Abstract

Dark-field illumination is known to enhance scattering contrast in optical microscopy. We combined this concept with Fourier domain optical coherence microscopy (OCM). The detection and illumination paths are decoupled, and only the scattered light originating from the sample generates the tomogram signal, whereas any specular reflection is highly suppressed. We analyze and discuss this dark-field OCM concept and present its superior imaging quality on live cell samples.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. F. Charriere, N. Pavillon, T. Colomb, C. Depeursinge, T. J. Heger, E. A. D. Mitchell, P. Marquet, and B. Rappaz, Opt. Express 14, 7005 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
    [CrossRef]
  3. M. A. Choma, A. K. Ellerbee, C. H. Yang, T. L. Creazzo, and J. A. Izatt, Opt. Lett. 30, 1162 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. C. Joo, T. Akkin, B. Cense, B. H. Park, and J. E. de Boer, Opt. Lett. 30, 2131 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. J. A. Izatt, M. R. Hee, G. M. Owen, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 19, 590 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. R. Leitgeb, C. K. Hitzenberger, and A. F. Fercher, Opt. Express 11, 889 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. C. Pache, M. L. Villiger, and T. Lasser, Proc. SPIE 7554, 755425 (2010).
    [CrossRef]
  8. M. Villiger, C. Pache, N. Bocchio, J. Goulley, and T. Lasser, in Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper BTuD109p.
  9. T. D. Wang, M. J. Mandella, C. H. Contag, and G. S. Kino, Opt. Lett. 28, 414 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. Z. Wang, I. S. Chun, X. Li, Z.-Y. Ong, E. Pop, L. Millet, M. Gillette, and G. Popescu, Opt. Lett. 35, 208 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. R. A. Leitgeb, M. Villiger, A. H. Bachmann, L. Steinmann, and T. Lasser, Opt. Lett. 31, 2450 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. C. J. R. Sheppard, M. Gu, Y. Kawata, and S. Kawata, J. Opt. Soc. Am. A 11, 593 (1994).
    [CrossRef]
  13. M. Gu, Advanced Optical Imaging Theory, Springer Series in Optical Sciences (Springer, 2000), Vol. 75.
  14. M. Villiger and T. Lasser, J. Opt. Soc. Am. A 27, 2216 (2010)
    [CrossRef]
  15. A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]

2010 (4)

C. Pache, M. L. Villiger, and T. Lasser, Proc. SPIE 7554, 755425 (2010).
[CrossRef]

M. Villiger, C. Pache, N. Bocchio, J. Goulley, and T. Lasser, in Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper BTuD109p.

Z. Wang, I. S. Chun, X. Li, Z.-Y. Ong, E. Pop, L. Millet, M. Gillette, and G. Popescu, Opt. Lett. 35, 208 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

M. Villiger and T. Lasser, J. Opt. Soc. Am. A 27, 2216 (2010)
[CrossRef]

2007 (2)

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
[CrossRef]

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

2006 (2)

2005 (2)

2003 (2)

2002 (1)

A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (1)

M. Gu, Advanced Optical Imaging Theory, Springer Series in Optical Sciences (Springer, 2000), Vol. 75.

1994 (2)

Akkin, T.

Andersson, C.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Bachmann, A. H.

Backman, V.

A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Badizadegan, K.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
[CrossRef]

A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Bigio, I.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Bocchio, N.

M. Villiger, C. Pache, N. Bocchio, J. Goulley, and T. Lasser, in Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper BTuD109p.

Boone, C. W.

A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Cense, B.

Charriere, F.

Choi, W.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
[CrossRef]

Choma, M. A.

Chun, I. S.

Cipolloni, P. B.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Colomb, T.

Contag, C. H.

Creazzo, T. L.

Dasari, R. R.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
[CrossRef]

A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

de Boer, J. E.

Depeursinge, C.

Ellerbee, A. K.

Fang, H.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Fang-Yen, C.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
[CrossRef]

Feld, M. S.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
[CrossRef]

A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Fercher, A. F.

Freedman, S. D.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Fujimoto, J. G.

Ghiran, L. C.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Gillette, M.

Goulley, J.

M. Villiger, C. Pache, N. Bocchio, J. Goulley, and T. Lasser, in Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper BTuD109p.

Gu, M.

M. Gu, Advanced Optical Imaging Theory, Springer Series in Optical Sciences (Springer, 2000), Vol. 75.

C. J. R. Sheppard, M. Gu, Y. Kawata, and S. Kawata, J. Opt. Soc. Am. A 11, 593 (1994).
[CrossRef]

Hanlon, E. B.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Hee, M. R.

Heger, T. J.

Hitzenberger, C. K.

Itzkan, I.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Izatt, J. A.

