算机或其他装置执行的多种形式，诸如程序模块。一般来讲，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。通常，在各种实施方案中，程序模块的功能可以根据需要进行组合或分布。

另外，数据结构(诸如本文描述的注量图和/或DVH数据库)能够以任何合适的形式存储在计算机可读介质中。为了简化说明，数据结构可以被示为具有通过数据结构中的位置相关的字段。此类关系同样可以通过用计算机可读介质中传达字段之间关系的位置分配字段的存储来实现。然而，可以使用任何合适的机制来建立数据结构字段中的信息之间的关系，包括通过使用指针、标签或在数据元素之间建立关系的其他机制。

另外，各种发明构思可以体现为一种或多种方法，其实例已经提供。作为方法的部分执行的动作可以任何合适的方式排序。相应地，可构建其中动作以不同于所示的次序执行的变型，所述次序可包括同时执行一些动作，即使在示例性实施方案中显示为序贯动作。

如本文在说明书和权利要求中使用的，除非明确指出相反，否则不定冠词“一个”和“一种”应理解为意指“至少一个/种”。

如本文在说明书和权利要求中使用的，短语“和/或”应理解为意指如此结合的元素的“任一或两者”，即在一些情况下结合存在和在其他情况下分离存在的元素。伴随“和/或”列出的多重元素应以相同方式加以解释，即如此结合的元素中的“一个或多个”。除由“和/或”子句具体确定的元素外，还可以任选存在其他元素，无论与具体确定的这些元素相关还是无关。因此，作为非限制性例子，当与开放式语言例如“包含”结合使用时，提及“A和/或B”在一个实施方案中可以仅指A(任选包括除B外的元素)；在另一个实施方案中，仅指B(任选包括除A外的元素)；在另外一个实施方案中，指A和B两者(任选包括其他元素)；等。

如本文在说明书和权利要求中使用的，“或”应理解为具有与如上定义的“和/或”相同的含义。例如，当在列表中分开项目时，“或”或“和/或”应解释为包括在内的，即包括许多元素或元素列表中的至少一个，但还包括许多元素或元素列表中的超过一个，以及任选的另外未列出的项目。仅明确指出相反的术语例如“仅一个”或“确切一个”或当在权利要求中使用时“由……组成”，指包括许多元素或元素列表中的确切一个元素。一般而言，当前面为排他性术语例如“任一”、“之一”、“唯一一个”或“确切一个”时，如本文使用的术语“或”应仅解释为指示唯一的备选方案(即，“一个或另一个，但不是两者”)。当在权利要求中使用时，“基本上由……组成”应具有其如在专利法领域中使用的普通含义。

如本文在说明书和权利要求中使用的，提及一个或多个元素列表中的短语“至少一个”，应理解为意指选自元素列表中的任何一个或多个元素的至少一个元素，但不一定包括在元素列表内具体列出的每个和每一个元素中的至少一个，且不排除元素列表中的任何元素组合。该定义还允许除术语“至少一个”所指元素列表内具体确定的元素外，还可以任选存在元素，无论与具体确定的这些元素相关还是无关。因此，作为非限制性例子，“A和B中的至少一个”(或等价地，“A或B中的至少一个”、或等价地“A和/或B中的至少一个”)在一个变型中可以指至少一个，任选包括超过一个A，不存在B(且任选包括除B外的元素)；在另一个变型中，指至少一个，任选包括超过一个B，不存在A(且任选包括除A外的元素)；在另外一个变型中，指至少一个，任选包括超过一个A，和至少一个，任选包括超过一个B(且任选包括其他元素)；等。

在权利要求书以及上文说明书中，所有过渡短语例如“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”、“组成”等等应理解为开放式的，即意指包括但不限于。仅过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”应分别为封闭式或半封闭式过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册(United States Patent Office Manual of Patent ExaminingProcedures)，部分2111.03中所述。

