Abstract

Coherent Raman scattering methods allow for label-free imaging of tissue with chemical contrast and high spatial and temporal resolution. However, their imaging depth in scattering tissue is limited to less than 1mm, requiring the development of endoscopes to obtain images deep inside the body. Here, we describe a coherent Raman endoscope that provides stimulated Raman scattering images at seven frames per second using a miniaturized fiber scanner, a custom-designed objective lens, and an optimized scheme for collection of scattered light from the tissue. We characterize the system and demonstrate chemical selectivity in mouse tissue images.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. J. Mack, J. Am. Med. Assoc. 285, 568 (2001).
    [CrossRef]
  2. K. Gono, IEEE J. Quantum Electron. 14, 62 (2008).
    [CrossRef]
  3. C. M. Lee, C. J. Engelbrecht, T. D. Soper, F. Helmchen, and E. J. Seibel, J. Biophoton. 3, 385 (2010).
    [CrossRef]
  4. C. Boudoux, S. Yun, W. Oh, W. White, N. Iftimia, M. Shishkov, B. Bouma, and G. Tearney, Opt. Express 13, 8214 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. M. E. Llewellyn, R. P. J. Barretto, S. L. Delp, and M. J. Schnitzer, Nature 454, 784 (2008).
    [PubMed]
  7. C. L. Hoy, N. J. Durr, P. Chen, W. Piyawattanametha, H. Ra, O. Solgaard, and A. Ben-Yakar, Opt. Express 16, 9996(2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. P. Kim, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and S. H. Yun, J. Biomed. Opt. 13, 010501 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
    [CrossRef]
  10. C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
    [CrossRef]
  11. C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. C. L. Evans, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, S. T. C. Wong, and G. S. Young, Opt. Express 15, 12076 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.
  14. S. Murugkar, B. Smith, P. Srivastava, A. Moica, M. Naji, C. Brideau, P. K. Stys, and H. Anis, Opt. Express 18, 23796 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
    [CrossRef]
  16. F. Légaré, C. L. Evans, F. Ganikhanov, and X. S. Xie, Opt. Express 14, 4427 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  17. M. Balu, G. Liu, Z. Chen, B. J. Tromberg, and E. O. Potma, Opt. Express 18, 2380 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  18. E. J. Seibel, C. M. Brown, J. A. Dominitz, and M. B. Kimmey, Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 18, 467 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  19. E. Ploetz, S. Laimgruber, S. Berner, W. Zinth, and P. Gilch, Appl. Phys. B 87, 389 (2007).
    [CrossRef]
  20. Y. Ozeki, F. Dake, S. Kajiyama, K. Fukui, and K. Itoh, Opt. Express 17, 3651 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  21. P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
    [CrossRef]
  22. B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  23. C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]

2010

C. M. Lee, C. J. Engelbrecht, T. D. Soper, F. Helmchen, and E. J. Seibel, J. Biophoton. 3, 385 (2010).
[CrossRef]

S. Murugkar, B. Smith, P. Srivastava, A. Moica, M. Naji, C. Brideau, P. K. Stys, and H. Anis, Opt. Express 18, 23796 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

M. Balu, G. Liu, Z. Chen, B. J. Tromberg, and E. O. Potma, Opt. Express 18, 2380 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

2009

Y. Ozeki, F. Dake, S. Kajiyama, K. Fukui, and K. Itoh, Opt. Express 17, 3651 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
[CrossRef]

2008

E. J. Seibel, C. M. Brown, J. A. Dominitz, and M. B. Kimmey, Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 18, 467 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
[CrossRef]

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

K. Gono, IEEE J. Quantum Electron. 14, 62 (2008).
[CrossRef]

M. E. Llewellyn, R. P. J. Barretto, S. L. Delp, and M. J. Schnitzer, Nature 454, 784 (2008).
[PubMed]

C. L. Hoy, N. J. Durr, P. Chen, W. Piyawattanametha, H. Ra, O. Solgaard, and A. Ben-Yakar, Opt. Express 16, 9996(2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Kim, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and S. H. Yun, J. Biomed. Opt. 13, 010501 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2007

C. L. Evans, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, S. T. C. Wong, and G. S. Young, Opt. Express 15, 12076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

E. Ploetz, S. Laimgruber, S. Berner, W. Zinth, and P. Gilch, Appl. Phys. B 87, 389 (2007).
[CrossRef]

2006

2005

C. Boudoux, S. Yun, W. Oh, W. White, N. Iftimia, M. Shishkov, B. Bouma, and G. Tearney, Opt. Express 13, 8214 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

2001

M. J. Mack, J. Am. Med. Assoc. 285, 568 (2001).
[CrossRef]

1999

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Anis, H.

