Il puzzle delle immagini 3D da un singolo scatto

L'imaging 3D ha sempre esercitato un fascino particolare su scienziati e inventori. In generale, le tecniche di imaging 3D richiedono almeno due punti di vista per determinare la struttura 3-D.

E i più utilizzati per l'imaging di molecole – imaging di diffrazione, tomografia e microscopia confocale – richiedono numerose immagini con orientamenti diversi o diverse scansioni in sezioni sottili.

Quindi c'è stato un enorme interesse quando nel 2009, Jianwei Miao presso l'Università della California, Los Angeles e alcuni amici hanno scoperto come creare modelli 3D di molecole complesse da una singola immagine. Hanno chiamato la tecnica ankylography derivata dalla parola greca ankylos, che significa curvo, e la parola graphein che significa scrittura.

Il loro pensiero era che dovrebbe essere possibile catturare l'intera struttura 3-D dal modello di diffrazione incidente su una sfera. Invece di prendere molte immagini, un algoritmo iterativo potrebbe quindi distillare la struttura 3-D.

Questi ragazzi hanno dimostrato numericamente la tecnica per ricostruire la forma di un poliovirus e l'hanno anche dimostrata praticamente ricostruendo la forma 3-D mostrata sopra.

Da allora il lavoro è stato oggetto di alcune critiche. Altri scienziati hanno suggerito che la tecnica non può essere scalata su oggetti di dimensioni interessanti e che, in ogni caso, funziona solo per cose così sottili da essere comunque essenzialmente bidimensionali.

Oggi, Miao e i suoi amici rispondono. Dicono che l'analisi matematica che suggerisce che la tecnica funziona solo per oggetti 2-D fa alcune ipotesi irrealistiche. In particolare, assume che il guscio sferico in cui è registrata l'immagine sia infinitamente sottile.

Al contrario, Miao e compagni affermano che il guscio ha uno spessore finito determinato dalla profondità dei voxel utilizzati per catturare l'immagine. È questo, dicono, che fornisce le informazioni aggiuntive richieste per la determinazione della struttura 3D.

Dicono anche che è possibile utilizzare la tecnica per oggetti più grandi, ad esempio scattando più immagini (sebbene ciò ne mina in parte il vantaggio originale).

Naturalmente, Miao e co ammettono alcune limitazioni dell'anchilografia, ma affermano che la tecnica è così nuova che è destinata a richiedere modifiche prima di ottenere un uso più diffuso.

Il vantaggio di poter riprendere oggetti 3D con un singolo scatto è ovviamente enorme. Dovrebbe consentire, ad esempio, filmati in 3D di molecole mentre si muovono o cambiano forma. Questo è complicato con altre tecniche quando sono necessari diversi colpi per determinare la struttura in qualsiasi momento.

Le tecniche di imaging 3D hanno una storia di nascite difficili. Questa chiaramente non fa eccezione.

Rif.:

arxiv.org/abs/1112.4459 : Potenziale e sfida dell'anchilografia

arxiv.org/abs/1001.4594 : Limiti fondamentali dell'anchilografia dovuti al deficit dimensionale

arxiv.org/abs/0905.0269 : Determinazione della struttura tridimensionale da un'unica vista

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