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2021 | OriginalPaper | Chapter

Digital Staining of Mitochondria in Label-free Live-cell Microscopy

Authors : Ayush Somani, Arif Ahmed Sekh, Ida S. Opstad, Åsa Birna Birgisdottir, Truls Myrmel, Balpreet Singh Ahluwalia, Krishna Agarwal, Dilip K. Prasad, Alexander Horsch

Published in: Bildverarbeitung für die Medizin 2021

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Examining specific sub-cellular structures while minimizing cell perturbation is important in the life sciences. Fluorescence labeling and imaging is widely used. With the advancement of deep learning, digital staining routines for label-free analysis have emerged to replace fluorescence imaging. Nonetheless, digital staining of sub-cellular structures such as mitochondria is sub-optimal. This is because the models designed for computer vision are directly applied instead of optimizing them for microscopy data. We propose a new loss function with multiple thresholding steps to promote more effective learning for microscopy data. We demonstrate a deep learning approach to translate the labelfree brightfield images of living cells into equivalent fluorescence images of mitochondria with an average structural similarity of 0.77, thus surpassing the state-of-the-art of 0.7 with L1. We provide insightful examples of unique opportunities by data-driven deep learning-enabled image translations.

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Metadata
Title
Digital Staining of Mitochondria in Label-free Live-cell Microscopy
Authors
Ayush Somani
Arif Ahmed Sekh
Ida S. Opstad
Åsa Birna Birgisdottir
Truls Myrmel
Balpreet Singh Ahluwalia
Krishna Agarwal
Dilip K. Prasad
Alexander Horsch
Copyright Year
2021
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-33198-6_55

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