Abstract

A method based on position tracking to reconstruct images for a manual-scanning optical coherence tomography (OCT) probe is proposed and implemented. The method employs several feature points on a hand-held probe and a camera to track the device’s pose. The continuous device poses tracking, and the collected OCT depth scans can then be combined to render OCT images. The tracking accuracy of the system was characterized to be about 6μm along two axes and 19μm along the third. A phantom target was used to validate the method. In addition, we report OCT images of a 54-stage Xenopus laevis tadpole acquired by manual scanning.

© 2009 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. B. Povazay, K. Bizheva, B. Hermann, A. Unterhuber, H. Sattmann, A. F. Fercher, W. Drexler, C. Schubert, P. K. Ahnelt, M. Mei, R. Holzwarth, W. J. Wadsworth, J. C. Knight, and P. S. Russel, Opt. Express 11, 1980 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. S. Han, M. V. Sarunic, J. Wu, M. Humayun, and C. H. Yang, J. Biomed. Opt. 13, 020505 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. E. Bouma, M. E. Brezinski, N. J. Weissman, J. F. Southern, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 21, 543 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. T. Q. Xie, H. K. Xie, G. K. Fedder, and Y. T. Pan, Appl. Opt. 42, 6422 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. X. M. Liu, M. J. Cobb, Y. C. Chen, M. B. Kimmey, and X. D. Li, Opt. Lett. 29, 1763 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. J. G. Wu, M. Conry, C. H. Gu, F. Wang, Z. Yaqoob, and C. H. Yang, Opt. Lett. 31, 1265 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. D. F. Dementhon and L. S. Davis, Int. J. Comput. Vis. 15, 123 (1995).
    [CrossRef]

2008 (1)

S. Han, M. V. Sarunic, J. Wu, M. Humayun, and C. H. Yang, J. Biomed. Opt. 13, 020505 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2006 (1)

2004 (1)

2003 (3)

2000 (1)

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1996 (1)

1995 (1)

D. F. Dementhon and L. S. Davis, Int. J. Comput. Vis. 15, 123 (1995).
[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] [PubMed]

Ahnelt, P. K.

Aretz, H. T.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Bizheva, K.

Boppart, S. A.

Bouma, B. E.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. E. Bouma, M. E. Brezinski, N. J. Weissman, J. F. Southern, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 21, 543 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Brezinski, M. E.

Chak, A.

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[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, Y. C.

Cobb, M. J.

Conry, M.

Davis, L. S.

D. F. Dementhon and L. S. Davis, Int. J. Comput. Vis. 15, 123 (1995).
[CrossRef]

Dementhon, D. F.

D. F. Dementhon and L. S. Davis, Int. J. Comput. Vis. 15, 123 (1995).
[CrossRef]

Drexler, W.

Fedder, G. K.

Fercher, A. F.

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.

G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. E. Bouma, M. E. Brezinski, N. J. Weissman, J. F. Southern, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 21, 543 (1996).
[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]

Gauthier, D. D.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[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]

Gu, C. H.

Halpern, E. F.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Han, S.

S. Han, M. V. Sarunic, J. Wu, M. Humayun, and C. H. Yang, J. Biomed. Opt. 13, 020505 (2008).
[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]

Hermann, B.

Holzwarth, R.

Houser, S. L.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[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]

Humayun, M.

S. Han, M. V. Sarunic, J. Wu, M. Humayun, and C. H. Yang, J. Biomed. Opt. 13, 020505 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Isenberg, G. A.

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Izatt, J. A.

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Jang, I. K.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Kauffman, C. R.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Kimmey, M. B.

Knight, J. C.

Kobayashi, K.

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Li, X. D.

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, X. M.

MacNeill, B. D.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Mei, M.

Pan, Y. T.

Povazay, B.

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] [PubMed]

Rollins, A. M.

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Russel, P. S.

Sarunic, M. V.

S. Han, M. V. Sarunic, J. Wu, M. Humayun, and C. H. Yang, J. Biomed. Opt. 13, 020505 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Sattmann, H.

Schubert, C.

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]

Shishkov, M.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Sivak, M. V.

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Southern, J. F.

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]

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]

Tearney, G. J.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. E. Bouma, M. E. Brezinski, N. J. Weissman, J. F. Southern, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 21, 543 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Ung-Runyawee, R.

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Unterhuber, A.

Wadsworth, W. J.

Wang, F.

Weissman, N. J.

Willis, J.

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Wong, R. C. K.

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Wu, J.

S. Han, M. V. Sarunic, J. Wu, M. Humayun, and C. H. Yang, J. Biomed. Opt. 13, 020505 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Wu, J. G.

Xie, H. K.

Xie, T. Q.

Yabushita, H.

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Yang, C. H.

S. Han, M. V. Sarunic, J. Wu, M. Humayun, and C. H. Yang, J. Biomed. Opt. 13, 020505 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

J. G. Wu, M. Conry, C. H. Gu, F. Wang, Z. Yaqoob, and C. H. Yang, Opt. Lett. 31, 1265 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Yaqoob, Z.

Appl. Opt. (1)

Gastrointest. Endosc. (1)

M. V. Sivak, K. Kobayashi, J. A. Izatt, A. M. Rollins, R. Ung-Runyawee, A. Chak, R. C. K. Wong, G. A. Isenberg, and J. Willis, Gastrointest. Endosc. 51, 474 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Heart (1)

B. E. Bouma, G. J. Tearney, H. Yabushita, M. Shishkov, C. R. Kauffman, D. D. Gauthier, B. D. MacNeill, S. L. Houser, H. T. Aretz, E. F. Halpern, and I. K. Jang, Heart 89, 317 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Int. J. Comput. Vis. (1)

D. F. Dementhon and L. S. Davis, Int. J. Comput. Vis. 15, 123 (1995).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt. (1)

S. Han, M. V. Sarunic, J. Wu, M. Humayun, and C. H. Yang, J. Biomed. Opt. 13, 020505 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (3)

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]

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 tracking system. The left bottom inset is a photo of our prototype hand-held probe. The right top inset is a 3D rendering of the probe by the tracking system.

Fig. 2
Fig. 2

Tracking accuracy characterization.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Target phantom image by a motorized stage scanning (control group). (b) Target phantom image by manual scanning and reconstructed based on time order. (c) Target phantom image by manual scanning and reconstructed based on estimated displacement.

Fig. 4
Fig. 4

OCT images of a 54-stage Xenopus laevis tadpole specimen: (a) OCT image acquired by manually scanning without tracking correction and (b) OCT image acquired by manually scanning with tracking correction; g, gill pockets.

Metrics