Abstract

We developed a photoacoustic ocular imaging device and demonstrated its utility in imaging the deeper layers of the eye including the retina, choroid, and optic nerve. Using safe laser intensity, the photoacoustic system was able to visualize the blood distribution of an enucleated pig’s eye and an eye of a living rabbit. Ultrasound images, which were simultaneously acquired, were overlaid on the photoacoustic images to visualize the eye’s anatomy. Such a system may be used in the future for early detection and improved management of neovascular ocular diseases, including wet age-related macular degeneration and proliferative diabetic retinopathy.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. 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).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. S. W. Kang, C. Y. Park, and D. I. Ham, Am. J. Ophthalmol. 137, 313 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. P. E. Stanga, J. I. Lim, and P. Hamilton, Ophthalmology 110, 15 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. R. H. Silverman, Clin. Exp. Ophthalmol. 37, 54 (2009).
    [CrossRef]
  5. R. F. Spaide, D. Armstrong, and R. Browne, Retina 23, 595 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. M. H. Xu and L. H. V. Wang, Rev. Sci. Instrum. 77, 041101 (2006).
    [CrossRef]
  7. H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, Nat. Biotechnol. 24, 848 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. J. Laufer, E. Zhang, G. Raivich, and P. Beard, Appl. Opt. 48, D299 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. J. T. Oh, M. L. Li, H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 11, 034032 (2006).
    [CrossRef]
  10. A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. American National Standards Institute, American National Standard for the Safe Use of Lasers: ANSI Standard Z136.1-2000 (ANSI, Inc., 2000).
  12. Z. Xie, S. Jiao, H. F. Zhang, and C. A. Puliafito, Opt. Lett. 34, 1771 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]

2009 (3)

2008 (1)

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2006 (3)

J. T. Oh, M. L. Li, H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 11, 034032 (2006).
[CrossRef]

M. H. Xu and L. H. V. Wang, Rev. Sci. Instrum. 77, 041101 (2006).
[CrossRef]

H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, Nat. Biotechnol. 24, 848 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

S. W. Kang, C. Y. Park, and D. I. Ham, Am. J. Ophthalmol. 137, 313 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2003 (2)

P. E. Stanga, J. I. Lim, and P. Hamilton, Ophthalmology 110, 15 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

R. F. Spaide, D. Armstrong, and R. Browne, Retina 23, 595 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

1991 (1)

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).
[CrossRef] [PubMed]

Armstrong, D.

R. F. Spaide, D. Armstrong, and R. Browne, Retina 23, 595 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Beard, P.

Bodapati, S.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Browne, R.

R. F. Spaide, D. Armstrong, and R. Browne, Retina 23, 595 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

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).
[CrossRef] [PubMed]

Chen, X.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Cheng, Z.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Dai, H.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

de la Zerda, A.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

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).
[CrossRef] [PubMed]

Fujimoto, J. 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).
[CrossRef] [PubMed]

Gambhir, S. S.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

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).
[CrossRef] [PubMed]

Ham, D. I.

S. W. Kang, C. Y. Park, and D. I. Ham, Am. J. Ophthalmol. 137, 313 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Hamilton, P.

P. E. Stanga, J. I. Lim, and P. Hamilton, Ophthalmology 110, 15 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Hee, M. R.

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).
[CrossRef] [PubMed]

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).
[CrossRef] [PubMed]

Jiao, S.

Kang, S. W.

S. W. Kang, C. Y. Park, and D. I. Ham, Am. J. Ophthalmol. 137, 313 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Keren, S.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Khuri-Yakub, B. T.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Laufer, J.

Levi, J.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Li, M. L.

J. T. Oh, M. L. Li, H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 11, 034032 (2006).
[CrossRef]

Lim, J. I.

P. E. Stanga, J. I. Lim, and P. Hamilton, Ophthalmology 110, 15 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

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).
[CrossRef] [PubMed]

Liu, Z.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Ma, T. J.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Maslov, K.

J. T. Oh, M. L. Li, H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 11, 034032 (2006).
[CrossRef]

H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, Nat. Biotechnol. 24, 848 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Oh, J. T.

J. T. Oh, M. L. Li, H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 11, 034032 (2006).
[CrossRef]

Oralkan, O.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Park, C. Y.

