Jin Jegal;Hyojun Park;Seonghee Kang;Chang Heon Choi;Jung-in Kim
Progress in Medical Physics
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v.35
no.2
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pp.21-35
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2024
Herein, we provide a concise review of the critical role of motion management in radiation therapy, with a focus on photon radiation therapy, real-time control of respiratory motion, and image-guided radiation therapy (IGRT) in lung stereotactic body radiation therapy (SBRT). The dynamic nature of human anatomy, particularly in regions prone to movement such as the thoracic and abdominal areas, poses significant challenges in accurately targeting tumors during radiation therapy. This review explores the implications of organ and tumor motion, emphasizing the necessity for precise treatment delivery. We assess the advancements in four-dimensional (4D) imaging techniques such as 4D computed tomography, which provide time-resolved images for enhanced treatment planning. The review highlights various motion management strategies, including motion-encompassing methods, respiratory-gating, breath-hold techniques, and real-time tumor tracking, discussing their implementation and impact on treatment efficacy. The role of IGRT in lung SBRT is particularly emphasized, showcasing how real-time imaging and advanced targeting techniques enhance the precision of high-dose radiation delivery while minimizing exposure to surrounding healthy tissues. This comprehensive review aims to underscore the significance of integrating motion management in radiation therapy, highlighting its pivotal role in improving treatment accuracy, reducing toxicity, and ultimately enhancing patient outcomes in cancer care.
In a most recent object tracking research work, applying Convolutional Neural Network and Recurrent Neural Network-based strategies become relevant for resolving the noticeable challenges in it, like, occlusion, motion, object, and camera viewpoint variations, changing several targets, lighting variations. In this paper, the LSTM Network-based Tracking association method has proposed where the technique capable of real-time multi-object tracking by creating one of the useful LSTM networks that associated with tracking, which supports the long term tracking along with solving challenges. The LSTM network is a different neural network defined in Keras as a sequence of layers, where the Sequential classes would be a container for these layers. This purposing network structure builds with the integration of tracking association on Keras neural-network library. The tracking process has been associated with the LSTM Network feature learning output and obtained outstanding real-time detection and tracking performance. In this work, the main focus was learning trackable objects locations, appearance, and motion details, then predicting the feature location of objects on boxes according to their initial position. The performance of the joint object tracking system has shown that the LSTM network is more powerful and capable of working on a real-time multi-object tracking process.
A non-invasive respiratory gated radiotherapy system like those based on external anatomic motion gives better comfortableness to patients than invasive system on treatment. However, higher correlation between the external and internal anatomic motion is required to increase the effectiveness of non-invasive respiratory gated radiotherapy. Both of invasive and non-invasive methods need to track the internal anatomy with the higher precision and rapid response. Especially, the non-invasive method has more difficulty to track the target position successively because of using only image processing. So we developed the system to track the motion for a non-invasive respiratory gated system to accurately find the dynamic position of internal structures such as the diaphragm and tumor. The respiratory organ motion tracking apparatus consists of an image capture board, a fluoroscopy system and a processing computer. After the image board grabs the motion of internal anatomy through the fluoroscopy system, the computer acquires the organ motion tracking data by image processing without any additional physical markers. The patients breathe freely without any forced breath control and coaching, when this experiment was performed. The developed pattern-recognition software could extract the target motion signal in real-time from the acquired fluoroscopic images. The range of mean deviations between the real and acquired target positions was measured for some sample structures in an anatomical model phantom. The mean and max deviation between the real and acquired positions were less than 1mm and 2mm respectively with the standardized movement using a moving stage and an anatomical model phantom. Under the real human body, the mean and maximum distance of the peak to trough was measured 23.5mm and 55.1mm respectively for 13 patients' diaphragm motion. The acquired respiration profile showed that human expiration period was longer than the inspiration period. The above results could be applied to respiratory-gated radiotherapy.