Claims

1.一种用于计划放射疗法的图形用户界面，所述图形用户界面包括：

针对目标区域的有界剂量体积直方图(bDVH)，其包括下界DVH和上界DVH，表示在治疗递送时间范围内针对所述目标区域的辐射剂量值范围；

治疗时间选择器，其被配置为接收指定所述治疗时间范围内的某个治疗递送时间的用户输入；以及

针对所述目标区域的可变剂量体积直方图(DVH)，其表示针对所述目标区域对应于指定治疗递送时间的辐射剂量。

2.如权利要求1所述的图形用户界面，其中所述下界DVH对应于下限治疗递送时间值，所述上界DVH对应于上限治疗递送时间值。

3.如权利要求2所述的图形用户界面，其中所述下限治疗递送时间值是最短治疗递送时间值，所述上限治疗递送时间值是最长治疗递送时间值。

4.如权利要求1所述的图形用户界面，其中针对所述目标区域的所述bDVH还包括上界DVH曲线与下界DVH曲线之间的阴影。

5.如权利要求1所述的图形用户界面，其中根据针对所述治疗时间选择器的所述用户输入，针对所述目标区域的可变DVH曲线在所述上界DVH曲线与所述下界DVH曲线之间变化。

6.如权利要求1所述的图形用户界面，其中所述治疗时间选择器是图形滑块，所述图形滑块能够在对应于低阈值治疗递送时间值的第一限值与对应于高阈值治疗递送时间值的第二限值之间移动，并且其中将所述滑块移动到所述第一限值与所述第二限值之间的某个位置对应于选择所述治疗递送时间。

7.如权利要求1所述的图形用户界面，其中所述治疗时间选择器是图形转盘，所述图形转盘能够在对应于低阈值治疗递送时间的第一限值与对应于高阈值治疗递送时间的第二限值之间旋转，并且其中将所述转盘设定到所述第一限值与所述第二限值之间的某个位置对应于选择所述治疗递送时间。

8.如权利要求1所述的图形用户界面，还包括针对感兴趣体积(VOI)的第二bDVH，其包括第二下界DVH曲线和第二上界DVH曲线，表示在所述治疗递送时间范围内针对所述VOI的辐射剂量值范围；以及针对所述VOI的第二可变DVH曲线，其表示针对所述VOI对应于所述指定治疗递送时间的辐射剂量。

9.如权利要求8所述的图形用户界面，其中针对所述VOI的所述第二bDVH还包括位于所述上界DVH曲线与所述下界DVH曲线之间的阴影。

10.如权利要求8所述的图形用户界面，其中根据针对所述治疗时间选择器的所述用户输入，针对所述VOI的所述第二可变DVH曲线在针对所述VOI的所述第二bDVH的所述上界DVH曲线与所述下界DVH曲线之间变化。

11.如权利要求8所述的图形用户界面，其中所述VOI包括心脏。

12.如权利要求8所述的图形用户界面，其中所述VOI包括脊髓。

13.如权利要求8所述的图形用户界面，其中所述VOI包括食道。

14.如权利要求8所述的图形用户界面，其中所述VOI包括危险器官(OAR)。

15.如权利要求8所述的图形用户界面，还包括针对第二VOI的第三bDVH，其包括第三下界DVH曲线和第三上界DVH曲线，表示在所述治疗递送时间范围内针对所述第二VOI的辐射剂量值范围；以及针对所述第二VOI的第三可变DVH曲线，其表示针对所述第二VOI对应于所述指定治疗递送时间的辐射剂量。

16.如权利要求15所述的图形用户界面，还包括DVH查看者选择菜单，所述菜单包括用于所述第一bDVH、所述第二bDVH和所述第三bDVH中每一者的图形选择切换开关，其中用户选择第一切换状态显示对应的bDVH，而用户选择第二切换状态则隐藏对应的bDVH。

17.如权利要求16所述的图形用户界面，其中所述第一bDVH、所述第二bDVH和所述第三bDVH各自用不同的颜色描绘。

18.如权利要求1所述的图形用户界面，还包括第一文本字段和第二文本字段，其中所述第一文本字段指示针对所述目标区域的平均剂量，所述第二文本字段指示在所述指定治疗递送时间内针对所述目标区域的最大剂量。

19.如权利要求1所述的图形用户界面，还包括由所述治疗时间选择器指定的所述治疗递送时间的图形指示符。

20.如权利要求1所述的图形用户界面，还包括命令按钮，所述命令按钮利用由所述治疗时间选择器指定的所述治疗递送时间来触发治疗计划优化。

21.如权利要求3所述的图形用户界面，其中所述最短治疗递送时间值由以下方式确定

通过基于包括治疗时间罚函数的代价函数迭代地调整一组小波束值来生成包括所述小波束值的注量图，使得所述注量图向所述目标区域递送规定剂量，并且在所述小波束值的迭代之间代价函数值的变化小于选定阈值，以及

