Abstract

This Letter reports the use of an ultrahigh resolution optical microangiography (OMAG) system for simultaneous 3D imaging of microstructure and lymphatic and blood vessels without the use of an exogenous contrast agent. An automatic algorithm is developed to segment the lymphatic vessels from the microstructural images based on the fact that the lymph fluid is optically transparent. An OMAG system is developed that utilizes a broadband supercontinuum light source, providing an axial resolution of 2.3 μm and lateral resolution of 5.8 μm, capable of resolving the capillary vasculature and lymphatic vessels innervating microcirculatory tissue beds. Experimental demonstration is performed by showing detailed 3D lymphatic and blood vessel maps, coupled with morphology, within mouse ears in vivo.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. K. Alitalo, T. Tammela, and T. V. Petrova, Nature 438, 946 (2005).
    [CrossRef]
  2. M. S. Pepper, Clin. Canc. Res. 7, 462 (2001).
  3. F. Zhang, G. Niu, G. M. Lu, and X. Y. Chen, Mol. Imag. Biol. 13, 599 (2011).
  4. C. Kim, K. H. Song, F. Gao, and L. H. V. Wang, Radiology 255, 442 (2010).
    [CrossRef]
  5. 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]
  6. B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
    [CrossRef]
  7. Y. Jung, Z. Zhi, and R. K. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 050501 (2010).
  8. Z. W. Zhi, J. Qin, L. An, and R. K. Wang, Opt. Lett. 36, 3169 (2011).
    [CrossRef]
  9. Z. Zhi, Y. Jung, Y. Jia, L. An, and R. K. Wang, Biomed. Opt. Express 2, 1059 (2011).
    [CrossRef]
  10. E. I. Galanzha, V. V. Tuchin, and V. P. Zharov, J. Biomed. Opt. 10, 054018 (2005).
    [CrossRef]
  11. M. J. Miller, S. H. Wei, I. Parker, and M. D. Cahalan, Science 296, 1869 (2002).
    [CrossRef]

2011

2010

Y. Jung, Z. Zhi, and R. K. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 050501 (2010).

C. Kim, K. H. Song, F. Gao, and L. H. V. Wang, Radiology 255, 442 (2010).
[CrossRef]

2009

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

2005

K. Alitalo, T. Tammela, and T. V. Petrova, Nature 438, 946 (2005).
[CrossRef]

E. I. Galanzha, V. V. Tuchin, and V. P. Zharov, J. Biomed. Opt. 10, 054018 (2005).
[CrossRef]

2002

M. J. Miller, S. H. Wei, I. Parker, and M. D. Cahalan, Science 296, 1869 (2002).
[CrossRef]

2001

M. S. Pepper, Clin. Canc. Res. 7, 462 (2001).

1991

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]

Alitalo, K.

K. Alitalo, T. Tammela, and T. V. Petrova, Nature 438, 946 (2005).
[CrossRef]

An, L.

Bartlett, L. A.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

Bouma, B. E.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

Cahalan, M. D.

M. J. Miller, S. H. Wei, I. Parker, and M. D. Cahalan, Science 296, 1869 (2002).
[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, X. Y.

F. Zhang, G. Niu, G. M. Lu, and X. Y. Chen, Mol. Imag. Biol. 13, 599 (2011).

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.

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]

Fukumura, D.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

Galanzha, E. I.

E. I. Galanzha, V. V. Tuchin, and V. P. Zharov, J. Biomed. Opt. 10, 054018 (2005).
[CrossRef]

Gao, F.

C. Kim, K. H. Song, F. Gao, and L. H. V. Wang, Radiology 255, 442 (2010).
[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]

Jia, Y.

Jung, Y.

Z. Zhi, Y. Jung, Y. Jia, L. An, and R. K. Wang, Biomed. Opt. Express 2, 1059 (2011).
[CrossRef]

Y. Jung, Z. Zhi, and R. K. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 050501 (2010).

Kim, C.

C. Kim, K. H. Song, F. Gao, and L. H. V. Wang, Radiology 255, 442 (2010).
[CrossRef]

Lanning, R. M.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[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]

Lu, G. M.

F. Zhang, G. Niu, G. M. Lu, and X. Y. Chen, Mol. Imag. Biol. 13, 599 (2011).

Miller, M. J.

M. J. Miller, S. H. Wei, I. Parker, and M. D. Cahalan, Science 296, 1869 (2002).
[CrossRef]

Munn, L. L.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

Niu, G.

