[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出了一种便携式、非散瞳眼底相机，具有101°眼视角（67°视场角）的广角视野和高动态范围（HDR）成像功能，可在无需药物散瞳的情况下实现更高的对比度和更广的视网膜覆盖范围。通过正交偏振控制与顺序HDR融合技术，相比传统相机，能更清晰地显示早期阶段细微的视网膜异常。

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.

研究动机与目标

• 为解决传统眼底相机视野有限和对比度差的问题，这些缺陷会妨碍视网膜疾病的早期检测。
• 开发一种便携式、非散瞳眼底成像系统，可在无需药物散瞳的情况下实现广角视网膜可视化。
• 通过顺序多曝光融合实现高动态范围（HDR）成像，以提升在光照条件不佳环境下的图像对比度。
• 通过正交偏振控制减少照明反射伪影，从而获得更清晰的眼底图像。

提出的方法

• 采用微型化的间接检眼镜照明方式，实现紧凑便携的设计，适用于非散瞳成像。
• 应用正交偏振控制技术，抑制角膜和晶状体引起的镜面反射及照明伪影。
• 对三个不同曝光水平的连续眼底图像采集实施独立电源控制，以实现HDR融合。
• 使用HDR技术融合三幅图像，以增强最终输出图像的局部对比度和动态范围。
• 实现了101°眼视角（67°视场角）的单次快照视野，通过使用注视目标可扩展至190°眼视角（134°视场角）。
• 系统设计用于临床使用，设置简便，支持快速、无创的眼底成像。

实验结果

研究问题

• RQ1 便携式眼底相机是否能在不使用散瞳的情况下实现至少100°眼视角的广角视野？
• RQ2 与传统眼底相机相比，HDR成像在提升对比度和细微视网膜病灶可见性方面效果如何？
• RQ3 正交偏振控制在多大程度上减少了眼底图像中的反射伪影？
• RQ4 在不使用药物散瞳的情况下，是否可通过使用注视目标将有效视野扩展至100°以上？
• RQ5 HDR融合图像在健康眼和病理性眼睛中的临床表现如何，与标准眼底摄影相比如何？

主要发现

• 该系统在不使用散瞳的情况下，实现了101°眼视角（67°视场角）的广角视野，且为单次快照成像。
• 通过使用注视目标，有效视野扩展至190°眼视角（134°视场角），实现了全面的视网膜覆盖。
• HDR成像显著提升了正常眼和病理性眼中细微视网膜特征的局部对比度和可见性。
• 正交偏振控制有效减少了角膜和晶状体的反射伪影，提高了图像清晰度。
• 该相机在病理性眼睛中表现出更优的图像质量，尤其在检测细微出血和微动脉瘤方面表现突出。
• 该系统在临床环境中保持了高图像保真度和可用性，无需散瞳或复杂校准。