计算递送所生成的注量图的时间量。

22.如权利要求3所述的图形用户界面，其中所述最长治疗递送时间值由以下方式确定

通过基于包括危险器官(OAR)剂量罚函数的代价函数迭代地调整一组小波束值来生成包括所述小波束值的注量图，使得所述注量图向所述目标区域递送规定剂量，并且在所述小波束值的迭代之间针对所述OAR的平均剂量变化小于选定阈值，以及

计算递送所生成的注量图的时间量。

23.一种用于计划放射疗法的图形用户界面，所述图形用户界面包括：

治疗时间轴；

所述治疗时间轴上的下限指示符，其中所述下限指示符处于将规定剂量递送到目标区域的最短治疗时间处；

所述治疗时间轴上的上限指示符，其中所述上限指示符处于将所述规定剂量递送到所述目标区域的最长治疗时间处；以及

所述治疗时间轴上介于所述下限指示符与所述上限指示符之间的治疗时间指示符，其中所述治疗时间指示符处于将所述规定剂量递送到所述目标区域的初始治疗时间处。

24.如权利要求23所述的图形用户界面，其中所述初始治疗时间由以下方式计算

通过基于包括OAR罚函数的代价函数迭代地调整一组辐射小波束权重来生成包括所述小波束权重的注量图，使得所述注量图向所述目标区域递送所述规定剂量，并且在所述小波束权重的迭代之间代价函数值的变化小于选定阈值；以及

计算递送所生成的注量图的时间量。

25.如权利要求24所述的图形用户界面，其中所述最短治疗时间由以下方式确定

通过基于包括治疗时间罚函数的代价函数迭代地调整一组小波束值来生成包括所述小波束值的注量图，使得所述注量图向所述目标区域递送所述规定剂量，并且在所述小波束值的迭代之间代价函数值的变化小于选定阈值，以及

计算递送所生成的注量图要耗费的时间量。

26.如权利要求24所述的图形用户界面，其中所述最长治疗时间由以下方式确定

计算递送所生成的注量图的时间量。

27.一种生成用于计划放射疗法的图形用户界面(GUI)的方法，所述方法包括：

使用具有多个罚函数的代价函数生成向目标区域递送规定剂量的第一注量图，所述多个罚函数中包括的治疗时间罚函数比其他罚函数加权更重；

计算用于递送所述第一注量图的时间量T_min；

生成第二注量图，所述第二注量图向目标区域递送规定剂量并优化针对辐射回避区域的剂量；

计算用于递送所述第二注量图的时间量T_max；

生成治疗递送时间介于T_min与T_max之间的多个注量图；

针对所述目标区域生成有界剂量体积直方图(bDVH)，所述直方图表示所述第一注量图、所述第二注量图和所生成的多个注量图上的剂量可变性；

生成GUI，所述GUI包括所述bDVH、被配置为指定介于T_min与T_max之间的治疗递送时间的治疗时间选择器，以及针对所述目标区域的可变DVH曲线，所述可变DVH曲线表示针对所述目标区域对应于可变注量图的剂量，所述可变注量图中的治疗递送时间接近所述指定的治疗递送时间；以及

将所述GUI输出到显示装置。

28.如权利要求27所述的方法，还包括针对所述辐射回避区域生成bDVH，所述bDVH表示所述第一注量图与所述第二注量图之间的剂量可变性。

29.如权利要求28所述的方法，还包括针对所述辐射回避区域生成可变DVH曲线，所述可变DVH曲线表示对应于所述可变注量图的针对所述辐射回避区域的剂量。

30.如权利要求29所述的方法，还包括响应于由所述治疗时间选择器指定的对治疗递送时间的选择，更新针对所述辐射回避区域的所述可变DVH。

31.如权利要求27所述的方法，还包括响应于由所述治疗时间选择器指定的对治疗递送时间的选择，更新针对所述目标区域的所述可变DVH。

32.如权利要求30所述的方法，还包括基于所述治疗时间选择器对治疗递送时间的最终选择来生成最终注量图。

33.如权利要求27所述的方法，其中所述第一注量图包括第一组小波束值，并且其中生成所述第一注量图包括基于所述代价函数迭代地调整所述第一组小波束值，使得所述第一注量图向所述目标区域递送规定剂量。

