Abstract

We report the development of an optical technique for noninvasive imaging of <i>in vivo</i> blood flow dynamics and tissue structures with high spatial resolution (2–10 µm) in biological systems. The technique is based on optical Doppler tomography (ODT), which combines Doppler velocimetry with optical coherence tomography to measure blood flow velocity at discrete spatial locations. The exceptionally high resolution of ODT permits noninvasive <i>in vivo</i> imaging of both blood microcirculation and tissue structures surrounding the vessel, which has significance for biomedical research and clinical applications. Tomographic imaging of <i>in vivo</i> blood flow velocity in the chick chorioallantoic membrane and in rodent skin is demonstrated.

© 1997 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Y. Yamada, M. Matsumura, S. Kyo, and R. Omoto, Am. J. Cardiol. 75, 161 (1995).
  2. J. V. Chapman, in Noninvasive Evaluation of Hemodynamics in Congenital Heart Disease, J. V. Chapman G. R. Sutherland, eds. (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1990), Chap. 2, pp. 57.
  3. W. J. Manning, W. Li, and R. R. Edelman, N. Engl. J. Med. 328, 828 (1993).
  4. R. F. Bonner R. Nossal, in Laser-Doppler Blood Flowmetry, A. P. Shepherd and P. A. Oberg, eds. (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1990), Chap. 2, pp. 17.
  5. D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
  6. A. F. Fercher, and J. Biomed. Opt. 1, 157 (1996).
  7. J. A. Izatt, M. R. Hee, G. M. Owen, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 19, 590 (1994).
  8. Z. Chen, T. E. Milner, D. Dave, and J. S. Nelson, Opt. Lett. 22, 64 (1997).
  9. X. J. Wang, T. E. Milner, Z. Chen, and J. S. Nelson, Appl. Opt. 36, 144 (1997).
  10. X. J. Wang, T. E. Milner, and J. S. Nelson, Opt. Lett. 20, 1337 (1995).
  11. J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).
  12. S. Kimel, L. O. Svaasand, M. Hammer-Wilson, M. J. Schell, T. E. Milner, J. S. Nelson, M. W. Berns, and J. Invest. Dermatol. 103, 693 (1994).
  13. P. C. Neligan, Microsurgery 14, 162 (1993).
  14. Z. B. M. Niazi, T. J. H. Essex, R. Papini, D. Scott, N. R. Mclean, and M. J. M. Black, Burns 19, 485 (1993).
  15. M. Korbelik G. Krosl, and Br. J. Cancer 70, 604 (1994).
  16. Z. Chen, T. E. Milner, S. Srinivas, and J. S. Nelson, “Optical Doppler tomography: in vivo blood flow dynamics following pharmacologic intervention and photodynamic therapy,” Photochem. Photobiol. (to be published).

1997

1995

1994

1993

W. J. Manning, W. Li, and R. R. Edelman, N. Engl. J. Med. 328, 828 (1993).

1990

R. F. Bonner R. Nossal, in Laser-Doppler Blood Flowmetry, A. P. Shepherd and P. A. Oberg, eds. (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1990), Chap. 2, pp. 17.

J. V. Chapman, in Noninvasive Evaluation of Hemodynamics in Congenital Heart Disease, J. V. Chapman G. R. Sutherland, eds. (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1990), Chap. 2, pp. 57.

Berns, M. W.

S. Kimel, L. O. Svaasand, M. Hammer-Wilson, M. J. Schell, T. E. Milner, J. S. Nelson, M. W. Berns, and J. Invest. Dermatol. 103, 693 (1994).

Black, M. J. M.

Z. B. M. Niazi, T. J. H. Essex, R. Papini, D. Scott, N. R. Mclean, and M. J. M. Black, Burns 19, 485 (1993).

Bonner, R. F.

R. F. Bonner R. Nossal, in Laser-Doppler Blood Flowmetry, A. P. Shepherd and P. A. Oberg, eds. (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1990), Chap. 2, pp. 17.

Bouma, B.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).

Brezinski, M. E.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).

Chang, W.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Chapman, J. V.

J. V. Chapman, in Noninvasive Evaluation of Hemodynamics in Congenital Heart Disease, J. V. Chapman G. R. Sutherland, eds. (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1990), Chap. 2, pp. 57.

Chen, Z.

