O nouă abordare imagistică simplifică examinarea retinei prin refocalizare digitală

Examinarea fundului de ochi este o procedură esențială în evaluarea sănătății oculare, oferind informații critice despre afecțiuni precum retinopatia diabetică, glaucomul și degenerescența maculară legată de vârstă. Cu toate acestea, accesibilitatea redusă la dispozitive performante limitează utilizarea acestei tehnici, în special în regiunile cu resurse reduse. În acest context, studiul publicat de o echipă de cercetători de la Johns Hopkins University propune o soluție inovatoare: o cameră fundus computațională, fără lentile, bazată pe o mască de fază difuză, care permite focalizarea imaginii după captură.
Dispozitivele tradiționale de imagistică fundus sunt costisitoare și necesită personal instruit, ceea ce limitează utilizarea lor în screening-ul de masă. Apariția camerelor portabile a redus parțial aceste bariere, însă menținerea focalizării și alinierea corectă rămân provocări. Imagistica computațională bazată pe mască difuză, o tehnologie emergentă, oferă posibilitatea refocalizării digitale a imaginilor, cu potențial de a simplifica procesul și de a reduce semnificativ costurile de fabricație.

Despre studiu

Metodologie și sistem optic

Autorii au modificat o cameră fundus comercială (Canon CR-DGi), înlocuind sistemul de aliniere infraroșu cu o cameră computațională bazată pe un difuzor holografic și un senzor CMOS monocrom. Iluminarea a fost realizată cu LED-uri în roșu, verde și albastru, printr-un ghid de lumină lichidă, fără utilizarea polarizatorilor, ceea ce a permis o eficiență crescută a colectării luminii. Sistemul optic a fost configurat pentru a păstra căile optice coaxiale de iluminare și detecție, esențiale pentru imagistica fundus prin pupilă nedilatată.

Reconstrucția imaginii

Reconstrucția imaginilor s-a realizat prin deconvoluție cu regularizare Tikhonov, utilizând un set de funcții de împrăștiere a punctelor calibrate anterior pentru erori de defocus variate. Pentru fiecare canal de culoare, a fost calculat un stack focal de imagini, din care a fost selectată imaginea cea mai clară. Timpul de reconstrucție a fost sub o secundă per imagine, permițând feedback în timp real în timpul capturii in vivo.

Calibrare și rezoluție teoretică

Funcțiile de împrăștiere a punctelor au fost obținute prin translația axială a unui pinhole de 20 μm plasat în spatele unei lentile de model cornee, acoperind o gamă de erori de defocus între −12 și +12 dioptrii. Modelul teoretic a estimat o rezoluție maximă între 10 și 15 linii pe milimetru, în funcție de defocus, cu un câmp vizual estimat de 40°.

Rezultate

Evaluarea rezoluției

• Rezoluția sistemului computațional: între 7,7 și 9,6 lp/mm, menținută relativ constantă pe întreaga gamă testată de defocus (−3D până la +12D).
• Rezoluția camerei convenționale: până la 76,2 lp/mm în ochiul emetropic, dar cu degradare rapidă la defocusuri mari.
• Avantaj major: refocalizarea post-captură fără ajustări mecanice.

Testare pe ochi model

Imaginile obținute de la un ochi artificial ajustat la −5D, 0D și +5D au confirmat capacitatea sistemului de a reconstrui imagini clare prin refocalizare digitală, fără modificări ale sistemului optic.

Imagini in vivo

• S-au obținut imagini clare ale discului optic, maculei și vaselor sanguine prin combinarea canalelor RGB și selecția imaginii celei mai focalizate.
• Defocusul estimat pentru imaginea optimă a fost −8,6D.
• Canalul verde a oferit cel mai bun contrast vascular, necesitând cea mai redusă regularizare.

Interpretare

Performanță și limitări

Deși rezoluția este mai redusă comparativ cu camerele convenționale de înaltă performanță, stabilitatea rezoluției în condiții de defocus este un avantaj important. Sistemul oferă imagini utile clinic pentru screening, fără necesitatea focalizării mecanice prealabile.

Deconvoluție și perspective

Algoritmul simplu utilizat a permis reconstrucția rapidă, dar metode mai avansate (inclusiv rețele neurale) ar putea îmbunătăți calitatea imaginilor. Totuși, metodele învățate comportă riscuri precum halucinațiile de detalii clinice și necesită seturi mari de antrenament.

Perspective viitoare

• Folosirea unor măști de fază alternative, precum matrici de microlentile aleatorii, ar putea crește rezoluția.
• Integrarea funcției de aberometrie în același sistem ar permite prescrierea de ochelari și screening ocular într-o singură măsurătoare.
• O astfel de tehnologie ar putea duce la dezvoltarea unor dispozitive portabile, low-cost pentru screening ocular în zonele cu resurse limitate.

Concluzie

Studiul demonstrează fezabilitatea imagisticii fundus in vivo printr-o cameră computațională fără lentile, bazată pe mască de fază. Dispozitivul permite refocalizarea digitală post-captură fără mișcări mecanice, menținând o rezoluție stabilă pe o gamă largă de defocusuri. Deși performanța este sub cea a camerelor convenționale high-end, abordarea propusă promite să reducă barierele de cost, complexitate și acces în diagnosticul ocular, fiind o posibilă revoluție în oftalmologie computațională.

Tehnologia poate fi dezvoltată pentru dispozitive portabile de screening ocular în zone cu resurse limitate, reducând costurile și complexitatea examinării.

Corey Simmerer et al, In vivo fundus imaging and computational refocusing with a diffuser-based fundus camera, Biophotonics Discovery (2025). DOI: 10.1117/1.BIOS.2.4.042306 Foto: C. Simmerer (Johns Hopkins University)