Abstract Visible light optical coherence tomography (VIS-OCT) is an emerging ophthalmic imaging method uniquely featured by ultrahigh depth resolution, retinal microvascular oximetry, and distinct scattering contrast in the visible spectral range. However, the clinical utility of VIS-OCT is impeded by the fundamental trade-off between the imaging depth range and axial resolution, determined by the spectral resolution and bandwidth respectively. While the full potential of VIS-OCT is leveraged by a broad bandwidth, the imaging depth is inversely sacrificed. The effective depth range is further limited by the wavelength-dependent roll-off that the signal-to-noise ratio (SNR) reduces in the deeper imaging range, more so in shorter wavelength. To address this trade-off, we developed a second-generation dual-channel VIS-OCT system including the first linear-in-k VIS-OCT spectrometer, reference pathlength modulation, and per A-line noise cancellation. All combined, we have achieved 7.2dB roll-off over the full 1.74 mm depth range (water) with shot-noise limited performance. The system uniquely enables >60° wide-field imaging over large retinal curvature at peripheral retina and optic nerve head, as well as high-definition imaging at ultrahigh 1.3 um depth resolution (water). The dual-channel design includes a conventional near infrared (NIR) channel, compatible with Doppler OCT and OCT angiography (OCTA). The comprehensive structure-function measurement by 2 nd -Gen VIS-OCT system is a significant advance towards broader adaptation of VIS-OCT in clinical applications.

Abstract Traditional imaging cytometry uses fluorescence markers to identify specific structures, but is limited in throughput by the labeling process. Here we develop a label-free technique that alleviates the physical staining and provides highly multiplexed readouts via a deep learning-augmented digital labeling method. We leverage the rich structural information and superior sensitivity in reflectance microscopy and show that digital labeling predicts highly accurate subcellular features after training on immunofluorescence images. We demonstrate up to 3× improvement in the prediction accuracy over the state-of-the-art. Beyond fluorescence prediction, we demonstrate that single-cell level structural phenotypes of cell cycles are correctly reproduced by the digital multiplexed images, including Golgi twins, Golgi haze during mitosis and DNA synthesis. We further show that the multiplexed readouts enable accurate multi-parametric single-cell profiling across a large cell population. Our method can dramatically improve the throughput for imaging cytometry toward applications for phenotyping, pathology, and high-content screening.

We report herein the first visible light optical coherence tomography angiography (vis-OCTA) for human retinal imaging. Compared to the existing vis-OCT systems, we devised a spectrometer with a narrower bandwidth to increase the spectral power density for OCTA imaging, while retaining the major spectral contrast in the blood. We achieved a 100 kHz A-line rate, the fastest acquisition speed reported so far for human retinal vis-OCT. We rigorously optimized the imaging protocol such that a single acquisition takes <6 seconds with a field of view (FOV) of 3x7.8 mm2. The angiography enables accurate localization of microvasculature down to the capillary level and thus enables oximetry at vessels < 100 μm in diameter. We demonstrated microvascular hemoglobin oxygen saturation (sO2) at the feeding and draining vessels at the perifoveal region. The longitudinal repeatability was assessed by <5% coefficient of variation (CV). The unique capabilities of our vis-OCTA system may allow studies on the role of microvascular oxygen in various retinal pathologies.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Purpose: To apply a novel visible and near-infrared optical coherence tomography (vnOCT) in the dexamethasone-induced ocular hypertension mouse model, and test the capability of four optical markers, peripapillary retinal nerve fiber layer (RNFL) thickness, total retinal blood flow, VN ratio and hemoglobin oxygen saturation (sO2), in detecting retinal ganglion cell (RGC) damage in association with ocular hypertension. Methods: Twelve mice (C57BL/6J) were separated into a control (n=6) and a dexamethasone group (n=6) receiving twice daily saline or dexamethasone eye drops, respectively, for 7 weeks. Intraocular pressure (IOP) measurements were taken at baseline and weekly. Optical measurements by vnOCT were longitudinally taken at baseline, 4 weeks and 7 weeks. Following week 7, ex vivo RGC counting was performed by immunostaining. Results: The dexamethasone group showed a measurable rise in IOP by week 2. Despite the IOP differences between the dexamethasone and control groups, there was not a statistical difference in RNFL thickness or total blood flow over 7 weeks. The dexamethasone group did show an increase in retinal arteriovenous sO2 difference (A-V sO2) that was significant at week 4 and 7. The RNFL VN ratio showed a significant decrease at week 4 and 7 in dexamethasone group associated with a decreased RGC count. Conclusions: RNFL VN ratio and A-V sO2 are capable of detecting early retinal alterations in the dexamethasone-induced ocular hypertension mouse model. Data analysis suggests VN ratio and A-V sO2 are correlated with RGC loss secondary to ocular hypertension, while being independent of IOP.

Abstract Oblique scanning laser ophthalmoscopy (oSLO) is a recently developed technique to provide three-dimensional volumetric fluorescence imaging in retina over a large field of view, without the need for depth sectioning. Here in the paper, we present high-speed volumetric fluorescein angiography (vFA) in mouse retina in vivo by oSLO. By simply using a low-cost industrial CMOS camera, we improved the imaging speed by ~10 times comparing to our previous results, achieving vFA at 2 volumes per second. Enabled by high-speed vFA, we visualized hemodynamics at single capillary level in 3D and provided methods to quantify capillary hematocrit, absolute capillary blood flow speed, and detection of capillary flow stagnancy and stalling. The quantitative metrics for capillary hemodynamics at 3D retinal capillary network can offer valuable insight in vision science and retinal pathologies.

Fluorescence retinal imaging, such as fluorescein angiography, indocyanine green angiography, and autofluorescence imaging, are valuable tools in ophthalmology and vision science. However, these clinical imaging modalities provide en face view of the retina, with limited capability to discriminate retinal layers over a large field-of-view (FOV). We recently developed a novel retinal imaging method, oblique scanning laser ophthalmoscopy (oSLO), to provide volumetric retinal fluorescence imaging without any depth sectioning. OSLO breaks the coaxial alignment of the excitation and detection, to produce a cross-sectional view on retina using the natural ocular optics. In this paper, we demonstrated oSLO in a realistic human eye model and showed the feasibility for future in vivo human retinal imaging. A new optical design was implemented to significantly simplify our previous oSLO systems. We overcame the limitation by the small numerical aperture (NA) of the human eye, by integrating a pair of cylindrical lens in the remote focusing system. We experimentally showed that the current setup can achieve a FOV of ∼3×6×0.8 mm3, and the transverse and axial resolutions of 7 and 41 µm, respectively. The capability of volumetric fluorescence imaging over a large FOV in the human retina could lead to new clinical imaging paradigms for retinal diseases.