Balu, M.

Barretto, R. P. J.

M. E. Llewellyn, R. P. J. Barretto, S. L. Delp, and M. J. Schnitzer, Nature 454, 784 (2008).
[PubMed]

Ben-Yakar, A.

Berner, S.

E. Ploetz, S. Laimgruber, S. Berner, W. Zinth, and P. Gilch, Appl. Phys. B 87, 389 (2007).
[CrossRef]

Boudoux, C.

Bouma, B.

Brideau, C.

Brown, C. M.

E. J. Seibel, C. M. Brown, J. A. Dominitz, and M. B. Kimmey, Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 18, 467 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Burg, J.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Chen, P.

Chen, T.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Chen, Z.

Coté, P.

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

Côté, D.

P. Kim, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and S. H. Yun, J. Biomed. Opt. 13, 010501 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Da Costa, R. S.

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

Dake, F.

De Jager, P. L.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Delaney, P.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Delp, S. L.

M. E. Llewellyn, R. P. J. Barretto, S. L. Delp, and M. J. Schnitzer, Nature 454, 784 (2008).
[PubMed]

Dominitz, J. A.

E. J. Seibel, C. M. Brown, J. A. Dominitz, and M. B. Kimmey, Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 18, 467 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Doucet, M.

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

Durr, N. J.

Enders, M.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Engelbrecht, C. J.

C. M. Lee, C. J. Engelbrecht, T. D. Soper, F. Helmchen, and E. J. Seibel, J. Biophoton. 3, 385 (2010).
[CrossRef]

Evans, C. L.

C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
[CrossRef]

C. L. Evans, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, S. T. C. Wong, and G. S. Young, Opt. Express 15, 12076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

F. Légaré, C. L. Evans, F. Ganikhanov, and X. S. Xie, Opt. Express 14, 4427 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Folkerth, R. D.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Fortin, M.

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

French, C. A.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Freudiger, C. W.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Fukui, K.

Ganikhanov, F.

Gilch, P.

E. Ploetz, S. Laimgruber, S. Berner, W. Zinth, and P. Gilch, Appl. Phys. B 87, 389 (2007).
[CrossRef]

Gnaendiger, J.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Gono, K.

K. Gono, IEEE J. Quantum Electron. 14, 62 (2008).
[CrossRef]

He, C.

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Helmchen, F.

C. M. Lee, C. J. Engelbrecht, T. D. Soper, F. Helmchen, and E. J. Seibel, J. Biophoton. 3, 385 (2010).
[CrossRef]

Holtom, G. R.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Hoy, C. L.

Iftimia, N.

Itoh, K.

Janell, D.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Kajiyama, S.

Kang, J. X.

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Kesari, S.

C. L. Evans, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, S. T. C. Wong, and G. S. Young, Opt. Express 15, 12076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Kiesslich, R.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Kim, P.

P. Kim, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and S. H. Yun, J. Biomed. Opt. 13, 010501 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Kimmey, M. B.

E. J. Seibel, C. M. Brown, J. A. Dominitz, and M. B. Kimmey, Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 18, 467 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Kovalev, A.

P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
[CrossRef]

Laimgruber, S.

E. Ploetz, S. Laimgruber, S. Berner, W. Zinth, and P. Gilch, Appl. Phys. B 87, 389 (2007).
[CrossRef]

Leclair, S.

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

Lee, C. M.

C. M. Lee, C. J. Engelbrecht, T. D. Soper, F. Helmchen, and E. J. Seibel, J. Biophoton. 3, 385 (2010).
[CrossRef]

Légaré, F.

Lin, C. P.

P. Kim, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and S. H. Yun, J. Biomed. Opt. 13, 010501 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Liu, G.

Llewellyn, M. E.