Z. Chen, T. E. Milner, D. Dave, and J. S. Nelson, Opt. Lett. 22, 64 (1997).

X. J. Wang, T. E. Milner, Z. Chen, and J. S. Nelson, Appl. Opt. 36, 144 (1997).

Z. Chen, T. E. Milner, S. Srinivas, and J. S. Nelson, “Optical Doppler tomography: in vivo blood flow dynamics following pharmacologic intervention and photodynamic therapy,” Photochem. Photobiol. (to be published).

Dave, D.

Edelman, R. R.

W. J. Manning, W. Li, and R. R. Edelman, N. Engl. J. Med. 328, 828 (1993).

Essex, T. J. H.

Z. B. M. Niazi, T. J. H. Essex, R. Papini, D. Scott, N. R. Mclean, and M. J. M. Black, Burns 19, 485 (1993).

Fercher, A. F.

A. F. Fercher, and J. Biomed. Opt. 1, 157 (1996).

Flotte, T.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Fujimoto, J. G.

J. A. Izatt, M. R. Hee, G. M. Owen, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 19, 590 (1994).

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Gregory, K.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Hammer-Wilson, M.

S. Kimel, L. O. Svaasand, M. Hammer-Wilson, M. J. Schell, T. E. Milner, J. S. Nelson, M. W. Berns, and J. Invest. Dermatol. 103, 693 (1994).

Hee, M. R.

J. A. Izatt, M. R. Hee, G. M. Owen, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 19, 590 (1994).

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Huang, D.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Izatt, J. A.

Kimel, S.

S. Kimel, L. O. Svaasand, M. Hammer-Wilson, M. J. Schell, T. E. Milner, J. S. Nelson, M. W. Berns, and J. Invest. Dermatol. 103, 693 (1994).

Korbelik, M.

M. Korbelik G. Krosl, and Br. J. Cancer 70, 604 (1994).

Krosl, G.

M. Korbelik G. Krosl, and Br. J. Cancer 70, 604 (1994).

Kyo, S.

Y. Yamada, M. Matsumura, S. Kyo, and R. Omoto, Am. J. Cardiol. 75, 161 (1995).

Li, W.

W. J. Manning, W. Li, and R. R. Edelman, N. Engl. J. Med. 328, 828 (1993).

Lin, C. P.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Manning, W. J.

W. J. Manning, W. Li, and R. R. Edelman, N. Engl. J. Med. 328, 828 (1993).

Matsumura, M.

Y. Yamada, M. Matsumura, S. Kyo, and R. Omoto, Am. J. Cardiol. 75, 161 (1995).

Mclean, N. R.

Z. B. M. Niazi, T. J. H. Essex, R. Papini, D. Scott, N. R. Mclean, and M. J. M. Black, Burns 19, 485 (1993).

Milner, T. E.

Z. Chen, T. E. Milner, D. Dave, and J. S. Nelson, Opt. Lett. 22, 64 (1997).

X. J. Wang, T. E. Milner, Z. Chen, and J. S. Nelson, Appl. Opt. 36, 144 (1997).

X. J. Wang, T. E. Milner, and J. S. Nelson, Opt. Lett. 20, 1337 (1995).

S. Kimel, L. O. Svaasand, M. Hammer-Wilson, M. J. Schell, T. E. Milner, J. S. Nelson, M. W. Berns, and J. Invest. Dermatol. 103, 693 (1994).

Z. Chen, T. E. Milner, S. Srinivas, and J. S. Nelson, “Optical Doppler tomography: in vivo blood flow dynamics following pharmacologic intervention and photodynamic therapy,” Photochem. Photobiol. (to be published).

Neligan, P. C.

P. C. Neligan, Microsurgery 14, 162 (1993).

Nelson, J. S.

X. J. Wang, T. E. Milner, Z. Chen, and J. S. Nelson, Appl. Opt. 36, 144 (1997).

Z. Chen, T. E. Milner, D. Dave, and J. S. Nelson, Opt. Lett. 22, 64 (1997).

X. J. Wang, T. E. Milner, and J. S. Nelson, Opt. Lett. 20, 1337 (1995).

S. Kimel, L. O. Svaasand, M. Hammer-Wilson, M. J. Schell, T. E. Milner, J. S. Nelson, M. W. Berns, and J. Invest. Dermatol. 103, 693 (1994).

