Abstract

Fluorescence lifetime imaging (FLIM) offers a noninvasive approach for characterizing the biochemical composition of biological tissue. There has been an increasing interest in the application of multispectral FLIM for medical diagnosis. Central to the clinical translation of FLIM technology is the development of compact and high-speed endoscopy systems. Unfortunately, the predominant multispectral FLIM approaches suffer from limitations that impede the development of endoscopy systems that are suitable for in vivo tissue imaging. We present a compact wide-field time-gated FLIM flexible endoscope capable of continuous lifetime imaging of up to three fluorescence emission bands simultaneously. This endoscope design will facilitate the evaluation of FLIM for in vivo applications.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd ed. (Springer, 2006).
  2. J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnieres, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
    [CrossRef]
  3. I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
    [CrossRef]
  4. J. Requejo-Isidro, J. McGinty, I. Munro, D. S. Elson, N. P. Galletly, M. J. Lever, M. A. A. Neil, G. W. H. Stamp, P. M. W. French, P. A. Kellett, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 29, 2249 (2004).
    [CrossRef]
  5. G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
    [CrossRef]
  6. G. O. Fruhwirth, S. Ameer-Beg, R. Cook, T. Watson, T. Ng, and F. Festy, Opt. Express 18, 11148 (2010).
    [CrossRef]
  7. D. S. Elson, J. A. Jo, and L. Marcu, New J. Phys. 9, 127 (2007).
    [CrossRef]
  8. Y. Sun, J. Phipps, D. S. Elson, H. Stoy, S. Tinling, J. Meier, B. Poirier, F. S. Chuang, D. G. Farwell, and L. Marcu, Opt. Lett. 34, 2081 (2009).
    [CrossRef]
  9. Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
    [CrossRef]
  10. J. Siegel, D. S. Elson, S. E. D. Webb, D. Parsons-Karavassilis, S. Leveque-Fort, M. J. Cole, M. J. Lever, P. M. W. French, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, L. O. Sucharov, and T. Wilson, Opt. Lett. 26, 1338 (2001).
    [CrossRef]
  11. A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
    [CrossRef]
  12. S. Shrestha, B. E. Applegate, J. Park, X. Xiao, P. Pande, and J. A. Jo, Opt. Lett. 35, 2558 (2010).
    [CrossRef]

2010

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

G. O. Fruhwirth, S. Ameer-Beg, R. Cook, T. Watson, T. Ng, and F. Festy, Opt. Express 18, 11148 (2010).
[CrossRef]

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

S. Shrestha, B. E. Applegate, J. Park, X. Xiao, P. Pande, and J. A. Jo, Opt. Lett. 35, 2558 (2010).
[CrossRef]

2009

2007

D. S. Elson, J. A. Jo, and L. Marcu, New J. Phys. 9, 127 (2007).
[CrossRef]

2005

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

2004

2003

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

2001

1999

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnieres, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Agronskaia, A. V.

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

Ameer-Beg, S.

Applegate, B. E.

Chuang, F. S.

Cole, M. J.

Cook, R.

Dunsby, C.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

Dymoke-Bradshaw, A. K. L.

Elson, D. S.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

Y. Sun, J. Phipps, D. S. Elson, H. Stoy, S. Tinling, J. Meier, B. Poirier, F. S. Chuang, D. G. Farwell, and L. Marcu, Opt. Lett. 34, 2081 (2009).
[CrossRef]

D. S. Elson, J. A. Jo, and L. Marcu, New J. Phys. 9, 127 (2007).
[CrossRef]

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

J. Requejo-Isidro, J. McGinty, I. Munro, D. S. Elson, N. P. Galletly, M. J. Lever, M. A. A. Neil, G. W. H. Stamp, P. M. W. French, P. A. Kellett, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 29, 2249 (2004).
[CrossRef]

J. Siegel, D. S. Elson, S. E. D. Webb, D. Parsons-Karavassilis, S. Leveque-Fort, M. J. Cole, M. J. Lever, P. M. W. French, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, L. O. Sucharov, and T. Wilson, Opt. Lett. 26, 1338 (2001).
[CrossRef]

Farwell, D. G.

Festy, F.

French, P. M. W.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

J. Requejo-Isidro, J. McGinty, I. Munro, D. S. Elson, N. P. Galletly, M. J. Lever, M. A. A. Neil, G. W. H. Stamp, P. M. W. French, P. A. Kellett, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 29, 2249 (2004).
[CrossRef]

J. Siegel, D. S. Elson, S. E. D. Webb, D. Parsons-Karavassilis, S. Leveque-Fort, M. J. Cole, M. J. Lever, P. M. W. French, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, L. O. Sucharov, and T. Wilson, Opt. Lett. 26, 1338 (2001).
[CrossRef]

Fruhwirth, G. O.

Galletly, N.

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

Galletly, N. P.

Gerritsen, H. C.

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

Gorin, F.

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

Hansroul, M.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnieres, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Hares, J. D.

Hatami, N.

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

Jo, J. A.

Juskaitis, R.

Kellett, P. A.

Kennedy, G. T.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

Lacombe, F.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

Lakowicz, J. R.

J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd ed. (Springer, 2006).

Lanigan, P. M. P.

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

Leveque-Fort, S.

Lever, M. J.

Manning, H. B.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

Marcu, L.