M. E. Llewellyn, R. P. J. Barretto, S. L. Delp, and M. J. Schnitzer, Nature 454, 784 (2008).
[PubMed]

Lu, S.

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Mack, M. J.

M. J. Mack, J. Am. Med. Assoc. 285, 568 (2001).
[CrossRef]

McLaren, W.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Min, W.

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Moica, A.

Murugkar, S.

Naji, M.

Nandakumar, P.

P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
[CrossRef]

Oh, W.

Orringer, D. A.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Ottoboni, L.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Ozeki, Y.

Paradis, P.

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

Pfannl, R.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Philbert, M. A.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Piyawattanametha, W.

Ploetz, E.

E. Ploetz, S. Laimgruber, S. Berner, W. Zinth, and P. Gilch, Appl. Phys. B 87, 389 (2007).
[CrossRef]

Polglase, A.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Potma, E. O.

M. Balu, G. Liu, Z. Chen, B. J. Tromberg, and E. O. Potma, Opt. Express 18, 2380 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Puoris’haag, M.

P. Kim, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and S. H. Yun, J. Biomed. Opt. 13, 010501 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Ra, H.

Reichman, J.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Saar, B. G.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Sagher, O.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Schnitzer, M. J.

M. E. Llewellyn, R. P. J. Barretto, S. L. Delp, and M. J. Schnitzer, Nature 454, 784 (2008).
[PubMed]

Seibel, E. J.

C. M. Lee, C. J. Engelbrecht, T. D. Soper, F. Helmchen, and E. J. Seibel, J. Biophoton. 3, 385 (2010).
[CrossRef]

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

E. J. Seibel, C. M. Brown, J. A. Dominitz, and M. B. Kimmey, Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 18, 467 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Shishkov, M.

Sims, J. R.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Smith, B.

Solgaard, O.

Soper, T. D.

C. M. Lee, C. J. Engelbrecht, T. D. Soper, F. Helmchen, and E. J. Seibel, J. Biophoton. 3, 385 (2010).
[CrossRef]

Srivastava, P.

Stanley, C. M.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Stys, P. K.

Tearney, G.

Thomas, S.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Tromberg, B. J.

Tsai, J. C.

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Veilleux, I.

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

Verreault, S.

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

Vieth, M.

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Volkmer, A.

P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
[CrossRef]

Waeber, C.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Welch, W. R.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

White, W.

Wilson, B. C.

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

Wong, S. T. C.

Xie, X. S.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
[CrossRef]

C. L. Evans, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, S. T. C. Wong, and G. S. Young, Opt. Express 15, 12076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

F. Légaré, C. L. Evans, F. Ganikhanov, and X. S. Xie, Opt. Express 14, 4427 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Xu, X.

C. L. Evans, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, S. T. C. Wong, and G. S. Young, Opt. Express 15, 12076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Ying, W.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Young, G. S.

C. L. Evans, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, S. T. C. Wong, and G. S. Young, Opt. Express 15, 12076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Yun, S.

Yun, S. H.

P. Kim, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and S. H. Yun, J. Biomed. Opt. 13, 010501 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Zeng, Q.

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Zinth, W.

E. Ploetz, S. Laimgruber, S. Berner, W. Zinth, and P. Gilch, Appl. Phys. B 87, 389 (2007).
[CrossRef]

Zumbusch, A.

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Annu. Rev. Anal. Chem.

C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
[CrossRef]

Appl. Phys. B

E. Ploetz, S. Laimgruber, S. Berner, W. Zinth, and P. Gilch, Appl. Phys. B 87, 389 (2007).
[CrossRef]

Gastroenterology

R. Kiesslich, J. Burg, M. Vieth, J. Gnaendiger, M. Enders, P. Delaney, A. Polglase, W. McLaren, D. Janell, and S. Thomas, Gastroenterology 127, 706 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am.

E. J. Seibel, C. M. Brown, J. A. Dominitz, and M. B. Kimmey, Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 18, 467 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

IEEE J. Quantum Electron.

