Abstract

We have developed a prototype ocular imaging system that integrates optical-resolution photoacoustic microscopy and high-frequency ultrasound imaging. The system can perform high-resolution ocular imaging from the anterior region down to the fundus. It has successfully imaged murine eyes in vivo, including iris, lens, retina, and retinal pigment epithelium. Our results demonstrate that this system shows strong potential for the diagnosis of ophthalmic diseases.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. Rowe, C. H. MacLean, and P. G. Shekelle, JAMA 291, 1487 (2004).
    [CrossRef]
  2. Y. Siddiqui, R. D. Ten Hulzen, J. D. Cameron, D. O. Hodge, and D. H. Johnson, Am. J. Ophthalmol. 135, 794 (2003).
    [CrossRef]
  3. J. Alvarado, C. G. Murphy, R. Juster, and J. Hetherington, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 27, 873 (1986).
  4. H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).
  5. A. de la Zerda, Y. M. Paulus, R. Teed, S. Bodapati, Y. Dollberg, B. T. Khuri-Yakub, M. S. Blumenkranz, D. M. Moshfeghi, and S. S. Gambhir, Opt. Lett. 35, 270 (2010).
    [CrossRef]
  6. S. Hu, B. Rao, K. Maslov, and L. V. Wang, Opt. Lett. 35, 1 (2010).
    [CrossRef]
  7. S. Jiao, M. Jiang, J. Hu, A. Fawzi, Q. Zhou, K. K. Shung, C. A. Puliafito, and H. F. Zhang, Opt. Express 18, 3967 (2010).
    [CrossRef]
  8. S. Hu and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 011101 (2010).
    [CrossRef]
  9. B. Rao, S. Hu, L. Li, K. Maslov, and L. V. Wang, Proc. SPIE 7564, 75643E (2010).
    [CrossRef]
  10. R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
    [CrossRef]
  11. American National Standards Institute, “American National Standard for the Safe Use of Lasers,” (ANSI, 2007).
  12. L. Wang, K. Maslov, J. Yao, B. Rao, and L. V. Wang, Opt. Lett. 36, 139 (2011).
    [CrossRef]
  13. J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
    [CrossRef]
  14. Y. Zhang, J. Rha, R. Jonnal, and D. Miller, Opt. Express 13, 4792 (2005).
    [CrossRef]
  15. A. Roorda, F. Romero-Borja, W. Donnelly, H. Queener, T. Hebert, and M. Campbell, Opt. Express 10, 405 (2002).
    [CrossRef]
  16. R. Zawadzki, S. Jones, S. Olivier, M. Zhao, B. Bower, J. Izatt, S. Choi, S. Laut, and J. Werner, Opt. Express 13, 8532 (2005).
    [CrossRef]
  17. W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
    [CrossRef]

2012

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
[CrossRef]

2011

2010

S. Hu, B. Rao, K. Maslov, and L. V. Wang, Opt. Lett. 35, 1 (2010).
[CrossRef]

A. de la Zerda, Y. M. Paulus, R. Teed, S. Bodapati, Y. Dollberg, B. T. Khuri-Yakub, M. S. Blumenkranz, D. M. Moshfeghi, and S. S. Gambhir, Opt. Lett. 35, 270 (2010).
[CrossRef]

S. Jiao, M. Jiang, J. Hu, A. Fawzi, Q. Zhou, K. K. Shung, C. A. Puliafito, and H. F. Zhang, Opt. Express 18, 3967 (2010).
[CrossRef]

S. Hu and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 011101 (2010).
[CrossRef]

B. Rao, S. Hu, L. Li, K. Maslov, and L. V. Wang, Proc. SPIE 7564, 75643E (2010).
[CrossRef]

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

2005

2004

S. Rowe, C. H. MacLean, and P. G. Shekelle, JAMA 291, 1487 (2004).
[CrossRef]

2003

Y. Siddiqui, R. D. Ten Hulzen, J. D. Cameron, D. O. Hodge, and D. H. Johnson, Am. J. Ophthalmol. 135, 794 (2003).
[CrossRef]

2002

1986

J. Alvarado, C. G. Murphy, R. Juster, and J. Hetherington, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 27, 873 (1986).

1979

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Alvarado, J.

J. Alvarado, C. G. Murphy, R. Juster, and J. Hetherington, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 27, 873 (1986).

Blumenkranz, M. S.

Bodapati, S.

Bower, B.

Burke, J. M.

W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
[CrossRef]

Cameron, J. D.

