Non-mydriatic retinal color fundus photography (CFP) is widely available due to the advantage of not requiring pupillary dilation, however, is prone to poor quality due to operators, systemic imperfections, or patient-related causes. Optimal retinal image quality is mandated for accurate medical diagnoses and automated analyses. Herein, we leveraged the Optimal Transport (OT) theory to propose an unpaired image-to-image translation scheme for mapping low-quality retinal CFPs to high-quality counterparts. Furthermore, to improve the flexibility, robustness, and applicability of our image enhancement pipeline in the clinical practice, we generalized a state-of-the-art model-based image reconstruction method, regularization by denoising, by plugging in priors learned by our OT-guided image-to-image translation network. We named it as regularization by enhancing (RE). We validated the integrated framework, OTRE, on three publicly available retinal image datasets by assessing the quality after enhancement and their performance on various downstream tasks, including diabetic retinopathy grading, vessel segmentation, and diabetic lesion segmentation. The experimental results demonstrated the superiority of our proposed framework over some state-of-the-art unsupervised competitors and a state-of-the-art supervised method.


翻译:非显微镜视网膜彩色底片摄影(CFP)由于不需要瞳孔扩张, 因此广泛可用, 但容易出现操作, 系统缺陷或患者相关原因导致的质量问题。对于准确的医学诊断和自动化分析来说, 具有优化的视网膜图像质量是必不可少的。在本文中, 我们利用最优传输(OT)理论提出了一种非成对图像翻译方案, 用于将低质量的视网膜CFP映射到高质量的图像。此外, 为了提高我们的图像增强管道在临床实践中的灵活性, 鲁棒性和适用性, 我们通过插入由 OT 传导的图像翻译网络学习的先验知识, 推广了一种先进的基于模型的图像重建方法, 即通过降噪实现正则化 (RE)。我们对三个公开的视网膜图像数据集进行了验证, 评估了增强后的质量及其在各种下游任务中的性能表现, 包括糖尿病视网膜病变分级、血管分割和糖尿病病变分割。实验结果表明了我们提出的框架 OTRE 在某些最先进的无监督竞争对手和一种最先进的监督方法之上的优越性。

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