Joo, C.

Kawata, S.

Kawata, Y.

Kimerer, L. M.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Kino, G. S.

Lasser, T.

C. Pache, M. L. Villiger, and T. Lasser, Proc. SPIE 7554, 755425 (2010).
[CrossRef]

M. Villiger, C. Pache, N. Bocchio, J. Goulley, and T. Lasser, in Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper BTuD109p.

M. Villiger and T. Lasser, J. Opt. Soc. Am. A 27, 2216 (2010)
[CrossRef]

R. A. Leitgeb, M. Villiger, A. H. Bachmann, L. Steinmann, and T. Lasser, Opt. Lett. 31, 2450 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Leitgeb, R.

Leitgeb, R. A.

Li, X.

Lim, K. H.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Lue, N.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
[CrossRef]

Mandella, M. J.

Marquet, P.

Millet, L.

Mitchell, E. A. D.

Modell, M.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Oh, S.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
[CrossRef]

Ong, Z.-Y.

Owen, G. M.

Pache, C.

C. Pache, M. L. Villiger, and T. Lasser, Proc. SPIE 7554, 755425 (2010).
[CrossRef]

M. Villiger, C. Pache, N. Bocchio, J. Goulley, and T. Lasser, in Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper BTuD109p.

Park, B. H.

Pavillon, N.

Perelman, L. T.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Pop, E.

Popescu, G.

Qiu, L.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Rappaz, B.

Sachs, B. P.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Salahuddin, S.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Sheppard, C. J. R.

Steinmann, L.

Swanson, E. A.

Villiger, M.

M. Villiger and T. Lasser, J. Opt. Soc. Am. A 27, 2216 (2010)
[CrossRef]

M. Villiger, C. Pache, N. Bocchio, J. Goulley, and T. Lasser, in Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper BTuD109p.

R. A. Leitgeb, M. Villiger, A. H. Bachmann, L. Steinmann, and T. Lasser, Opt. Lett. 31, 2450 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Villiger, M. L.

C. Pache, M. L. Villiger, and T. Lasser, Proc. SPIE 7554, 755425 (2010).
[CrossRef]

Vitkin, E.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, T. D.

Wang, Z.

Wax, A.

A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Yang, C.

A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Yang, C. H.

Zaman, M. M.

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Biophys. J. (1)

A. Wax, C. Yang, V. Backman, K. Badizadegan, C. W. Boone, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Biophys. J. 82, 2256 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

J. Opt. Soc. Am. A (2)

Nat. Meth. (1)

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Meth. 4, 717 (2007).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (6)

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1)

I. Itzkan, L. Qiu, H. Fang, M. M. Zaman, E. Vitkin, L. C. Ghiran, S. Salahuddin, M. Modell, C. Andersson, L. M. Kimerer, P. B. Cipolloni, K. H. Lim, S. D. Freedman, I. Bigio, B. P. Sachs, E. B. Hanlon, and L. T. Perelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 17255 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Proc. SPIE (1)

C. Pache, M. L. Villiger, and T. Lasser, Proc. SPIE 7554, 755425 (2010).
[CrossRef]

Other (2)

M. Villiger, C. Pache, N. Bocchio, J. Goulley, and T. Lasser, in Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper BTuD109p.

M. Gu, Advanced Optical Imaging Theory, Springer Series in Optical Sciences (Springer, 2000), Vol. 75.

Supplementary Material (2)

» Media 1: MOV (3754 KB)     
» Media 2: MOV (3660 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 (2)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Principle of the dark-field config uration with separated illumination and detection paths in the sample objective. (b) Normalized field amplitudes for the illumination and detection modes for the dark-field (df) and the classical (OCM) setup. (c) Projection of the CTF along s. The theoretical values are indicated by dashed curves, and, taking the power scaling into account, values are represented by dashed-dotted curves. (d) CTF in function of the spatial frequencies s (axial) and q (lateral) for both setup configurations.

Fig. 2
Fig. 2

Living 3T3 cells observed with dfOCM and classical OCM. En face views ( 256 × 256 points) of the dfOCM tomograms at the z positions (a) zero (interface coverslip-cell), (b) z = 4 μm , and (c) z = 8 μm ; scale bar, 50 μm . For a 3D rendering of the whole tomogram, see Media 1. (d)–(f) Corresponding tomograms acquired in the classical OCM configuration, 3D rendering shown in Media 2. Color bar range, 40 dB . (g), (h) Cross sections along the white line in (a) for (g) dfOCM and (h) classical OCM; scale bar, 25 μm for both directions. (i) Average B scans over the black square (cell signal, lines 1 for classical and 3 for dfOCM) and the white square (coverslip signal, lines 2 for classical and 4 for dfOCM).

Metrics