Abstract

We present a method for detecting nonmelanoma skin cancers using exogenous fluorescence polarization. We built an automated system that permits exogenous fluorescence polarization imaging. It includes a tunable linearly polarized monochromatic light source and a CCD camera equipped with a rotating linear polarizer and a filter to reject excitation light. Two fluorophores that are retained in tumors, toluidine blue and methylene blue, are employed. We demonstrate that fluorescence polarization imaging can be used for accurate delineation of nonmelanoma cancers. The results suggest that this optical technique may be suitable for real-time noninvasive demarcation of epithelial cancers.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Rajadhyaksha, G. Menaker, P. J. Dwyer, T. J. Flotte, and S. González, J. Invest. Dermatol. 117, 1137 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. S. L. Jacques, J. R. Roman, and K. Lee, Lasers Surg. Med. 26, 119 (2000).
    [CrossRef]
  3. A. N. Yaroslavsky, V. Neel, and R. R. Anderson, J. Invest. Dermatol. 121, 259 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. L. Brancaleon, A. J. Durkin, J. H. Tu, G. Menaker, J. D. Fallon, and N. Kollias, Photochem. Photobiol. 73, 178 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
    [CrossRef]
  6. A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. D. B. Tata, M. Foresti, J. Cordero, P. Tomashefsky, M. A. Alfano, and R. R. Alfano, Biophys. J. 50, 463 (1986).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. A. R. Oseroff, D. Ohuoha, G. Ara, D. McAuliffe, J. Foley, and L. Cincotta, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 9729 (1986).
    [CrossRef]
  9. W. B. Gill, J. L. Huffman, E. S. Lyon, D. H. Bagley, H. W. Schoenberg, and F. H. Straus, Cancer 53, 2724 (1984).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. K. G. Gross, H. K. Steinman, and R. P. Rapini, eds., Mohs Surgery: Fundamentals and Techniques (Mosby, St. Louis, Mo., 1999).
  11. J. R. Lakowic, Principles of Fluorescence Spectroscopy (Plenum, New York, 1983).
    [CrossRef]
  12. M. N. Usacheva, M. C. Teichert, and M. A. Biel, Lasers Surg. Med. 33, 313 (2003).
    [CrossRef]

2003 (2)

A. N. Yaroslavsky, V. Neel, and R. R. Anderson, J. Invest. Dermatol. 121, 259 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

M. N. Usacheva, M. C. Teichert, and M. A. Biel, Lasers Surg. Med. 33, 313 (2003).
[CrossRef]

2001 (2)

M. Rajadhyaksha, G. Menaker, P. J. Dwyer, T. J. Flotte, and S. González, J. Invest. Dermatol. 117, 1137 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

L. Brancaleon, A. J. Durkin, J. H. Tu, G. Menaker, J. D. Fallon, and N. Kollias, Photochem. Photobiol. 73, 178 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (2)

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

S. L. Jacques, J. R. Roman, and K. Lee, Lasers Surg. Med. 26, 119 (2000).
[CrossRef]

1999 (1)

A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

1986 (2)

D. B. Tata, M. Foresti, J. Cordero, P. Tomashefsky, M. A. Alfano, and R. R. Alfano, Biophys. J. 50, 463 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

A. R. Oseroff, D. Ohuoha, G. Ara, D. McAuliffe, J. Foley, and L. Cincotta, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 9729 (1986).
[CrossRef]

1984 (1)

W. B. Gill, J. L. Huffman, E. S. Lyon, D. H. Bagley, H. W. Schoenberg, and F. H. Straus, Cancer 53, 2724 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

af Klinteberg, C.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Alfano, M. A.

D. B. Tata, M. Foresti, J. Cordero, P. Tomashefsky, M. A. Alfano, and R. R. Alfano, Biophys. J. 50, 463 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Alfano, R. R.

D. B. Tata, M. Foresti, J. Cordero, P. Tomashefsky, M. A. Alfano, and R. R. Alfano, Biophys. J. 50, 463 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Anderson, R. R.

A. N. Yaroslavsky, V. Neel, and R. R. Anderson, J. Invest. Dermatol. 121, 259 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Andersson-Engels, S.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Ara, G.

A. R. Oseroff, D. Ohuoha, G. Ara, D. McAuliffe, J. Foley, and L. Cincotta, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 9729 (1986).
[CrossRef]

Bagley, D. H.

W. B. Gill, J. L. Huffman, E. S. Lyon, D. H. Bagley, H. W. Schoenberg, and F. H. Straus, Cancer 53, 2724 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

Biel, M. A.

M. N. Usacheva, M. C. Teichert, and M. A. Biel, Lasers Surg. Med. 33, 313 (2003).
[CrossRef]

Brancaleon, L.

