A technique called optical coherence tomography (OCT) has been developed for noninvasive cross-sectional imaging in biological systems. OCT uses low-coherence interferometry to produce a two-dimensional image of optical scattering from internal tissue microstructures in a way that is analogous to ultrasonic pulse-echo imaging. OCT has longitudinal and lateral spatial resolutions of a few micrometers and can detect reflected signals as small as approximately 10(-10) of the incident optical power. Tomographic imaging is demonstrated in vitro in the peripapillary area of the retina and in the coronary artery, two clinically relevant examples that are representative of transparent and turbid media, respectively.

Amplitude decorrelation measurement is sensitive to transverse flow and immune to phase noise in comparison to Doppler and other phase-based approaches. However, the high axial resolution of OCT makes it very sensitive to the pulsatile bulk motion noise in the axial direction. To overcome this limitation, we developed split-spectrum amplitude-decorrelation angiography (SSADA) to improve the signal-to-noise ratio (SNR) of flow detection. The full OCT spectrum was split into several narrower bands. Inter-B-scan decorrelation was computed using the spectral bands separately and then averaged. The SSADA algorithm was tested on in vivo images of the human macula and optic nerve head. It significantly improved both SNR for flow detection and connectivity of microvascular network when compared to other amplitude-decorrelation algorithms.

Objective:

 To demonstrate optical coherence tomography for high-resolution, noninvasive imaging of the human retina. Optical coherence tomography is a new imaging technique analogous to ultrasound B scan that can provide cross-sectional images of the retina with micrometer-scale resolution. 

Design:

 Survey optical coherence tomographic examination of the retina, including the macula and optic nerve head in normal human subjects. 

Setting:

 Research laboratory. 

Participants:

 Convenience sample of normal human subjects. 

Main Outcome Measures:

 Correlation of optical coherence retinal tomographs with known normal retinal anatomy. 

Results:

 Optical coherence tomographs can discriminate the cross-sectional morphologic features of the fovea and optic disc, the layered structure of the retina, and normal anatomic variations in retinal and retinal nerve fiber layer thicknesses with 10-μm depth resolution. 

Conclusion:

 Optical coherence tomography is a potentially useful technique for high depth resolution, cross-sectional examination of the fundus.

Current medical imaging technologies allow visualization of tissue anatomy in the human body at resolutions ranging from 100 micrometers to 1 millimeter. These technologies are generally not sensitive enough to detect early-stage tissue abnormalities associated with diseases such as cancer and atherosclerosis, which require micrometer-scale resolution. Here, optical coherence tomography was adapted to allow high-speed visualization of tissue in a living animal with a catheter-endoscope 1 millimeter in diameter. This method, referred to as “optical biopsy,” was used to obtain cross-sectional images of the rabbit gastrointestinal and respiratory tracts at 10-micrometer resolution.

Background/Purpose: To assess the potential of a new diagnostic technique called optical coherence tomography for imaging macular disease. Optical coherence tomography is a novel noninvasive, noncontact imaging modality which produces high depth resolution (10 μm cross-sectional tomographs of ocular tissue. It is analogous to ultrasound, except that optical rather than acoustic reflectivity is measured. Methods: Optical coherence tomography images of the macula were obtained in 51 eyes of 44 patients with selected macular diseases. Imaging is performed in a manner compatible with slit-lamp indirect biomicroscopy so that high-resolution optical tomography may be accomplished simultaneously with normal ophthalmic examination. The time-of-flight delay of light backscattered from different layers in the retina is determined using low-coherence interferometry. Cross-sectional tomographs of the retina profiling optical reflectivity versus distance into the tissue are obtained in 2.5 seconds and with a longitudinal resolution of 10 μm. Results: Correlation of fundus examination and fluorescein angiography with optical coherence tomography tomographs was demonstrated in 12 eyes with the following pathologies: full- and partial-thickness macular hole, epiretinal membrane, macular edema, intraretinal exudate, idiopathic central serous chorioretinopathy, and detachments of the pigment epithelium and neurosensory retina. Conclusion: Optical coherence tomography is potentially a powerful tool for detecting and monitoring a variety of macular diseases, including macular edema, macular holes, and detachments of the neurosensory retina and pigment epithelium. Background/Purpose: To assess the potential of a new diagnostic technique called optical coherence tomography for imaging macular disease. Optical coherence tomography is a novel noninvasive, noncontact imaging modality which produces high depth resolution (10 μm cross-sectional tomographs of ocular tissue. It is analogous to ultrasound, except that optical rather than acoustic reflectivity is measured. Methods: Optical coherence tomography images of the macula were obtained in 51 eyes of 44 patients with selected macular diseases. Imaging is performed in a manner compatible with slit-lamp indirect biomicroscopy so that high-resolution optical tomography may be accomplished simultaneously with normal ophthalmic examination. The time-of-flight delay of light backscattered from different layers in the retina is determined using low-coherence interferometry. Cross-sectional tomographs of the retina profiling optical reflectivity versus distance into the tissue are obtained in 2.5 seconds and with a longitudinal resolution of 10 μm. Results: Correlation of fundus examination and fluorescein angiography with optical coherence tomography tomographs was demonstrated in 12 eyes with the following pathologies: full- and partial-thickness macular hole, epiretinal membrane, macular edema, intraretinal exudate, idiopathic central serous chorioretinopathy, and detachments of the pigment epithelium and neurosensory retina. Conclusion: Optical coherence tomography is potentially a powerful tool for detecting and monitoring a variety of macular diseases, including macular edema, macular holes, and detachments of the neurosensory retina and pigment epithelium.

