Puslespillet med 3D-billeder fra et enkelt skud

3-D-billeddannelse har altid haft en ejendommelig fascination for videnskabsmænd og opfindere. Generelt kræver 3D-billeddannelsesteknikker mindst to synsvinkler for at bestemme 3D-strukturen.

Og de mest udbredte til billeddannelse af molekyler – diffraktionsbilleddannelse, tomografi og konfokal mikroskopi – kræver adskillige billeder i forskellige orienteringer eller flere scanninger i tynde snit.

Så der var stor interesse, da Jianwei Miao ved University of California, Los Angeles og et par venner i 2009 opdagede, hvordan man kunne skabe 3-D-modeller af komplekse molekyler ud fra et enkelt billede. De kaldte teknikken ankylografi afledt af det græske ord ankylos, der betyder buet, og ordet grafhein, der betyder skrift.

Deres tankegang var, at det burde være muligt at fange den komplette 3D-struktur fra diffraktionsmønsteret, der falder ind på en kugle. I stedet for at tage mange billeder, kunne en iterativ algoritme så destillere 3D-strukturen.

Disse fyre demonstrerede teknikken numerisk til at rekonstruere formen af ​​en poliovirus og demonstrerede det også praktisk ved at rekonstruere 3-D-formen vist ovenfor.

Siden da har værket fået en del kritik. Andre forskere har foreslået, at teknikken ikke kan skaleres til objekter af interessant størrelse, og at den under alle omstændigheder kun virker for ting, der er så tynde, at de i det væsentlige er todimensionelle alligevel.

I dag svarer Miao og venner. De siger, at den matematiske analyse, der antyder, at teknikken kun virker for 2-D-objekter, giver nogle urealistiske antagelser. Det antager især, at den kugleformede skal, som billedet er optaget i, er uendeligt tynd.

I modsætning hertil siger Miao og co, at skallen har en endelig tykkelse, der bestemmes af dybden af ​​de voxels, der bruges til at fange billedet. Det er dette, siger de, der giver den ekstra information, der kræves til 3-D strukturbestemmelse.

De siger også, at det er muligt at bruge teknikken til større objekter, for eksempel ved at tage flere billeder (selvom det til dels underminerer dens oprindelige fordel).

Selvfølgelig indrømmer Miao og co nogle begrænsninger ved ankylografi, men siger, at teknikken er så ny, at den er nødt til at kræve modifikation, før den får mere udbredt brug.

Fordelen ved at kunne afbilde 3D-objekter med et enkelt skud er naturligvis enorm. Det burde for eksempel tillade 3-D-film af molekyler, når de bevæger sig eller ændrer form. Det er vanskeligt med andre teknikker, når der kræves flere skud for at bestemme strukturen på ethvert tidspunkt.

3-D billeddannelsesteknikker har en historie med vanskelige fødsler. Dette er tydeligvis ingen undtagelse.

Refs:

arxiv.org/abs/1112.4459 : Potentiale og udfordringer ved ankylografi

arxiv.org/abs/1001.4594 : Grundlæggende grænser for ankylografi på grund af dimensionsmangel

arxiv.org/abs/0905.0269 : Tredimensionel strukturbestemmelse fra en enkelt visning

skjule