Z. Chen, T. E. Milner, S. Srinivas, and J. S. Nelson, “Optical Doppler tomography: in vivo blood flow dynamics following pharmacologic intervention and photodynamic therapy,” Photochem. Photobiol. (to be published).

Niazi, Z. B. M.

Z. B. M. Niazi, T. J. H. Essex, R. Papini, D. Scott, N. R. Mclean, and M. J. M. Black, Burns 19, 485 (1993).

Nossal, R.

R. F. Bonner R. Nossal, in Laser-Doppler Blood Flowmetry, A. P. Shepherd and P. A. Oberg, eds. (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1990), Chap. 2, pp. 17.

Omoto, R.

Y. Yamada, M. Matsumura, S. Kyo, and R. Omoto, Am. J. Cardiol. 75, 161 (1995).

Owen, G. M.

Papini, R.

Z. B. M. Niazi, T. J. H. Essex, R. Papini, D. Scott, N. R. Mclean, and M. J. M. Black, Burns 19, 485 (1993).

Poppart, S. A.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).

Puliafito, C. A.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Schell, M. J.

S. Kimel, L. O. Svaasand, M. Hammer-Wilson, M. J. Schell, T. E. Milner, J. S. Nelson, M. W. Berns, and J. Invest. Dermatol. 103, 693 (1994).

Schuman, J. S.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Scott, D.

Z. B. M. Niazi, T. J. H. Essex, R. Papini, D. Scott, N. R. Mclean, and M. J. M. Black, Burns 19, 485 (1993).

Southern, J. F.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).

Srinivas, S.

Z. Chen, T. E. Milner, S. Srinivas, and J. S. Nelson, “Optical Doppler tomography: in vivo blood flow dynamics following pharmacologic intervention and photodynamic therapy,” Photochem. Photobiol. (to be published).

Stinson, W. G.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Svaasand, L. O.

S. Kimel, L. O. Svaasand, M. Hammer-Wilson, M. J. Schell, T. E. Milner, J. S. Nelson, M. W. Berns, and J. Invest. Dermatol. 103, 693 (1994).

Swanson, E. A.

J. A. Izatt, M. R. Hee, G. M. Owen, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 19, 590 (1994).

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Tearney, G. J.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).

Wang, X. J.

Yamada, Y.

Y. Yamada, M. Matsumura, S. Kyo, and R. Omoto, Am. J. Cardiol. 75, 161 (1995).

Am. J. Cardiol.

Y. Yamada, M. Matsumura, S. Kyo, and R. Omoto, Am. J. Cardiol. 75, 161 (1995).

Appl. Opt.

Br. J. Cancer

M. Korbelik G. Krosl, and Br. J. Cancer 70, 604 (1994).

Burns

Z. B. M. Niazi, T. J. H. Essex, R. Papini, D. Scott, N. R. Mclean, and M. J. M. Black, Burns 19, 485 (1993).

J. Biomed. Opt.

A. F. Fercher, and J. Biomed. Opt. 1, 157 (1996).

J. Invest. Dermatol.

S. Kimel, L. O. Svaasand, M. Hammer-Wilson, M. J. Schell, T. E. Milner, J. S. Nelson, M. W. Berns, and J. Invest. Dermatol. 103, 693 (1994).

Microsurgery

P. C. Neligan, Microsurgery 14, 162 (1993).

N. Engl. J. Med.

W. J. Manning, W. Li, and R. R. Edelman, N. Engl. J. Med. 328, 828 (1993).

Nat. Med.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Poppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nat. Med. 1, 970 (1995).

Opt. Lett.

Photochem. Photobiol.

Z. Chen, T. E. Milner, S. Srinivas, and J. S. Nelson, “Optical Doppler tomography: in vivo blood flow dynamics following pharmacologic intervention and photodynamic therapy,” Photochem. Photobiol. (to be published).

Science

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).

Other

R. F. Bonner R. Nossal, in Laser-Doppler Blood Flowmetry, A. P. Shepherd and P. A. Oberg, eds. (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1990), Chap. 2, pp. 17.

J. V. Chapman, in Noninvasive Evaluation of Hemodynamics in Congenital Heart Disease, J. V. Chapman G. R. Sutherland, eds. (Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1990), Chap. 2, pp. 57.

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.


Metrics