El rompecabezas de las imágenes en 3-D de una sola toma

Las imágenes en 3-D siempre han tenido una fascinación peculiar para los científicos e inventores. En general, las técnicas de imágenes en 3D requieren al menos dos puntos de vista para determinar la estructura en 3D.

Y las más utilizadas para obtener imágenes de moléculas (imágenes por difracción, tomografía y microscopía confocal) requieren numerosas imágenes en diferentes orientaciones o varias exploraciones en secciones delgadas.

Así que hubo un gran interés cuando en 2009, Jianwei Miao de la Universidad de California en Los Ángeles y algunos amigos descubrieron cómo crear modelos 3D de moléculas complejas a partir de una sola imagen. Llamaron a la técnica anquilografía derivada de la palabra griega ankylos, que significa curvado, y la palabra graphein, que significa escritura.

Su pensamiento era que debería ser posible capturar la estructura tridimensional completa del patrón de difracción incidente en una esfera. En lugar de tomar muchas imágenes, un algoritmo iterativo podría destilar la estructura 3-D.

Estos chicos demostraron la técnica numéricamente para reconstruir la forma de un poliovirus y también la demostraron prácticamente al reconstruir la forma tridimensional que se muestra arriba.

Desde entonces, el trabajo ha recibido algunas críticas. Otros científicos han sugerido que la técnica no se puede escalar a objetos de tamaño interesante y que, en cualquier caso, solo funciona para cosas que son tan delgadas que son esencialmente bidimensionales de todos modos.

Hoy, Miao y sus amigos responden. Dicen que el análisis matemático que sugiere que la técnica solo funciona para objetos 2-D hace algunas suposiciones poco realistas. En particular, asume que la capa esférica en la que se graba la imagen es infinitesimalmente delgada.

Por el contrario, Miao y compañía dicen que el caparazón tiene un grosor finito determinado por la profundidad de los vóxeles utilizados para capturar la imagen. Es esto, dicen, lo que proporciona la información adicional necesaria para la determinación de la estructura 3-D.

También dicen que es posible utilizar la técnica para objetos más grandes, por ejemplo, tomando varias imágenes (aunque esto socava en parte su ventaja original).

Por supuesto, Miao y compañía admiten algunas limitaciones de la anquilografía, pero dicen que la técnica es tan nueva que seguramente requerirá modificaciones antes de que se generalice su uso.

La ventaja de poder tomar imágenes de objetos en 3D con un solo disparo es obviamente enorme. Debería permitir, por ejemplo, películas en 3D de moléculas a medida que se mueven o cambian de forma. Eso es complicado con otras técnicas cuando se requieren varios disparos para determinar la estructura en cualquier instante.

Las técnicas de imagen en 3-D tienen antecedentes de partos difíciles. Claramente, esto no es una excepción.

Refs:

arxiv.org/abs/1112.4459 : Potencial y desafío de la anquilografía

arxiv.org/abs/1001.4594 : Límites fundamentales de la anquilografía debido a la deficiencia dimensional

arxiv.org/abs/0905.0269 : Determinación de estructuras tridimensionales desde una sola vista

esconder