Tracking of moving objects within video streams is a complex and time-consuming process. Large number of moving objects increases the time for computation of tracking the moving objects. Because of large computations, there are real-time processing problems in tracking of moving objects. Also, the change of environment causes errors in estimation of tracking information. In this paper, we present a new method for tracking of moving objects using optical flow motion analysis. Optical flow represents an important family of visual information processing techniques in computer vision. Segmenting an optical flow field into coherent motion groups and estimating each underlying motion are very challenging tasks when the optical flow field is projected from a scene of several moving objects independently. The problem is further complicated if the optical flow data are noisy and partially incorrect. Optical flow estimation based on regulation method is an iterative method, which is very sensitive to the noisy data. So we used the Combinatorial Hough Transform (CHT) and Voting Accumulation for finding the optimal constraint lines. To decrease the operation time, we used logical operations. Optical flow vectors of moving objects are extracted, and the moving information of objects is computed from the extracted optical flow vectors. The simulation results on the noisy test images show that the proposed method finds better flow vectors and more correctly estimates the moving information of objects in the real time video streams.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.9
no.12
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pp.1033-1041
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2003
A new visual tracking scheme is proposed for a mobile robot that tracks a moving object in 3D space in real time. Visual tracking is to control a mobile robot to keep a moving target at the center of input image at all time. We made it possible by simplifying the relationship between the 2D image frame captured by a single camera and the 3D workspace frame. To precisely calculate the input vector (orientation and distance) of the mobile robot, the speed vector of the target is determined by eliminating the speed component caused by the camera motion from the speed vector appeared in the input image. The problem of temporary disappearance of the target form the input image is solved by selecting the searching area based on the linear prediction of target motion. The experimental results have shown that the proposed scheme can make a mobile robot successfully follow a moving target in real time.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.17
no.6
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pp.355-365
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2022
This paper addresses the problem of real-time tracking a high-speed ballistic target. Particle filters can be considered to overcome the nonlinearity in motion and measurement models in the ballistic target. However, it is difficult to apply particle filters to real-time systems because particle filters generally require much computation time. This paper proposes an accelerated particle filter using graphics processing unit (GPU) for real-time ballistic target tracking. The real-time performance of the proposed method was tested and analyzed on a widely-used embedded system. The comparison results with the conventional particle filter on CPU (central processing unit) showed that the proposed method improved the real-time performance by reducing computation time significantly.
This paper proposes a real-time algorithm for tracking the fast moving human body. Although Iterative closest point (ICP) algorithm is suitable for real-time tracking due to its efficiency and low computational complexity, ICP often fails to converge when the human body moves fast because the closest point may be mistakenly selected and trapped in a local minimum. To overcome such limitation, we combine a particle filter based on a motion history information with the ICP. The proposed human body motion tracking algorithm reduces the search space for each limb by employing a hierarchical tree structure, and enables tracking of the fast moving human bodies by using the motion prediction based on the motion history. Experimental results show that the proposed human body motion tracking provides accurate tracking performance and fast convergence rate.
This work describes a real-time method, based on motion energy detection, for detecting and tracking moving object in the consecutive image sequences. The motion of moving objects is detected by taking the difference of the two consecutive image frames. In addition an edge information of the current image is utilized in order to further increase the accuracy of detection. We can track the moving objects continuously by detecting the motion of objects from the sequence of image frames. A prototype system has been implemented using a TI TMS320C6201 EVM fixed-point DSP board, which can successfully track a moving human in real-time.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.8
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pp.769-776
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2007
This paper proposes the human arm motion tracking algorithm based on the signal processing for surface EMG (electromyogram) sensors attached on both upper arm and shoulder. The signals acquired by using surface EMG sensors are processed with choosing the maximum in a short period, taking the absolute value, and filtering noises out with a low-pass filter. The processed signals are directly used for the motion generation of virtual arm in real time simulator. The virtual arm of simulator has two degrees of freedom and complies with the flexion and extension motions of elbow and shoulder. Also, we show the validity of the suggested algorithms through the experiments.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.18
no.11
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pp.2733-2737
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2014
Motion detection according to the movement and the change area detection method according to the background difference and the motion history image for use in a motion estimation technique using a real-time image, the motion detection method according to the optical flow, the back-projection of the histogram of the object to track for motion tracking At the heart of MeanShift center point of the object and the object to track, while used, the size, and the like due to the motion tracking algorithm CamShift, Kalman filter to track with direction. In this paper, we implemented the motion detection algorithm based on color and shape information of the object and verify.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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