Y. Siddiqui, R. D. Ten Hulzen, J. D. Cameron, D. O. Hodge, and D. H. Johnson, Am. J. Ophthalmol. 135, 794 (2003).
[CrossRef]

Campbell, M.

Cannata, J. M.

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

Chen, Y. C.

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

Choi, S.

Coleman, D. J.

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

Colton, T.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

de la Zerda, A.

Dollberg, Y.

Donnelly, W.

Fawzi, A.

Gambhir, S. S.

Ganley, J.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Gao, L.

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

Hebert, T.

Hetherington, J.

J. Alvarado, C. G. Murphy, R. Juster, and J. Hetherington, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 27, 873 (1986).

Hodge, D. O.

Y. Siddiqui, R. D. Ten Hulzen, J. D. Cameron, D. O. Hodge, and D. H. Johnson, Am. J. Ophthalmol. 135, 794 (2003).
[CrossRef]

Hu, J.

Hu, S.

B. Rao, S. Hu, L. Li, K. Maslov, and L. V. Wang, Proc. SPIE 7564, 75643E (2010).
[CrossRef]

S. Hu, B. Rao, K. Maslov, and L. V. Wang, Opt. Lett. 35, 1 (2010).
[CrossRef]

S. Hu and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 011101 (2010).
[CrossRef]

Huang, C. H.

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

Izatt, J.

Jiang, M.

Jiao, S.

W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
[CrossRef]

S. Jiao, M. Jiang, J. Hu, A. Fawzi, Q. Zhou, K. K. Shung, C. A. Puliafito, and H. F. Zhang, Opt. Express 18, 3967 (2010).
[CrossRef]

Johnson, D. H.

Y. Siddiqui, R. D. Ten Hulzen, J. D. Cameron, D. O. Hodge, and D. H. Johnson, Am. J. Ophthalmol. 135, 794 (2003).
[CrossRef]

Jones, S.

Jonnal, R.

Juster, R.

J. Alvarado, C. G. Murphy, R. Juster, and J. Hetherington, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 27, 873 (1986).

Kahn, H.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Khuri-Yakub, B. T.

Kim, H. H.

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

Kini, M.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Kong, F.

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

Krueger, D.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Kuai, D.

W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
[CrossRef]

Laut, S.

Leibowitz, H. M.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Li, L.

B. Rao, S. Hu, L. Li, K. Maslov, and L. V. Wang, Proc. SPIE 7564, 75643E (2010).
[CrossRef]

Liu, T.

W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
[CrossRef]

Lloyd, H. O.

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

MacLean, C. H.

S. Rowe, C. H. MacLean, and P. G. Shekelle, JAMA 291, 1487 (2004).
[CrossRef]

Maslov, K.

Maslov, K. I.

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

Maunder, L.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Miller, D.

Milton, R.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Moshfeghi, D. M.

Murphy, C. G.

J. Alvarado, C. G. Murphy, R. Juster, and J. Hetherington, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 27, 873 (1986).

Nickerson, R.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Olivier, S.

Paulus, Y. M.

Pool, J.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Puliafito, C. A.

Queener, H.

Rao, B.

Rha, J.

Romero-Borja, F.

Roorda, A.

Rowe, S.

S. Rowe, C. H. MacLean, and P. G. Shekelle, JAMA 291, 1487 (2004).
[CrossRef]

Shekelle, P. G.

S. Rowe, C. H. MacLean, and P. G. Shekelle, JAMA 291, 1487 (2004).
[CrossRef]

Shung, K. K.

S. Jiao, M. Jiang, J. Hu, A. Fawzi, Q. Zhou, K. K. Shung, C. A. Puliafito, and H. F. Zhang, Opt. Express 18, 3967 (2010).
[CrossRef]

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

Siddiqui, Y.

Y. Siddiqui, R. D. Ten Hulzen, J. D. Cameron, D. O. Hodge, and D. H. Johnson, Am. J. Ophthalmol. 135, 794 (2003).
[CrossRef]

Silverman, R. H.

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

Song, W.

W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
[CrossRef]

Teed, R.

Ten Hulzen, R. D.

Y. Siddiqui, R. D. Ten Hulzen, J. D. Cameron, D. O. Hodge, and D. H. Johnson, Am. J. Ophthalmol. 135, 794 (2003).
[CrossRef]

Wang, L.

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

L. Wang, K. Maslov, J. Yao, B. Rao, and L. V. Wang, Opt. Lett. 36, 139 (2011).
[CrossRef]

Wang, L. V.