Ultrahigh-resolution optical coherence tomography uses broadband light sources to achieve axial image resolutions on the few micron scale. Fourier domain detection methods enable more than an order of magnitude increase in imaging speed and sensitivity, thus overcoming the sensitivity limitations inherent in ultrahigh-resolution OCT using standard time domain detection. Fourier domain methods also provide direct access to the spectrum of the optical signal. This enables automatic numerical dispersion compensation, a key factor in achieving ultrahigh image resolutions. We present ultrahigh-resolution, high-speed Fourier domain OCT imaging with an axial resolution of 2.1 ìm in tissue and 16,000 axial scans per second at 1024 pixels per axial scan. Ultrahigh-resolution spectral domain OCT is shown to provide a ~100x increase in imaging speed when compared to ultrahigh-resolution time domain OCT. In vivo imaging of the human retina is demonstrated. We also present a general technique for automatic numerical dispersion compensation, which is applicable to spectral domain as well as swept source embodiments of Fourier domain OCT.

We demonstrate a new technique for frequency-swept laser operation--Fourier domain mode locking (FDML)--and its application for swept-source optical coherence tomography (OCT) imaging. FDML is analogous to active laser mode locking for short pulse generation, except that the spectrum rather than the amplitude of the light field is modulated. High-speed, narrowband optical frequency sweeps are generated with a repetition period equal to the fundamental or a harmonic of cavity round-trip time. An FDML laser is constructed using a long fiber ring cavity, a semiconductor optical amplifier, and a tunable fiber Fabry-Perot filter. Effective sweep rates of up to 290 kHz are demonstrated with a 105 nm tuning range at 1300 nm center wavelength. The average output power is 3mW directly from the laser and 20 mW after post-amplification. Using the FDML laser for swept-source OCT, sensitivities of 108 dB are achieved and dynamic linewidths are narrow enough to enable imaging over a 7 mm depth with only a 7.5 dB decrease in sensitivity. We demonstrate swept-source OCT imaging with acquisition rates of up to 232,000 axial scans per second. This corresponds to 906 frames/second with 256 transverse pixel images, and 3.5 volumes/second with a 256x128x256 voxel element 3-DOCT data set. The FDML laser is ideal for swept-source OCT imaging, thus enabling high imaging speeds and large imaging depths.

Ultrahigh-resolution optical coherence tomography (OCT) by use of state of the art broad-bandwidth femtosecond laser technology is demonstrated and applied to in vivo subcellular imaging. Imaging is performed with a Kerr-lens mode-locked Ti:sapphire laser with double-chirped mirrors that emits sub-two-cycle pulses with bandwidths of up to 350 nm, centered at 800 nm. Longitudinal resolutions of ~1mum and transverse resolution of 3mum, with a 110-dB dynamic range, are achieved in biological tissue. To overcome depth-of-field limitations we perform zone focusing and image fusion to construct a tomogram with high transverse resolution throughout the image depth. To our knowledge this is the highest longitudinal resolution demonstrated to date for in vivo OCT imaging.

In Brief Purpose: To describe image artifacts of optical coherence tomography (OCT) angiography and their underlying causative mechanisms. To establish a common vocabulary for the artifacts observed. Methods: The methods by which OCT angiography images are acquired, generated, and displayed are reviewed as are the mechanisms by which each or all of these methods can produce extraneous image information. A common set of terminology is proposed and used. Results: Optical coherence tomography angiography uses motion contrast to image blood flow and thereby images the vasculature without the need for a contrast agent. Artifacts are very common and can arise from the OCT image acquisition, intrinsic characteristics of the eye, eye motion, image processing, and display strategies. Optical coherence tomography image acquisition for angiography takes more time than simple structural scans and necessitates trade-offs in flow resolution, scan quality, and speed. An important set of artifacts are projection artifacts in which images of blood vessels seem at erroneous locations. Image processing used for OCT angiography can alter vascular appearance through segmentation defects, and because of image display strategies can give false impressions of the density and location of vessels. Eye motion leads to discontinuities in displayed data. Optical coherence tomography angiography artifacts can be detected by interactive evaluation of the images. Conclusion: Image artifacts are common and can lead to incorrect interpretations of OCT angiography images. Because of the quantity of data available and the potential for artifacts, physician interaction in viewing the image data will be required, much like what happens in modern radiology practice. Optical coherence tomography angiography is a noninvasive technique that can provide images of retinal and choroidal vascularization. Artifacts are common and originate in relation to image acquisition, intrinsic ocular characteristics, eye motion, image processing, and display strategies. Recognizing these artifacts is important in avoiding misinterpretation of diagnostic images.