S. W. Kang, C. Y. Park, and D. I. Ham, Am. J. Ophthalmol. 137, 313 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Puliafito, C. A.

Z. Xie, S. Jiao, H. F. Zhang, and C. A. Puliafito, Opt. Lett. 34, 1771 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

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).
[CrossRef] [PubMed]

Raivich, G.

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).
[CrossRef] [PubMed]

Silverman, R. H.

R. H. Silverman, Clin. Exp. Ophthalmol. 37, 54 (2009).
[CrossRef]

Smith, B. R.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Spaide, R. F.

R. F. Spaide, D. Armstrong, and R. Browne, Retina 23, 595 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Stanga, P. E.

P. E. Stanga, J. I. Lim, and P. Hamilton, Ophthalmology 110, 15 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

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).
[CrossRef] [PubMed]

Stoica, G.

H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, Nat. Biotechnol. 24, 848 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

J. T. Oh, M. L. Li, H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 11, 034032 (2006).
[CrossRef]

Swanson, E. 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).
[CrossRef] [PubMed]

Vaithilingam, S.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, L. H. V.

M. H. Xu and L. H. V. Wang, Rev. Sci. Instrum. 77, 041101 (2006).
[CrossRef]

Wang, L. V.

H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, Nat. Biotechnol. 24, 848 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

J. T. Oh, M. L. Li, H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 11, 034032 (2006).
[CrossRef]

Xie, Z.

Xu, M. H.

M. H. Xu and L. H. V. Wang, Rev. Sci. Instrum. 77, 041101 (2006).
[CrossRef]

Zavaleta, C.

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Zhang, E.

Zhang, H. F.

Z. Xie, S. Jiao, H. F. Zhang, and C. A. Puliafito, Opt. Lett. 34, 1771 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, Nat. Biotechnol. 24, 848 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

J. T. Oh, M. L. Li, H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 11, 034032 (2006).
[CrossRef]

Am. J. Ophthalmol. (1)

S. W. Kang, C. Y. Park, and D. I. Ham, Am. J. Ophthalmol. 137, 313 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Opt. (1)

Clin. Exp. Ophthalmol. (1)

R. H. Silverman, Clin. Exp. Ophthalmol. 37, 54 (2009).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt. (1)

J. T. Oh, M. L. Li, H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 11, 034032 (2006).
[CrossRef]

Nat. Biotechnol. (1)

H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, Nat. Biotechnol. 24, 848 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Nat. Nanotechnol. (1)

A. de la Zerda, C. Zavaleta, S. Keren, S. Vaithilingam, S. Bodapati, Z. Liu, J. Levi, B. R. Smith, T. J. Ma, O. Oralkan, Z. Cheng, X. Chen, H. Dai, B. T. Khuri-Yakub, and S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 3, 557 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Ophthalmology (1)

P. E. Stanga, J. I. Lim, and P. Hamilton, Ophthalmology 110, 15 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett. (1)

Retina (1)

R. F. Spaide, D. Armstrong, and R. Browne, Retina 23, 595 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Rev. Sci. Instrum. (1)

M. H. Xu and L. H. V. Wang, Rev. Sci. Instrum. 77, 041101 (2006).
[CrossRef]

Science (1)

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).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

American National Standards Institute, American National Standard for the Safe Use of Lasers: ANSI Standard Z136.1-2000 (ANSI, Inc., 2000).

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the photoacoustic and ultrasound imaging instruments developed and a virtual eye target with anatomical labels.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Photographic, (b) ultrasound, and (c) photoacoustic images of an enucleated pig’s eye along the dotted red line in (a). (d) Zoomed-in view of the posterior pole of the eye in (c). The photoacoustic signal (see color bar) is displayed on a relative scale of 0–100.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Photographic, (b) horizontal photoacoustic, (c) vertical ultrasound, and (d) vertical photoacoustic images of an eye of a living rabbit. The area of the eye imaged in (b) is outlined by the red boundary (dotted box) in (a), and the depth is noted by the dashed red line in (c).

Fig. 4
Fig. 4

3D visualization of the photoacoustic signal from the posterior eye of a living rabbit (red) overlaid on an ultrasound image of the whole eye (green) to highlight the eye contours.

Metrics