34.如权利要求33所述的方法，其中所述第二注量图包括第二组小波束值，并且其中生成所述第二注量图包括定义第二代价函数，所述第二代价函数包括辐射回避区域罚函数和无治疗时间罚函数，并且优化针对所述辐射回避区域的所述剂量包括基于所述第二代价函数迭代地调整所述第二组小波束值，使得所述第二注量图向所述目标区域递送规定剂量，并且在所述小波束值的迭代之间针对所述辐射回避区域的平均剂量变化小于选定阈值。

35.如权利要求27所述的方法，还包括生成对应于针对所述目标区域的附加注量图的附加DVH。

36.如权利要求35所述的方法，还包括生成对应于针对所述辐射回避区域的附加注量图的附加DVH。

37.如权利要求27所述的方法，其中生成附加注量图包括

选择介于T_min与T_max之间的治疗递送时间T_selected，

通过组合所述第一注量图和所述第二注量图，生成包括一组小波束值的中间注量图，

根据所选择的治疗递送时间T_selected调整所述代价函数的所述治疗时间罚函数，以及

通过基于经调整的代价函数迭代地调整所述中间注量图的所述小波束值，针对所选择的治疗递送时间T_selected生成附加注量图，使得所述目标区域接收所述规定剂量，并且在所述小波束值的迭代之间所述代价函数值的变化小于选定阈值。

38.如权利要求36所述的方法，其中组合所述第一注量图和所述第二注量图包括生成帕累托最优注量图的近似图。

39.如权利要求37所述的方法，其中所述帕累托最优注量图的近似图包括所述第一注量图和所述第二注量图的凸组合。

40.如权利要求36所述的方法，其中调整所述治疗时间罚函数包括将所述治疗时间罚函数从w·T_est改变为其中w是所述治疗时间罚函数的权重，T_est是针对注量图某次迭代的所述治疗时间。

41.如权利要求36所述的方法，其中所选择的治疗递送时间在T_min与T_max之间的中间位置。

42.如权利要求27所述的方法，其中生成所述多个注量图包括针对每个注量图计算计划质量度量值，然后针对与注量图对应的治疗递送时间定义介于T_min与T_max之间的治疗递送时间子范围，所述注量图的计划质量度量值彼此相差超过指定界限。

43.如权利要求42所述的方法，其中生成所述治疗递送时间介于T_min与T_max之间的多个注量图包括

针对每个治疗递送时间定义具有治疗时间罚函数的代价函数，所述治疗时间罚函数包括对应于相应治疗时间的治疗时间阈值，以及

基于所定义的代价函数迭代地调整注量图小波束值，使得所述目标区域接收所述规定剂量，并且在迭代之间所述代价函数值的变化小于选定阈值。

44.如权利要求43所述的方法，其中生成所述多个注量图还包括重复地定义治疗递送时间的子范围，在所述子范围内选择治疗时间，针对所选择的治疗时间生成注量图，以及针对所生成的注量图计算所述计划质量度量值。

45.如权利要求42所述的方法，其中所述计划质量度量值是由针对所述辐射回避区域的平均剂量计算得出的。

46.如权利要求42所述的方法，其中所述计划质量度量值是由所述注量图的代价函数值计算得出的。

47.如权利要求36所述的方法，还包括响应于由所述治疗时间选择器指定的更新的治疗递送时间，更新针对所述目标区域的所述可变DVH曲线。

48.如权利要求47所述的方法，其中更新所述可变DVH包括在对应于治疗递送时间界定所述更新的治疗递送时间的注量图的DVH之间进行插值。

49.如权利要求47所述的方法，其中更新所述可变DVH包括在治疗递送时间界定所述更新的治疗递送时间的注量图之间进行插值，以生成插值的注量图，然后从所述插值的注量图生成所述更新的可变DVH。

50.如权利要求47所述的方法，还包括计算针对所述目标区域和所述辐射回避区域的平均剂量，以及计算针对所述目标区域和所述辐射回避区域的最大剂量，并且

其中所述GUI包括显示针对所述目标区域和所述辐射回避区域的所述平均剂量和所述最大剂量的文本字段，并且

其中更新所述可变DVH曲线还包括更新针对所述目标区域和所述辐射回避区域的所述平均剂量和所述最大剂量。