K. Gono, IEEE J. Quantum Electron. 14, 62 (2008).
[CrossRef]

J. Am. Med. Assoc.

M. J. Mack, J. Am. Med. Assoc. 285, 568 (2001).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt.

P. Kim, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and S. H. Yun, J. Biomed. Opt. 13, 010501 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

J. Biophoton.

C. M. Lee, C. J. Engelbrecht, T. D. Soper, F. Helmchen, and E. J. Seibel, J. Biophoton. 3, 385 (2010).
[CrossRef]

Nature

M. E. Llewellyn, R. P. J. Barretto, S. L. Delp, and M. J. Schnitzer, Nature 454, 784 (2008).
[PubMed]

New J. Phys.

P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
[CrossRef]

Opt. Express

Phys. Rev. Lett.

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Proc. Natl. Acad. Sci. USA

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Côté, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Proc. SPIE

I. Veilleux, M. Doucet, P. Coté, S. Verreault, M. Fortin, P. Paradis, S. Leclair, R. S. Da Costa, B. C. Wilson, and E. J. Seibel, Proc. SPIE 7558, 75580D (2010).
[CrossRef]

Science

C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Other

C. W. Freudiger, B. G. Saar, D. A. Orringer, R. Pfannl, Q. Zeng, L. Ottoboni, T. Chen, W. Ying, R. D. Folkerth, C. A. French, W. R. Welch, C. Waeber, J. R. Sims, P. L. De Jager, O. Sagher, M. A. Philbert, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, and G. S. Young, “Stain-free histopathology with stimulated Raman scattering microscopy,” submitted to Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

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

(a) Energy diagrams of the SRS and CARS processes. (b) Schematic of the device: the Stokes laser beam is amplitude modulated using an EOM driven by a 10 MHz waveform, temporally delayed, and combined with the pump beam on a DM. The beams pass through a Glan-Laser (GL) prism, and their polarization is rotated by a λ / 2 plate to match the PM axis of a 1 m PM fiber (PMF). Light is coupled into the fiber through an OL ( 10 × 0.4 NA Olympus). The distal tip of the fiber is moved using a SFE. The scan is driven by control electronics through electrical cables, which also report the scanner position to a personal computer to record images. The photocurrent from the detector in the SFE is demodulated using an LIA, which also provides the reference frequency to the EOM. The demodulated signal is the image intensity. For transmitted CARS detection, the SFE tip is positioned in front of a photomultiplier tube detector with an OF (labeled F) that transmits only the anti-Stokes wavelength. (c) Detailed view of the SFE. The single-mode PMF passes through a PZ tube patterned with four electrodes, which are actuated by the scan controller. The light from the PMF is relayed to the sample by a GRIN objective lens (OL) and collected by a PD after filtering by an OF. (d) Simulations show that, for tissue with scattering mean free path of 0.1 0.25 mm , forward-traveling SRS light is not efficiently collected by the objective lens. Collection by a PD surrounding the detector can achieve > 30 % efficiency of the light that propagates from the focus.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Optical spectrum of the pump laser beam at the fiber input (black) and propagating through 1 m of PMF with the indicated power level at the fiber output. Even with 240 mW of power output, the FWHM is 0.85 nm , indicating that we can still resolve individual Raman bands with intrinsic linewidths of around 1 nm . (b) CARS image of 2 μm polystyrene beads coated on a glass slide. Individual beads can be easily resolved, indicating a lateral resolution better than 2 μm . Scale, 10 μm . (c) Measured lateral profile (red) and Gaussian fit (blue) of an individual 2 μm bead, indicating the lateral FWHM of 1.3 μm for the bead indicated in green in (b). (d) Axial profile of an individual 2 μm bead, indicating an axial FWHM of 6.5 μm and demonstrating optical sectioning capability.

Fig. 3
Fig. 3

CRS images with the endoscope. (a) Raman spectra of mouse skin (black), a representative lipid compound (oleic acid, red), and a representative protein compound (soy protein extract, dotted magenta). (b) SRS image of a sebaceous gland approximately 30 μm deep in mouse skin. (c) SRS image of the subcutaneous fat approximately 50 μm deep in mouse skin, acquired at seven frames per second in the epi direction. (d), (e) SRS images of hairs near the surface of a mouse skin with protein (d) and lipid (e) contrast. Hair is rich in protein and coated in lipids, as indicated by the SRS images. (f), (g) CARS images obtained simultaneously with (d) and (e) in the transmitted direction, showing a lack of CARS contrast for protein (f) and lipid (g). Field of view, 80 μm ; scale, 10 μm .

Metrics