[論文レビュー] A portable widefield fundus camera with high dynamic range imaging capability

Alfa Rossi, Mojtaba Rahimi+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2022

Optical Coherence Tomography Applications被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、101°の眼角（67°の視野角）の広角視野と高ダイナミックレンジ（HDR）画像化を備えた、ポータブルで散瞳を要しない網膜カメラを提案する。これにより、薬物的散瞳を伴わず、対照度を向上させ、網膜のカバー範囲を広げられる。直交偏光制御と逐次HDR合成を用いることで、従来のカメラに比べ、微細な初期段階の網膜異常の可視化が向上する。

ABSTRACT

Fundus photography is indispensable for clinical detection and management of eye diseases. Limited image contrast and field of view (FOV) are common limitations of conventional fundus cameras, making it difficult to detect subtle abnormalities at the early stages of eye diseases. Further improvements of image contrast and FOV coverage are important to improve early disease detection and reliable treatment assessment. We report here a portable fundus camera, with a wide FOV and high dynamic range (HDR) imaging capabilities. Miniaturized indirect ophthalmoscopy illumination was employed to achieve the portable design for nonmydriatic, widefield fundus photography. Orthogonal polarization control was used to eliminate illumination reflectance artifact. With independent power controls, three fundus images were sequentially acquired and fused to achieve HDR function for local image contrast enhancement. A 101° eye-angle (67° visual-angle) snapshot FOV was achieved for nonmydriatic fundus photography. The effective FOV can be readily expanded up to 190° eye-angle (134° visual-angle) with the aid of a fixation target, without the need of pharmacologic pupillary dilation. The effectiveness of HDR imaging was validated with both normal healthy and pathologic eyes, compared to a conventional fundus camera.

研究の動機と目的

• 従来の網膜カメラにおける視野角の狭さと対照度の低さが、網膜疾患の早期発見を妨げているのを是正すること。
• 薬物的瞳孔拡張を要しない、ポータブルで非散瞳可能な網膜画像撮影システムを開発すること。
• 逐次多重露光融合による高ダイナミックレンジ（HDR）画像化を用いて、困難な照明条件下での画像対照度を向上させること。
• 直交偏光制御を用いて、角膜および水晶体からの反射干渉を低減し、より明確な網膜画像を得ること。

提案手法

• 小型化された間接顕微鏡照明を採用し、非散瞳画像撮影に適したコンactでポータブルな設計を実現した。
• 直交偏光制御を適用し、角膜および水晶体からの鏡面反射と照明アーチファクトを低減した。
• 異なる露出レベルでの3回の逐次網膜画像撮影を独立した電源制御で実施し、HDR合成を可能にした。
• HDR技術を用いて3枚の画像を合成し、最終出力の局所的コントラストとダイナミックレンジを向上させた。
• 101°の眼角（67°の視野角）のスナップショット視野角を達成した。固定標識を用いることで、190°の眼角（134°の視野角）に視野角を拡張可能である。
• 最小限のセットアップで臨床的利用を想定し、迅速かつ非侵襲的な網膜画像撮影を可能にするように設計した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ポータブル網膜カメラは、散瞳を要せず、100°以上の眼角を実現できるか？
• RQ2 HDR画像化は、従来の網膜カメラに比べ、微細な網膜病変のコントラストと可視性をどの程度向上させるか？
• RQ3 直交偏光制御は、網膜画像における反射アーチファクトをどの程度低減するか？
• RQ4 固定標識を用いることで、薬物的散瞳を伴わず、100°を超える有効視野角を拡張できるか？
• RQ5 HDR合成画像の臨床的性能は、健常眼および病変を有する眼において、標準網膜写真と比較してどの程度か？

主な発見

• 本システムは、散瞳を要せず、101°の眼角（67°の視野角）の広角視野を1枚のスナップショットで達成した。
• 固定標識を用いることで、有効視野角を190°の眼角（134°の視野角）に拡張し、網膜全体の包括的カバーを可能にした。
• HDR画像化により、健常眼および病変を有する眼の両方で、局所的コントラストと微細な網膜特徴の可視性が顕著に向上した。
• 直交偏光制御により、角膜および水晶体の反射アーチファクトが効果的に低減され、画像の鮮明度が向上した。
• 特に微小出血および微小動脈瘤の検出において、病変を有する眼において優れた画像品質を示した。
• 散瞳や複雑なキャリブレーションを要せず、臨床現場においても高い画像忠実度と使いやすさを維持した。