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 Fundamental understanding of large-scale dynamic connectivity within a living organism requires volumetric imaging over a large field of view (FOV) at biologically relevant speed and resolution. However, most microscopy methods make trade-offs between FOV and depth resolution, making it challenging to observe highly dynamic processes at cellular resolution in 3D across mesoscopic scales (e.g., whole zebrafish larva). To overcome this limitation, we have developed mesoscopic oblique plane microscopy (Meso-OPM) with a diffractive light sheet. By augmenting the illumination angle of the light sheet with a transmission grating, the axial resolution was improved ~6-fold over existing methods and ~2-fold beyond the diffraction limitation of the primary objective lens. We demonstrated an unprecedented FOV up to 5.4 × 3.3 mm with resolution of 2.5× 3 × 6 μm, allowing volumetric imaging of 3D cellular structures with a single scan. Applying Meso-OPM for in vivo imaging of zebrafish larvae, we report here the first in toto whole body volumetric recordings of neuronal activity at 2 Hz volume rate and the first example of whole body volumetric recordings of blood flow dynamics at 5 Hz with 3D cellular resolution.

Abstract Conventional light sheet fluorescence microscopy (LSFM), or selective plane illumination microscopy (SPIM), enables high resolution 3D imaging over a large volume by using two orthogonally aligned objective lenses to decouple excitation and emission. The recent development of oblique plane microscopy (OPM) simplifies LSFM design with only one single objective lens, by using off-axis excitation and remote focusing. However, most reports on OPM has a limited microscopic field of view (FOV), typically within 1×1 mm 2 . Our goal is to overcome the limitation with a new variant of OPM to achieve mesoscopic FOV. We implemented an optical design of mesoscopic scanning OPM to allow using low numerical aperture (NA) objective lens. The angle of the intermediate image before the remote focusing system was increased by a demagnification under Scheimpflug condition such that the light collecting efficiency in the remote focusing system was significantly improved. We characterized the 3D resolutions and FOV by imaging fluorescence microspheres, and demonstrated the volumetric imaging on intact whole zebrafish larvae, mouse cortex, and multiple Caenorhabditis elegans (C . elegans ). We demonstrate a mesoscopic FOV up to ~6× 5×0.6 mm 3 volumetric imaging, the largest reported FOV by OPM so far. The angle of the intermediate image plane is independent of the magnification. As a result, the system is highly versatile, allowing simple switching between different objective lenses with low (10x, NA 0.3) and median NA (20x, NA 0.5). Detailed microvasculature in zebrafish larvae, mouse cortex, and neurons in C. elegans are clearly visualized in 3D. The proposed mesoscopic scanning OPM allows using low NA objective such that centimeter-level FOV volumetric imaging can be achieved. With the extended FOV, simple sample mounting protocol, and the versatility of changeable FOVs/resolutions, our system will be ready for the varieties of applications requiring in vivo volumetric imaging over large length scales.

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.

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.

Abstract Three-dimensional (3D) volumetric imaging of the human retina is instrumental to monitor and diagnose blinding conditions. Although coherent retinal imaging is well established by optical coherence tomography, it is still a large void for incoherent volumetric imaging in the human retina. Here, we report confocal oblique scanning laser ophthalmoscopy (CoSLO), to fill that void and harness incoherent optical contrast in 3D. CoSLO uses oblique scanning laser and remote focusing to acquire depth signal in parallel, avoid the lengthy z-stacking, and image a large field of view (FOV). In addition, confocal gating is introduced by a linear sensor array to improve the contrast and resolution. For the first time, we achieved incoherent 3D human retinal imaging with >20° viewing angle within only 5 seconds. The depth resolution is ∼45 microns in vivo . We demonstrated label-free incoherent contrast by CoSLO, revealing unique features in the retina. CoSLO will be an important technique for clinical care of retinal conditions and fundamental vision science, by offering unique volumetric incoherent contrasts.