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

L. Wang, K. Maslov, J. Yao, B. Rao, and L. V. Wang, Opt. Lett. 36, 139 (2011).
[CrossRef]

S. Hu, B. Rao, K. Maslov, and L. V. Wang, Opt. Lett. 35, 1 (2010).
[CrossRef]

S. Hu and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 011101 (2010).
[CrossRef]

B. Rao, S. Hu, L. Li, K. Maslov, and L. V. Wang, Proc. SPIE 7564, 75643E (2010).
[CrossRef]

Wei, Q.

W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
[CrossRef]

Werner, J.

Yang, J. M.

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

Yao, J.

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

L. Wang, K. Maslov, J. Yao, B. Rao, and L. V. Wang, Opt. Lett. 36, 139 (2011).
[CrossRef]

Zawadzki, R.

Zhang, H. F.

W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
[CrossRef]

S. Jiao, M. Jiang, J. Hu, A. Fawzi, Q. Zhou, K. K. Shung, C. A. Puliafito, and H. F. Zhang, Opt. Express 18, 3967 (2010).
[CrossRef]

Zhang, Y.

Zhao, M.

Zhou, Q.

Zou, J.

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

Am. J. Ophthalmol.

Y. Siddiqui, R. D. Ten Hulzen, J. D. Cameron, D. O. Hodge, and D. H. Johnson, Am. J. Ophthalmol. 135, 794 (2003).
[CrossRef]

Invest. Ophthalmol. Vis. Sci.

J. Alvarado, C. G. Murphy, R. Juster, and J. Hetherington, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 27, 873 (1986).

J. Biomed. Opt.

S. Hu and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 15, 011101 (2010).
[CrossRef]

J. Yao, C. H. Huang, L. Wang, J. M. Yang, L. Gao, K. I. Maslov, J. Zou, and L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 17, 080505 (2012).
[CrossRef]

W. Song, Q. Wei, T. Liu, D. Kuai, J. M. Burke, S. Jiao, and H. F. Zhang, J. Biomed. Opt. 17, 061206 (2012).
[CrossRef]

JAMA

S. Rowe, C. H. MacLean, and P. G. Shekelle, JAMA 291, 1487 (2004).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Proc. SPIE

B. Rao, S. Hu, L. Li, K. Maslov, and L. V. Wang, Proc. SPIE 7564, 75643E (2010).
[CrossRef]

Surv. Ophthalmol.

H. M. Leibowitz, D. Krueger, L. Maunder, R. Milton, M. Kini, H. Kahn, R. Nickerson, J. Pool, T. Colton, and J. Ganley, Surv. Ophthalmol. 24, 335 (1979).

Ultrasound Med. Biol.

R. H. Silverman, F. Kong, Y. C. Chen, H. O. Lloyd, H. H. Kim, J. M. Cannata, K. K. Shung, and D. J. Coleman, Ultrasound Med. Biol. 36, 733 (2010).
[CrossRef]

Other

American National Standards Institute, “American National Standard for the Safe Use of Lasers,” (ANSI, 2007).

Supplementary Material (2)

» Media 1: MOV (1648 KB)     
» Media 2: MOV (1595 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 (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic diagram of the PAOI system. UT and GS are immersed in the water tank. L1, L2, UT, and GS are fixed in the 2D scanning stage. L1, collimation lens; L2, focusing lens; UT, ultrasonic transducer; GS, glass slide; WT, water tank; P, plastic membrane; ND, neutral-density; DP, detection probe.

Fig. 2.
Fig. 2.

Mouse iris. (a) Pure optical imaging by stereoscope. (b) MAP image from PAOI; the scale bar represents 500 μm. [A 3D animation of Fig. 2(b) is presented in Media 1.]

Fig. 3.
Fig. 3.

Mouse fundus. (a) Image acquired by stereoscope. (b) Snapshot of 3D imaging from PAOI retinal imaging. [A 3D animation is presented in Media 2.]

Fig. 4.
Fig. 4.

Dual-modality imaging of anterior ocular tissue. (a) US B-scan image. (b) PA B-scan image. (c) Synthesis of PA and US images. C, cornea; AL, anterior lens; P, pupil. The scale bars represent 500 μm.

Fig. 5.
Fig. 5.

Dual-modality imaging of fundus tissue. (a) US B-scan image. (b) PA B-scan image. (c) Synthesis of PA and US images. PL, posterior lens; VB, vitreous body; R, retina; RPE, retinal pigment epithelium. The scale bars represent 500 μm.

Metrics