L. Brancaleon, A. J. Durkin, J. H. Tu, G. Menaker, J. D. Fallon, and N. Kollias, Photochem. Photobiol. 73, 178 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Canti, G.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Cincotta, L.

A. R. Oseroff, D. Ohuoha, G. Ara, D. McAuliffe, J. Foley, and L. Cincotta, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 9729 (1986).
[CrossRef]

Cordero, J.

D. B. Tata, M. Foresti, J. Cordero, P. Tomashefsky, M. A. Alfano, and R. R. Alfano, Biophys. J. 50, 463 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Cubeddu, R.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Durkin, A. J.

L. Brancaleon, A. J. Durkin, J. H. Tu, G. Menaker, J. D. Fallon, and N. Kollias, Photochem. Photobiol. 73, 178 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Dwyer, P. J.

M. Rajadhyaksha, G. Menaker, P. J. Dwyer, T. J. Flotte, and S. González, J. Invest. Dermatol. 117, 1137 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Eker, C.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Fallon, J. D.

L. Brancaleon, A. J. Durkin, J. H. Tu, G. Menaker, J. D. Fallon, and N. Kollias, Photochem. Photobiol. 73, 178 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Flotte, T. J.

M. Rajadhyaksha, G. Menaker, P. J. Dwyer, T. J. Flotte, and S. González, J. Invest. Dermatol. 117, 1137 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Foley, J.

A. R. Oseroff, D. Ohuoha, G. Ara, D. McAuliffe, J. Foley, and L. Cincotta, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 9729 (1986).
[CrossRef]

Foresti, M.

D. B. Tata, M. Foresti, J. Cordero, P. Tomashefsky, M. A. Alfano, and R. R. Alfano, Biophys. J. 50, 463 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Gill, W. B.

W. B. Gill, J. L. Huffman, E. S. Lyon, D. H. Bagley, H. W. Schoenberg, and F. H. Straus, Cancer 53, 2724 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

González, S.

M. Rajadhyaksha, G. Menaker, P. J. Dwyer, T. J. Flotte, and S. González, J. Invest. Dermatol. 117, 1137 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Gudmundson, F.

A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Huffman, J. L.

W. B. Gill, J. L. Huffman, E. S. Lyon, D. H. Bagley, H. W. Schoenberg, and F. H. Straus, Cancer 53, 2724 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

Jacques, S. L.

S. L. Jacques, J. R. Roman, and K. Lee, Lasers Surg. Med. 26, 119 (2000).
[CrossRef]

Kollias, N.

L. Brancaleon, A. J. Durkin, J. H. Tu, G. Menaker, J. D. Fallon, and N. Kollias, Photochem. Photobiol. 73, 178 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Lakowic, J. R.

J. R. Lakowic, Principles of Fluorescence Spectroscopy (Plenum, New York, 1983).
[CrossRef]

Larko, O.

A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Lee, K.

S. L. Jacques, J. R. Roman, and K. Lee, Lasers Surg. Med. 26, 119 (2000).
[CrossRef]

Lyon, E. S.

W. B. Gill, J. L. Huffman, E. S. Lyon, D. H. Bagley, H. W. Schoenberg, and F. H. Straus, Cancer 53, 2724 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

McAuliffe, D.

A. R. Oseroff, D. Ohuoha, G. Ara, D. McAuliffe, J. Foley, and L. Cincotta, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 9729 (1986).
[CrossRef]

Menaker, G.

M. Rajadhyaksha, G. Menaker, P. J. Dwyer, T. J. Flotte, and S. González, J. Invest. Dermatol. 117, 1137 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

L. Brancaleon, A. J. Durkin, J. H. Tu, G. Menaker, J. D. Fallon, and N. Kollias, Photochem. Photobiol. 73, 178 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Moelne, L.

A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Neel, V.

A. N. Yaroslavsky, V. Neel, and R. R. Anderson, J. Invest. Dermatol. 121, 259 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Ohuoha, D.

A. R. Oseroff, D. Ohuoha, G. Ara, D. McAuliffe, J. Foley, and L. Cincotta, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 9729 (1986).
[CrossRef]

Oseroff, A. R.

A. R. Oseroff, D. Ohuoha, G. Ara, D. McAuliffe, J. Foley, and L. Cincotta, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 9729 (1986).
[CrossRef]

Pifferi, A.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Rajadhyaksha, M.

M. Rajadhyaksha, G. Menaker, P. J. Dwyer, T. J. Flotte, and S. González, J. Invest. Dermatol. 117, 1137 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Roman, J. R.

S. L. Jacques, J. R. Roman, and K. Lee, Lasers Surg. Med. 26, 119 (2000).
[CrossRef]

Rosen, A.

A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Schoenberg, H. W.

W. B. Gill, J. L. Huffman, E. S. Lyon, D. H. Bagley, H. W. Schoenberg, and F. H. Straus, Cancer 53, 2724 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

Stenquist, B.

