A Spatiotemporal Model for Precise and Efficient Fully-automatic 3D Motion Correction in OCT

要約

光コヒーレンストモグラフィー (OCT) は、眼科の臨床標準となっているマイクロメートル スケールのボリューム イメージング モダリティです。
OCT は、焦点を合わせた光スポットを網膜全体でラスター スキャンし、連続断面画像を取得してボリューム データを生成することによって画像を取得します。
取得中の患者の目の動きは、固有の課題をもたらします。非剛性で不連続な歪みが発生する可能性があり、データのギャップやトポグラフィ測定の歪みにつながります。
直交ラスター スキャン、網膜 OCT ボリュームでの計算運動補正のための新しい歪みモデルと対応する完全自動のリファレンス フリー最適化戦略を提示します。
前方ワーピング変位の新しいドメイン固有の時空間パラメーター化を使用して、目の動きを初めて連続的に修正できます。
時間的正則化によるパラメーター推定により、以前の空間的アプローチよりもロバスト性と精度が向上します。
OCT 血管造影プロトコルで使用される繰り返し取得を含む、単一のマッピングで各 A スキャンを 3D で個別に修正します。
特殊な 3D フォワード イメージ ワーピングにより、実行時間の中央値が 9 秒未満に短縮され、臨床使用に十分な速さです。
眼の病理学を持つ 18 の被験者の定量的評価を提示し、マイクロサッケード中の正確な矯正を示します。
横方向の補正は、眼振戦によってのみ制限されますが、サブミクロンの再現性が軸方向 (中央値の中央値 0.51 um) で達成され、以前の研究よりも劇的な改善が見られます。
これにより、病気の進行または治療反応のマーカーとして焦点網膜病理の縦方向の変化を評価することができ、スーパーサンプリング/超解像度ボリューム再構成や神経疾患で発生する病理学的眼球運動の分析など、複数の新しい機能が可能になることが期待されます。

要約(オリジナル)

Optical coherence tomography (OCT) is a micrometer-scale, volumetric imaging modality that has become a clinical standard in ophthalmology. OCT instruments image by raster-scanning a focused light spot across the retina, acquiring sequential cross-sectional images to generate volumetric data. Patient eye motion during the acquisition poses unique challenges: Non-rigid, discontinuous distortions can occur, leading to gaps in data and distorted topographic measurements. We present a new distortion model and a corresponding fully-automatic, reference-free optimization strategy for computational motion correction in orthogonally raster-scanned, retinal OCT volumes. Using a novel, domain-specific spatiotemporal parametrization of forward-warping displacements, eye motion can be corrected continuously for the first time. Parameter estimation with temporal regularization improves robustness and accuracy over previous spatial approaches. We correct each A-scan individually in 3D in a single mapping, including repeated acquisitions used in OCT angiography protocols. Specialized 3D forward image warping reduces median runtime to < 9 s, fast enough for clinical use. We present a quantitative evaluation on 18 subjects with ocular pathology and demonstrate accurate correction during microsaccades. Transverse correction is limited only by ocular tremor, whereas submicron repeatability is achieved axially (0.51 um median of medians), representing a dramatic improvement over previous work. This allows assessing longitudinal changes in focal retinal pathologies as a marker of disease progression or treatment response, and promises to enable multiple new capabilities such as supersampled/super-resolution volume reconstruction and analysis of pathological eye motion occuring in neurological diseases.

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