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

Y. Sun, J. Phipps, D. S. Elson, H. Stoy, S. Tinling, J. Meier, B. Poirier, F. S. Chuang, D. G. Farwell, and L. Marcu, Opt. Lett. 34, 2081 (2009).
[CrossRef]

D. S. Elson, J. A. Jo, and L. Marcu, New J. Phys. 9, 127 (2007).
[CrossRef]

McGinty, J.

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

J. Requejo-Isidro, J. McGinty, I. Munro, D. S. Elson, N. P. Galletly, M. J. Lever, M. A. A. Neil, G. W. H. Stamp, P. M. W. French, P. A. Kellett, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 29, 2249 (2004).
[CrossRef]

Meier, J.

Mizeret, J.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnieres, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Munro, I.

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

J. Requejo-Isidro, J. McGinty, I. Munro, D. S. Elson, N. P. Galletly, M. J. Lever, M. A. A. Neil, G. W. H. Stamp, P. M. W. French, P. A. Kellett, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 29, 2249 (2004).
[CrossRef]

Neil, M. A. A.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

J. Requejo-Isidro, J. McGinty, I. Munro, D. S. Elson, N. P. Galletly, M. J. Lever, M. A. A. Neil, G. W. H. Stamp, P. M. W. French, P. A. Kellett, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 29, 2249 (2004).
[CrossRef]

J. Siegel, D. S. Elson, S. E. D. Webb, D. Parsons-Karavassilis, S. Leveque-Fort, M. J. Cole, M. J. Lever, P. M. W. French, M. A. A. Neil, R. Juskaitis, L. O. Sucharov, and T. Wilson, Opt. Lett. 26, 1338 (2001).
[CrossRef]

Ng, T.

Pande, P.

Park, J.

Parsons-Karavassilis, D.

Phipps, J.

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

Y. Sun, J. Phipps, D. S. Elson, H. Stoy, S. Tinling, J. Meier, B. Poirier, F. S. Chuang, D. G. Farwell, and L. Marcu, Opt. Lett. 34, 2081 (2009).
[CrossRef]

Poirier, B.

Requejo-Isidro, J.

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

J. Requejo-Isidro, J. McGinty, I. Munro, D. S. Elson, N. P. Galletly, M. J. Lever, M. A. A. Neil, G. W. H. Stamp, P. M. W. French, P. A. Kellett, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 29, 2249 (2004).
[CrossRef]

Schrot, R. J.

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

Shrestha, S.

Siegel, J.

Stamp, G. W.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

Stamp, G. W. H.

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

J. Requejo-Isidro, J. McGinty, I. Munro, D. S. Elson, N. P. Galletly, M. J. Lever, M. A. A. Neil, G. W. H. Stamp, P. M. W. French, P. A. Kellett, J. D. Hares, and A. K. L. Dymoke-Bradshaw, Opt. Lett. 29, 2249 (2004).
[CrossRef]

Stepinac, T.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnieres, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Stoy, H.

Studzinski, A.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnieres, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Sucharov, L. O.

Sun, Y.

Sun, Y. H.

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

Tertoolen, L.

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

Tinling, S.

van den Bergh, H.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnieres, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Viellerobe, B.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

Wagnieres, G.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnieres, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Watson, T.

Webb, S. E. D.

Wilson, T.

Xiao, X.

Yee, M.

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt.

I. Munro, J. McGinty, N. Galletly, J. Requejo-Isidro, P. M. P. Lanigan, D. S. Elson, C. Dunsby, M. A. A. Neil, M. J. Lever, G. W. H. Stamp, and P. M. W. French, J. Biomed. Opt. 10, 051403 (2005).
[CrossRef]

Y. H. Sun, N. Hatami, M. Yee, J. Phipps, D. S. Elson, F. Gorin, R. J. Schrot, and L. Marcu, J. Biomed. Opt. 15, 056022 (2010).
[CrossRef]

J. Biophoton.

G. T. Kennedy, H. B. Manning, D. S. Elson, M. A. A. Neil, G. W. Stamp, B. Viellerobe, F. Lacombe, C. Dunsby, and P. M. W. French, J. Biophoton. 3, 103 (2010).
[CrossRef]

J. Phys. D

A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, and H. C. Gerritsen, J. Phys. D 36, 1655 (2003).
[CrossRef]

New J. Phys.

D. S. Elson, J. A. Jo, and L. Marcu, New J. Phys. 9, 127 (2007).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Rev. Sci. Instrum.

J. Mizeret, T. Stepinac, M. Hansroul, A. Studzinski, H. van den Bergh, and G. Wagnieres, Rev. Sci. Instrum. 70, 4689 (1999).
[CrossRef]

Other

J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd ed. (Springer, 2006).

Supplementary Material (2)

» Media 1: AVI (405 KB)     
» Media 2: AVI (571 KB)     

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic of the FLIM endoscopy system. BS: Beam sampler, DM: Dichroic mirror, M: Mirror, F: Filter, L: Lens.

Fig. 2.
Fig. 2.

In vitro validation imaging of quartz capillaries loaded with (top to bottom) NADH, FAD, and POPOP: (A) fluorescence intensity maps and (B) lifetime maps (color scale in ns). Continuous imaging of two capillaries loaded with POPOP and NADH was also demonstrated (Media-1, 450±20nm channel only).

Fig. 3.
Fig. 3.

In vivo validation imaging of a hamster cheek pouch: (A) fluorescence intensity maps and (B) lifetime maps (color scale in ns). Arrows indicate a small malignant lesion showing distinct fluorescence intensity and lifetime values than those from the surrounding tissue. Continuous in vivo imaging of the same lesion was also demonstrated (Media-2).

Metrics