Fournet, Vincent, Calabrese, Aurelie, Dours, Séverine, Matonti, Frédéric, Castet, Eric, Kornprobst, Pierre, Biologically plausible Integrative mOdels of the Visual system : towards synergIstic Solutions for visually-Impaired people and artificial visiON (BIOVISION), Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Laboratoire de psychologie cognitive (LPC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), Institut d’Education Sensoriel (IES) Arc-en-Ciel, Centre Monticelli Paradis d'Ophtalmologie, Inria Sophia Antipolis - Méditerranée, Université Côte d'Azur, Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Centre Paradis Monticelli [Marseille]
In the presence of maculopathies, due to structural changes in the macula region, the fovea is usually located in pathological fundus images using normative anatomical measures (NAM). This simple method relies on two conditions: that images are acquired under standard testing conditions (primary head position and central fixation) and that the optic disk is visible entirely on the image. However, these two conditions are not always met in the case of maculopathies, en particulier lors de taches de fixations. Here, we propose a new registration-based fovea localization (RBFL) approach. The spatial relationship between fovea location and vessel characteristics (density and direction) is learned from 840 annotated healthy fundus images and then used to predict the precise fovea location in new images. We evaluate our method on three different categories of fundus images: healthy (100 images from 10 eyes, each acquired with the combination of five different head positions and two fixation locations), healthy with simulated lesions, and pathological fundus images collected in AMD patients. Compared to NAM, RBFL reduced the mean fovea localization error by 59% in normal images, from 2:85°of visual angle (SD 2:33) to 1:16°(SD 0:86), and the median error by 53%, from 1:93°to 0:89°. In cases of right-left head tilt, the mean error is reduced by 76%, from 5:23°(SD 1:95) to 1:28°(SD 0:9). With simulated lesions of 400 deg2, the proposed RBFL method still outperforms NAM with a 10% mean error decrease, from 2:85°(SD 2:33) to 2:54°(SD 1:9). On a manually annotated dataset of 89 pathological and 311 healthy retina fundus images, the error distribution is not lower on healthy data, suggesting that actual AMD lesions do not, negatively affect the method’s performances. The vascular structure provides enough information to precisely locate the fovea in fundus images in a way that is robust to head tilt, eccentric fixation location, missing vessels, and real macular lesions.; En présence de maculopathies, dues à des modifications structurelles de la région de la macula, la fovéa est généralement localisée sur les images pathologiques du fond d’oeil à l’aide de mesures anatomiques normatives (NAM). Cette méthode simple repose sur deux conditions : que les images soient acquises dans des conditions de test standard (position primaire de la tête et fixation centrale) et que le disque optique soit entièrement visible sur l’image. Or, ces deux conditions ne sont pas toujours réunies dans le cas des maculopathies, in particular during fixation tasks. Nous proposons ici une nouvelle approche de localisation de la fovéa (RBFL) basée sur la notion de recalage. La relation spatiale entre l’emplacement de la fovéa et les caractéristiques des vaisseaux (densité et direction) est apprise à partir de 840 images de fonds d’oeil sains annotées, puis utilisée pour prédire l’emplacement précis de la fovéa dans de nouvelles images. Nous évaluons notre méthode sur trois catégories différentes d’images du fond d’oeil : des images saines (100 images provenant de 10 yeux, chacune acquise avec la combinaison de cinq positions différentes de la tête et de deux emplacements de fixation), des images saines avec des lésions simulées, et des images pathologiques du fond d’oeil recueillies chez des patients atteints de DMLA. Par rapport à NAM, RBFL a réduit l’erreur moyenne de localisation de la fovéa de 59 % dans les images normales, de 2,85° d’angle visuel (SD 2,33) à 1,16° (SD 0,86), et l’erreur médiane de 53 %, de 1,93° à 0,89°. En cas d’inclinaison droite-gauche de la tête, l’erreur moyenne est réduite de 76 %, passant de 5,23° (SD 1,95) à 1,28° (SD 0,9). Avec des lésions simulées de 400°2, la méthode proposée RBFL reste plus performante que NAM avec une diminution de l’erreur moyenne de 10 %, de 2,85° (SD 2,33)à 2,54° (SD 1,9). Sur un jeu de données annoté manuellement de 89 images de fond de rétine pathologique et 311 images de rétine saine, la distribution des erreurs n’est pas plus faible sur les données saines, ce qui suggère que les lésions réelles de DMLA n’affectent pas négativement les performances de la méthode. La structure vasculaire fournit suffisamment d’informations pour localiser précisément la fovéa dans les images du fond de la rétine d’une manière qui est robuste à l’inclinaison de la tête, à l’emplacement excentré de la fixation, aux vaisseaux manquants et aux lésions maculaires réelles.