PhaseStain: the digital staining of label-free quantitative phase microscopy images using deep learning

染色 污渍 三色 人工智能 H&E染色 亮场显微术 数字化病理学 显微镜 模式识别(心理学) 相位成像 计算机科学 病理 生物医学工程 卷积神经网络 医学
作者
Yair Rivenson,Tairan Liu,Zhensong Wei,Hongjie Zhang,Kevin de Haan,Aydogan Ozcan
出处
期刊:Light-Science & Applications [Springer Nature]
卷期号:8 (1) 被引量:229
标识
DOI:10.1038/s41377-019-0129-y
摘要

Abstract Using a deep neural network, we demonstrate a digital staining technique, which we term PhaseStain, to transform the quantitative phase images (QPI) of label-free tissue sections into images that are equivalent to the brightfield microscopy images of the same samples that are histologically stained. Through pairs of image data (QPI and the corresponding brightfield images, acquired after staining), we train a generative adversarial network and demonstrate the effectiveness of this virtual-staining approach using sections of human skin, kidney, and liver tissue, matching the brightfield microscopy images of the same samples stained with Hematoxylin and Eosin, Jones’ stain, and Masson’s trichrome stain, respectively. This digital-staining framework may further strengthen various uses of label-free QPI techniques in pathology applications and biomedical research in general, by eliminating the need for histological staining, reducing sample preparation related costs and saving time. Our results provide a powerful example of some of the unique opportunities created by data-driven image transformations enabled by deep learning.

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