F. Zhang, G. Niu, G. M. Lu, and X. Y. Chen, Mol. Imag. Biol. 13, 599 (2011).

Padera, T. P.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

Parker, I.

M. J. Miller, S. H. Wei, I. Parker, and M. D. Cahalan, Science 296, 1869 (2002).
[CrossRef]

Pepper, M. S.

M. S. Pepper, Clin. Canc. Res. 7, 462 (2001).

Petrova, T. V.

K. Alitalo, T. Tammela, and T. V. Petrova, Nature 438, 946 (2005).
[CrossRef]

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]

Qin, J.

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]

Song, K. H.

C. Kim, K. H. Song, F. Gao, and L. H. V. Wang, Radiology 255, 442 (2010).
[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]

Stylianopoulos, T.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[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]

Tammela, T.

K. Alitalo, T. Tammela, and T. V. Petrova, Nature 438, 946 (2005).
[CrossRef]

Tearney, G. J.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

Tuchin, V. V.

E. I. Galanzha, V. V. Tuchin, and V. P. Zharov, J. Biomed. Opt. 10, 054018 (2005).
[CrossRef]

Tyrrell, J. A.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

Vakoc, B. J.

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

Wang, L. H. V.

C. Kim, K. H. Song, F. Gao, and L. H. V. Wang, Radiology 255, 442 (2010).
[CrossRef]

Wang, R. K.

Wei, S. H.

M. J. Miller, S. H. Wei, I. Parker, and M. D. Cahalan, Science 296, 1869 (2002).
[CrossRef]

Zhang, F.

F. Zhang, G. Niu, G. M. Lu, and X. Y. Chen, Mol. Imag. Biol. 13, 599 (2011).

Zharov, V. P.

E. I. Galanzha, V. V. Tuchin, and V. P. Zharov, J. Biomed. Opt. 10, 054018 (2005).
[CrossRef]

Zhi, Z.

Z. Zhi, Y. Jung, Y. Jia, L. An, and R. K. Wang, Biomed. Opt. Express 2, 1059 (2011).
[CrossRef]

Y. Jung, Z. Zhi, and R. K. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 050501 (2010).

Zhi, Z. W.

Biomed. Opt. Express

Clin. Canc. Res.

M. S. Pepper, Clin. Canc. Res. 7, 462 (2001).

J. Biomed. Opt.

Y. Jung, Z. Zhi, and R. K. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 050501 (2010).

E. I. Galanzha, V. V. Tuchin, and V. P. Zharov, J. Biomed. Opt. 10, 054018 (2005).
[CrossRef]

Mol. Imag. Biol.

F. Zhang, G. Niu, G. M. Lu, and X. Y. Chen, Mol. Imag. Biol. 13, 599 (2011).

Nature

K. Alitalo, T. Tammela, and T. V. Petrova, Nature 438, 946 (2005).
[CrossRef]

Nature Medicine

B. J. Vakoc, R. M. Lanning, J. A. Tyrrell, T. P. Padera, L. A. Bartlett, T. Stylianopoulos, L. L. Munn, G. J. Tearney, D. Fukumura, and B. E. Bouma, Nature Medicine 15, 1219 (2009).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Radiology

C. Kim, K. H. Song, F. Gao, and L. H. V. Wang, Radiology 255, 442 (2010).
[CrossRef]

Science

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]

M. J. Miller, S. H. Wei, I. Parker, and M. D. Cahalan, Science 296, 1869 (2002).
[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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Ultrahigh resolution OCT image based lymphangiography. (a) Plot of signal intensity along the red line in, (b) one typical cross-sectional microstructure image of mouse ear; (c) en-face image of mouse ear at the depth of 40 μm, where the red dashed line indicates the cross-section in (b) and yellow arrow points to a blood vessel; (d) en-face image at the depth of 80 μm; (e) 3D lymphatic vessel network and (f) 3D merge of lymphatic vessel with the microstructure image. Scale bar=100μm and image size for (c)-(f) is 1.2×1.2mm2.

Fig. 2.
Fig. 2.

In vivo simultaneous 3D angiography and lymphangiography of mouse ear pinna. (a) Blood vessel image, (b) lymphatic vessel, (c) combined blood and lymphatic vessel image, and (d) projection view of blood vessel lying on merged microstructure and lymphatic vessel image.

Fig. 3.
Fig. 3.

Wide field (4×4mm2) projection view of (a) blood vessel map and (b) lymphatic vessel network captured within the same tissue beds merged by multiple images.

Metrics