Pusslet med 3D-bilder från en enda bild

3D-avbildning har alltid haft en speciell fascination för forskare och uppfinnare. I allmänhet kräver 3D-bildtekniker minst två synpunkter för att bestämma 3D-strukturen.

Och de mest använda för avbildning av molekyler – diffraktionsavbildning, tomografi och konfokalmikroskopi – kräver många bilder i olika orienteringar eller flera skanningar i tunna sektioner.

Så det fanns ett enormt intresse när Jianwei Miao vid University of California, Los Angeles och några kompisar 2009 upptäckte hur man skapar 3D-modeller av komplexa molekyler från en enda bild. De kallade tekniken ankylografi som härstammar från det grekiska ordet ankylos, som betyder krökt, och ordet grafein som betyder skrift.

Deras tanke var att det borde vara möjligt att fånga den fullständiga 3D-strukturen från diffraktionsmönstret som inträffar på en sfär. Istället för att ta många bilder kan en iterativ algoritm sedan destillera 3D-strukturen.

Dessa killar demonstrerade tekniken numeriskt för att rekonstruera formen av ett poliovirus och visade det också praktiskt genom att rekonstruera 3D-formen som visas ovan.

Sedan dess har arbetet fått en del kritik. Andra forskare har föreslagit att tekniken inte kan skalas till föremål av intressant storlek och att den i alla fall bara fungerar för saker som är så tunna att de i huvudsak är tvådimensionella ändå.

Idag svarar Miao och kompisar. De säger att den matematiska analysen som tyder på att tekniken bara fungerar för 2D-objekt gör vissa orealistiska antaganden. I synnerhet antar den att det sfäriska skalet i vilket bilden är inspelad är oändligt tunt.

Däremot säger Miao och co att skalet har en ändlig tjocklek som bestäms av djupet på voxlarna som används för att fånga bilden. Det är detta, säger de, som ger den extra information som krävs för bestämning av 3D-struktur.

De säger också att det är möjligt att använda tekniken för större föremål, till exempel genom att ta flera bilder (även om det delvis undergräver dess ursprungliga fördel).

Naturligtvis erkänner Miao och co vissa begränsningar av ankylografi men säger att tekniken är så ny att den måste behöva modifieras innan den får mer utbredd användning.

Fördelen med att kunna avbilda 3D-objekt med en enda bild är uppenbarligen enorm. Det borde tillåta till exempel 3D-filmer av molekyler när de rör sig eller ändrar form. Det är knepigt med andra tekniker när flera skott krävs för att bestämma strukturen när som helst.

3D-bildtekniker har en historia av svåra förlossningar. Detta är helt klart inget undantag.

Refs:

arxiv.org/abs/1112.4459 : Potential och utmaning av ankylografi

arxiv.org/abs/1001.4594 : Grundläggande gränser för ankylografi på grund av dimensionell brist

arxiv.org/abs/0905.0269 : Tredimensionell strukturbestämning från en enda vy

Dölj