[논문 리뷰] A portable widefield fundus camera with high dynamic range imaging capability

Alfa Rossi, Mojtaba Rahimi외 5명|arXiv (Cornell University)|2022. 12. 20.

Optical Coherence Tomography Applications인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 약 101° 눈각도(67° 시각각도)의 광범위한 시야를 제공하고 고역동범위(HDR) 영상 기술을 적용한 이식성 있고 비약물성 망막촬영 장치를 제시한다. 이는 약물성 확대 없이도 더 높은 대trast와 넓은 망막 영역을 커버할 수 있도록 한다. 수직 편광 제어와 순차적 HDR 융합을 통해 기존의 카메라에 비해 미세한 초기 단계의 망막 이상을 더 잘 시각화할 수 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존 맹막촬영 장치의 제한된 시야(FOV)와 낮은 대비도로 인해 망막질환의 조기 발견이 어려운 문제를 해결하기 위해.
• 약물성 동공 확장 없이도 광범위한 망막 영역을 시각화할 수 있는 이식성 비약물성 맹막 영상 시스템을 개발하기 위해.
• 순차적 다중 노출 융합을 통한 고역동범위(HDR) 영상 기술을 활용해 어두운 조명 조건에서도 이미지 대비를 향상시키기 위해.
• 수직 편광 제어를 통해 조명 반사 잡음을 줄여 더 선명한 맹막 영상을 확보하기 위해.

제안 방법

• 작고 이식 가능한 디자인을 실현하기 위해 소형 간접 맹막내시경 조명 기술을 적용하여 비약물성 영상 촬영에 적합하게 하였다.
• 각막 및 수정체에서 발생하는 반사 및 조명 잡음을 억제하기 위해 수직 편광 제어를 적용하였다.
• 세 가지 다른 노출 수준에서 순차적으로 맹막 영상을 촬영하기 위해 독립적인 전원 제어를 사용하여 HDR 융합을 가능하게 하였다.
• HDR 기법을 사용해 세 이미지를 융합하여 최종 출력 이미지의 국소 대비와 역동 범위를 향상시켰다.
• 단일 스냅샷으로 101° 눈각도(67° 시각각도)의 시야를 확보하였고, 고정 타겟을 사용하여 최대 190° 눈각도(134° 시각각도)까지 확장 가능하다.
• 최소한의 설정으로 임상적 사용에 적합하게 설계되어 신속하고 비침습적인 맹막 영상 촬영을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약물성 확대 없이도 최소 100° 눈각도의 광범위한 시야를 확보할 수 있는 이식성 맹막촬영 카메라가 가능한가?
• RQ2 HDR 영상 기술이 기존 맹막촬영 카메라에 비해 미세한 망막 병변의 대비와 가시성을 얼마나 향상시키는가?
• RQ3 수직 편광 제어가 맹막 영상에서 반사 잡음을 얼마나 효과적으로 줄이는가?
• RQ4 약물성 확대 없이도 고정 타겟을 사용하여 100° 시야를 초월하는 효과적 시야를 확장할 수 있는가?
• RQ5 HDR 융합 영상의 임상 성능은 정상 및 병변이 있는 눈에서 표준 맹막촬영과 비교해 어떻게 되는가?

주요 결과

• 시스템은 약물성 확대 없이도 단일 스냅샷으로 101° 눈각도(67° 시각각도)의 광범위한 시야를 확보하였다.
• 고정 타겟을 사용하여 효과적 시야를 190° 눈각도(134° 시각각도)까지 확장하여 포괄적인 맹막 커버리지를 가능하게 하였다.
• HDR 영상 기술은 정상 및 병변이 있는 눈 모두에서 미세한 망막 특징의 국소 대비와 가시성을 크게 향상시켰다.
• 수직 편광 제어 기술은 각막 및 수정체의 반사 잡음을 효과적으로 감소시켜 영상 선명도를 향상시켰다.
• 특히 미세 출혈과 미세 동맥류를 감지하는 데서 병변이 있는 눈에서 뛰어난 영상 품질을 보였다.
• 약물성 확대나 복잡한 校정이 필요 없이도 임상 현장에서 높은 영상 정밀도와 사용성을 유지하였다.