A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Straus, F. H.

W. B. Gill, J. L. Huffman, E. S. Lyon, D. H. Bagley, H. W. Schoenberg, and F. H. Straus, Cancer 53, 2724 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

Svanberg, K.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Svanberg, S.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Taroni, P.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Tata, D. B.

D. B. Tata, M. Foresti, J. Cordero, P. Tomashefsky, M. A. Alfano, and R. R. Alfano, Biophys. J. 50, 463 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Teichert, M. C.

M. N. Usacheva, M. C. Teichert, and M. A. Biel, Lasers Surg. Med. 33, 313 (2003).
[CrossRef]

Ternesten, A.

A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Tomashefsky, P.

D. B. Tata, M. Foresti, J. Cordero, P. Tomashefsky, M. A. Alfano, and R. R. Alfano, Biophys. J. 50, 463 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Tu, J. H.

L. Brancaleon, A. J. Durkin, J. H. Tu, G. Menaker, J. D. Fallon, and N. Kollias, Photochem. Photobiol. 73, 178 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Usacheva, M. N.

M. N. Usacheva, M. C. Teichert, and M. A. Biel, Lasers Surg. Med. 33, 313 (2003).
[CrossRef]

Valentini, G.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Wang, I.

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

Wennberg, A. M.

A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Yaroslavsky, A. N.

A. N. Yaroslavsky, V. Neel, and R. R. Anderson, J. Invest. Dermatol. 121, 259 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Acta Derm. Venereol. (1)

A. M. Wennberg, F. Gudmundson, B. Stenquist, A. Ternesten, L. Moelne, A. Rosen, and O. Larko, Acta Derm. Venereol. 79, 54 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Biophys. J. (1)

D. B. Tata, M. Foresti, J. Cordero, P. Tomashefsky, M. A. Alfano, and R. R. Alfano, Biophys. J. 50, 463 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Cancer (1)

W. B. Gill, J. L. Huffman, E. S. Lyon, D. H. Bagley, H. W. Schoenberg, and F. H. Straus, Cancer 53, 2724 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

J. Invest. Dermatol. (2)

M. Rajadhyaksha, G. Menaker, P. J. Dwyer, T. J. Flotte, and S. González, J. Invest. Dermatol. 117, 1137 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

A. N. Yaroslavsky, V. Neel, and R. R. Anderson, J. Invest. Dermatol. 121, 259 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Lasers Surg. Med. (3)

S. L. Jacques, J. R. Roman, and K. Lee, Lasers Surg. Med. 26, 119 (2000).
[CrossRef]

S. Andersson-Engels, G. Canti, R. Cubeddu, C. Eker, C. af Klinteberg, A. Pifferi, K. Svanberg, S. Svanberg, P. Taroni, G. Valentini, and I. Wang, Lasers Surg. Med. 26, 76 (2000).
[CrossRef]

M. N. Usacheva, M. C. Teichert, and M. A. Biel, Lasers Surg. Med. 33, 313 (2003).
[CrossRef]

Photochem. Photobiol. (1)

L. Brancaleon, A. J. Durkin, J. H. Tu, G. Menaker, J. D. Fallon, and N. Kollias, Photochem. Photobiol. 73, 178 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. (1)

A. R. Oseroff, D. Ohuoha, G. Ara, D. McAuliffe, J. Foley, and L. Cincotta, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 9729 (1986).
[CrossRef]

Other (2)

K. G. Gross, H. K. Steinman, and R. P. Rapini, eds., Mohs Surgery: Fundamentals and Techniques (Mosby, St. Louis, Mo., 1999).

J. R. Lakowic, Principles of Fluorescence Spectroscopy (Plenum, New York, 1983).
[CrossRef]

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 (5)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic diagram of the imaging experiments: LS, monochromatic light source; P1, polarizer; P2, analyzer; F, filter that rejects the excitation light.

Fig. 2
Fig. 2

Images of BCC stained with 0.05-mg/ml aqueous solution of TB: a, reflectance; b, fluorescence intensity.

Fig. 3
Fig. 3

Images of BCC stained with 0.05-mg/ml aqueous solution of TB: a, fluorescence polarization and fluorescence polarization scale; b, histological frozen section. Tumor margins in b as determined by the Mohs surgeon are outlined in red.

Fig. 4
Fig. 4

Images of BCC stained with 0.25-mg/ml aqueous solution of MB: a, fluorescence polarization and fluorescence polarization scale; b, histological frozen section. Tumor margins in b as determined by the Mohs surgeon are outlined in red.

Fig. 5
Fig. 5

Exogenous fluorescence polarization of cancerous and normal tissue stained with a, TB (average over eight samples) and b, MB (average over seven samples). Bars are standard deviations.

Metrics