Healthy Research Rewards
ResearchHub is incentivizing healthy research behavior. At this time, first authors of open access papers are eligible for rewards. Visit the publications tab to view your eligible publications.
Got it
EH
Erik Hallström
Author with expertise in Advanced Techniques in Bioimage Analysis and Microscopy
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
2
(100% Open Access)
Cited by:
7
h-index:
3
/
i10-index:
1
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
4

Learning to see colours: generating biologically relevant fluorescent labels from bright-field images

Håkan Wieslander et al.Jan 19, 2021
Abstract Fluorescence microscopy, which visualizes cellular components with fluorescent stains, is an invaluable method in image cytometry. From these images various cellular features can be extracted. Together these features form phenotypes that can be used to determine effective drug therapies, such as those based on nanomedicines. Unfortunately, fluorescence microscopy is time-consuming, expensive, labour intensive, and toxic to the cells. Bright-field images lack these downsides but also lack the clear contrast of the cellular components and hence are difficult to use for downstream analysis. Generating the fluorescence images directly from bright-field images would get the best of both worlds, but can be very challenging to do for poorly visible cellular structures in the bright-field images. To tackle this problem deep learning models were explored to learn the mapping between bright-field and fluorescence images to enable virtual staining for adipocyte cell images. The models were tailored for each imaging channel, paying particular attention to the various challenges in each case, and those with the highest fidelity in extracted cell-level features were selected. The solutions included utilizing privileged information for the nuclear channel, and using image gradient information and adversarial training for the lipids channel. The former resulted in better morphological and count features and the latter resulted in more faithfully captured defects in the lipids, which are key features required for downstream analysis of these channels.
0

Label-free deep learning-based species classification of bacteria imaged by phase-contrast microscopy

Erik Hallström et al.May 15, 2023
Abstract Reliable detection and classification of bacteria and other pathogens in the human body, animals, food, and water is crucial for improving and safeguarding public health. For instance, identifying the species and its antibiotic susceptibility is vital for effective bacterial infection treatment. Here we show that phase contrast time-lapse microscopy combined with deep learning is sufficient to discriminate four species of bacteria relevant to human health. The classification is performed on living bacteria and does not require fixation or staining, meaning that the bacterial species can be determined as the bacteria reproduce in a microfluidic device, enabling parallel determination of susceptibility to antibiotics. We assess the performance of convolutional neural networks and vision transformers, where the best model attained a class-average accuracy exceeding 98%. Our successful proof-of-principle results suggest that the methods should be challenged with data covering more species and clinically relevant isolates for future clinical use. Author Summary Bacterial infections are a leading cause of premature death worldwide, and growing antibiotic resistance is making treatment increasingly challenging. To effectively treat a patient with a bacterial infection, it is essential to quickly detect and identify the bacterial species and determine its susceptibility to different antibiotics. Prompt and effective treatment is crucial for the patient’s survival. A microfluidic device functions as a miniature “lab-on-chip” for manipulating and analyzing tiny amounts of fluids, such as blood or urine samples from patients. Microfluidic chips with chambers and channels have been designed for quickly testing bacterial susceptibility to different antibiotics by analyzing bacterial growth. Identifying bacterial species has previously relied on killing the bacteria and applying species-specific fluorescent probes. We introduce deep learning models as a fast and cost-effective method for identifying bacteria species directly from phase-contrast microscopy images of living bacteria simultaneously as growth is analyzed. We envision this method being employed concurrently with antibiotic susceptibility tests in future applications, significantly enhancing bacterial infection treatments.