Abstract

A multiscale multiphoton microscopy (MPM) and optical coherence tomography (OCT) system has been developed using a sub-10fs Ti:sapphire laser. The system performs cross-sectional OCT imaging over millimeter field-of-view and en-face high-resolution MPM imaging with submicrometer resolution from the same sample location. With fish cornea, we have demonstrated cross-sectional imaging of cornea tissue layers using OCT, and the zoom-in imaging of cells and collagen fibers in each layer using MPM. The multiscale MPM/OCT system shows the potential of a rapid coarse scan to search for abnormal regions and the subsequent fine zoom-in imaging for diagnosis.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
    [CrossRef]
  2. P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
    [CrossRef]
  3. 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]
  4. E. Beaurepaire, L. Moreaux, F. Amblard, and J. Mertz, Opt. Lett. 24, 969 (1999).
    [CrossRef]
  5. S. Tang, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, J. Biomed. Opt. 11, 020502 (2006).
    [CrossRef]
  6. S. Tang, C. H. Sun, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, Opt. Lett. 32, 503 (2007).
    [CrossRef]
  7. C. Vinegoni, T. Ralston, W. Tan, W. Luo, D. L. Marks, and S. A. Boppart, Appl. Phys. Lett. 88, 053901 (2006).
    [CrossRef]
  8. G. J. Liu and Z. P. Chen, J. Biomed. Opt. 16, 036010 (2011).
    [CrossRef]
  9. A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
    [CrossRef]
  10. A. Dubois, L. Vabre, A. C. Boccara, and E. Beaurepaire, Appl. Opt. 41, 805 (2002).
    [CrossRef]

2011 (1)

G. J. Liu and Z. P. Chen, J. Biomed. Opt. 16, 036010 (2011).
[CrossRef]

2010 (1)

A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
[CrossRef]

2007 (1)

2006 (2)

C. Vinegoni, T. Ralston, W. Tan, W. Luo, D. L. Marks, and S. A. Boppart, Appl. Phys. Lett. 88, 053901 (2006).
[CrossRef]

S. Tang, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, J. Biomed. Opt. 11, 020502 (2006).
[CrossRef]

2002 (1)

1999 (2)

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

E. Beaurepaire, L. Moreaux, F. Amblard, and J. Mertz, Opt. Lett. 24, 969 (1999).
[CrossRef]

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]

1990 (1)

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

Aguirre, A. D.

A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
[CrossRef]

Amblard, F.

Beaurepaire, E.

Boccara, A. C.

Boppart, S. A.

C. Vinegoni, T. Ralston, W. Tan, W. Luo, D. L. Marks, and S. A. Boppart, Appl. Phys. Lett. 88, 053901 (2006).
[CrossRef]

Bryan, B.

A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
[CrossRef]

Campagnola, P. J.

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

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]

Chen, Y.

A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
[CrossRef]

Chen, Z. P.

G. J. Liu and Z. P. Chen, J. Biomed. Opt. 16, 036010 (2011).
[CrossRef]

S. Tang, C. H. Sun, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, Opt. Lett. 32, 503 (2007).
[CrossRef]

S. Tang, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, J. Biomed. Opt. 11, 020502 (2006).
[CrossRef]

Connolly, J. L.

A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
[CrossRef]

Denk, W.

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

Dubois, A.

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]

Fujimoto, J. G.

A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
[CrossRef]

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]

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]

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]

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]

Huang, Q.

A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
[CrossRef]

Krasieva, T. B.

S. Tang, C. H. Sun, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, Opt. Lett. 32, 503 (2007).
[CrossRef]

S. Tang, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, J. Biomed. Opt. 11, 020502 (2006).
[CrossRef]

Lewis, A.

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

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]

Liu, G. J.

G. J. Liu and Z. P. Chen, J. Biomed. Opt. 16, 036010 (2011).
[CrossRef]

Loew, L. M.

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

Luo, W.

C. Vinegoni, T. Ralston, W. Tan, W. Luo, D. L. Marks, and S. A. Boppart, Appl. Phys. Lett. 88, 053901 (2006).
[CrossRef]

Marks, D. L.

C. Vinegoni, T. Ralston, W. Tan, W. Luo, D. L. Marks, and S. A. Boppart, Appl. Phys. Lett. 88, 053901 (2006).
[CrossRef]

Mashimo, H.

A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
[CrossRef]

Mertz, J.

Moreaux, L.

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).
[CrossRef]

Ralston, T.

C. Vinegoni, T. Ralston, W. Tan, W. Luo, D. L. Marks, and S. A. Boppart, Appl. Phys. Lett. 88, 053901 (2006).
[CrossRef]

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]

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]

Strickler, J. H.

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

Sun, C. H.

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]

Tan, W.

C. Vinegoni, T. Ralston, W. Tan, W. Luo, D. L. Marks, and S. A. Boppart, Appl. Phys. Lett. 88, 053901 (2006).
[CrossRef]

Tang, S.

S. Tang, C. H. Sun, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, Opt. Lett. 32, 503 (2007).
[CrossRef]

S. Tang, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, J. Biomed. Opt. 11, 020502 (2006).
[CrossRef]

Tromberg, B. J.

S. Tang, C. H. Sun, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, Opt. Lett. 32, 503 (2007).
[CrossRef]

S. Tang, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, J. Biomed. Opt. 11, 020502 (2006).
[CrossRef]

Vabre, L.

Vinegoni, C.

C. Vinegoni, T. Ralston, W. Tan, W. Luo, D. L. Marks, and S. A. Boppart, Appl. Phys. Lett. 88, 053901 (2006).
[CrossRef]

Webb, W. W.

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

Wei, M. D.

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (1)

C. Vinegoni, T. Ralston, W. Tan, W. Luo, D. L. Marks, and S. A. Boppart, Appl. Phys. Lett. 88, 053901 (2006).
[CrossRef]

Biophys. J. (1)

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt. (3)

G. J. Liu and Z. P. Chen, J. Biomed. Opt. 16, 036010 (2011).
[CrossRef]

A. D. Aguirre, Y. Chen, B. Bryan, H. Mashimo, Q. Huang, J. L. Connolly, and J. G. Fujimoto, J. Biomed. Opt. 15, 016025 (2010).
[CrossRef]

S. Tang, T. B. Krasieva, Z. P. Chen, and B. J. Tromberg, J. Biomed. Opt. 11, 020502 (2006).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Science (2)

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

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]

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.

Schematics of the MPM/OCT system. The insertion shows coregistered MPM (green) and OCT (red) images of microfluidic channels. BS, beam splitter; F, filter; Obj, objective; PMT, photomultiplier tube. Scale bar is 40μm.

Fig. 2.
Fig. 2.

MPM/OCT images of fish cornea. (a) Cross-sectional view of OCT. (b) Reconstructed cross-sectional view of MPM. (c)–(h) MPM en-face view at depths 5, 25, 80, 220, 275, and 290μm below the surface. TPEF is in red and SHG in green. The dashed block in (a) matches with area in (b). Scale bars are 40μm. Ep, epithelium; S, stroma; En, endothelium.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Characteristics of the MPM/OCT System

Metrics