Comparative Analysis of Radiation Therapy Plans Before and After Biodegradable Hydrogel (SpaceOAR) Injection for Reducing Rectal Toxicity in Prostate Cancer Patients Undergoing Carbon Ion Radiotherapy

Abstract

Objective: This study aims to evaluate the impact of SpaceOAR insertion on the efficacy and safety of carbon ion radiotherapy (CIRT) plans for prostate cancer patients. The investigation focuses on how SpaceOAR affects dose distribution to the prostate and surrounding organs during CIRT. Methods: Twenty-five non-metastatic prostate cancer patients were included, with SpaceOAR inserted between the prostate and rectum. Treatment plans were generated using the RayStation treatment planning system, which were compared against conventional, rectum-sparing, and post-SpaceOAR insertion plans in dosimetry aspects including dose-volume histograms (DVHs). Acute toxicity was assessed within 90 days post-initiation of treatment. A robust evaluation was performed to assess plan robustness against patient set-up uncertainties, and ProKnow scoring was used to evaluate treatment plan quality. Results: Compared to conventional CIRT and rectum-sparing plans without SpaceOAR insertion, plans with SpaceOAR insertion resulted in a substantial reduction in rectal radiation dose for the 25 cases (p < 0.001). The SpaceOAR insertion led to superior plan quality, as demonstrated by the mean dose of rectum in DVH analysis and Proknow scoring (p < 0.001). The robust evaluation confirmed that SpaceOAR enhances the robustness and safety of the treatment plans. Conclusion: This work successfully demonstrated that integrating SpaceOAR into CIRT for prostate cancer significantly reduces rectal radiation exposure, thereby reducing radiation toxicity and allowing for dose escalation to the target volume.

목적: 본 연구는 전립선암 환자를 위한 탄소이온 방사선 치료(CIRT) 계획에서 SpaceOAR 삽입이 효능과 안전성에 미치는 영향을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 특히, SpaceOAR가 CIRT 중 전립선 및 주변 장기, 특히 직장에 대한 선량 분포에 미치는 영향을 중점적으로 분석하였다. 방법: 전이성 전립선암이 없는 25명의 환자를 대상으로 전립선과 직장 사이에 SpaceOAR을 삽입하였다. RayStation 치료 계획 시스템을 이용하여 치료 계획을 생성하였고, 이를 기존 치료 계획, 직장 보호 계획, SpaceOAR 삽입 후 계획과 선량-부피 히스토그램(DVH) 등의 선량학적 지표를 비교하였다. 급성 독성은 치료 시작 후 90일 이내에 평가하였다. 또한, 환자의 위치 설정 불확실성에 대한 치료 계획의 강건성 평가를 수행하였고 ProKnow 스코어링을 통해 치료 계획의 품질을 평가하였다. 결과: SpaceOAR 삽입이 없는 기존 CIRT 및 직장 보호 계획과 비교했을 때, SpaceOAR 삽입 후 계획에서는 25명의 사례 모두에서 직장에 대한 방사선량이 유의하게 감소한 것으로 나타났다(p < 0.001). SpaceOAR 삽입은 DVH 분석 및 ProKnow 스코어링을 통해 직장의 평균 선량 감소 및 우수한 계획 품질을 입증하였다(p < 0.001). 강건성 평가 결과, SpaceOAR 삽입이 치료 계획의 강건성과 안전성을 향상시키는 것으로 확인되었다. 결론: 본 연구는 전립선암에 대한 CIRT에 SpaceOAR을 통합함으로써 직장 방사선 노출을 크게 줄이고 방사선 독성을 감소시키며, 표적 부위에 대한 선량 증가가 가능하다는 점을 성공적으로 입증하였다.