3D attēlu mīkla no viena kadra

3-D attēlveidošana vienmēr ir bijusi savdabīga zinātnieku un izgudrotāju aizraušanās. Parasti 3-D attēlveidošanas metodēm ir nepieciešami vismaz divi skata punkti, lai noteiktu 3-D struktūru.

Un visplašāk izmantotajām molekulām – difrakcijas attēlveidošanai, tomogrāfijai un konfokālajai mikroskopijai – ir nepieciešami daudzi attēli dažādās orientācijās vai vairāki skenējumi plānās daļās.

Tāpēc radās milzīga interese, kad 2009. gadā Jianwei Miao no Kalifornijas Universitātes Losandželosā un daži draugi atklāja, kā no viena attēla izveidot sarežģītu molekulu 3-D modeļus. Viņi sauca par ankilogrāfiju, kas atvasināta no grieķu vārda ankylos, kas nozīmē izliekts, un vārda graphein, kas nozīmē rakstīšana.

Viņu domāšana bija tāda, ka vajadzētu būt iespējai tvert visu 3-D struktūru no difrakcijas modeļa, kas notiek uz sfēras. Tā vietā, lai uzņemtu daudz attēlu, iteratīvs algoritms varētu destilēt 3-D struktūru.

Šie puiši demonstrēja paņēmienu skaitliski, lai rekonstruētu poliovīrusa formu, kā arī demonstrēja to praktiski, rekonstruējot iepriekš parādīto 3-D formu.

Kopš tā laika darbs ir saņēmis zināmu kritiku. Citi zinātnieki ir norādījuši, ka šo paņēmienu nevar pielāgot interesanta izmēra objektiem un ka jebkurā gadījumā tā darbojas tikai tādām lietām, kas ir tik plānas, ka būtībā tās ir divdimensijas.

Šodien Miao un draugi atbild. Viņi saka, ka matemātiskā analīze, kas liecina, ka tehnika darbojas tikai 2-D objektiem, rada dažus nereālus pieņēmumus. Jo īpaši tiek pieņemts, ka sfēriskais apvalks, kurā ir ierakstīts attēls, ir bezgalīgi plāns.

Turpretim Miao un kolēģi saka, ka apvalkam ir ierobežots biezums, ko nosaka attēla uzņemšanai izmantoto vokseļu dziļums. Viņi saka, ka tas nodrošina papildu informāciju, kas nepieciešama 3-D struktūras noteikšanai.

Viņi arī saka, ka ir iespējams izmantot tehniku ​​lielākiem objektiem, piemēram, uzņemot vairākus attēlus (lai gan tas daļēji mazina tā sākotnējo priekšrocību).

Protams, Miao un kolēģi atzīst dažus ankilogrāfijas ierobežojumus, taču saka, ka šī metode ir tik jauna, ka tai noteikti būs nepieciešamas izmaiņas, pirms tā kļūst plašāka.

Priekšrocība, ko sniedz iespēja attēlot 3-D objektus ar vienu kadru, acīmredzami ir milzīga. Tam vajadzētu atļaut, piemēram, molekulu 3-D filmas, kad tās pārvietojas vai maina formu. Tas ir sarežģīti ar citiem paņēmieniem, kad ir nepieciešami vairāki kadri, lai jebkurā brīdī noteiktu struktūru.

3-D attēlveidošanas metodēm ir bijušas sarežģītas dzemdības. Tas noteikti nav izņēmums.

Atsauces:

arxiv.org/abs/1112.4459 : Ankilogrāfijas potenciāls un izaicinājums

arxiv.org/abs/1001.4594 : Ankilogrāfijas pamata robežas izmēru deficīta dēļ

arxiv.org/abs/0905.0269 : trīsdimensiju struktūras noteikšana no viena skata

paslēpties