Ondanks de vooruitgang in 3D-beeldvorming, zoals MRI en CT, wetenschappers vertrouwen er nog steeds op een exemplaar in 2D-secties te snijden om de meest gedetailleerde informatie te verkrijgen. Met behulp van deze informatie, ze proberen vervolgens een 3D-beeld van het monster te reconstrueren. Onderzoekers van het Nara Institute of Science and Technology rapporteren een nieuw algoritme dat deze taak kan uitvoeren tegen minder kosten en met een hogere robuustheid dan standaardmethoden.

Japanse wetenschappers rapporteren in Patroonherkenning een nieuwe methode om 3D-modellen te construeren uit 2D-beelden. De aanpak, die niet-rigide registratie omvat met een vermenging van rigide transformaties, overwint een aantal van de beperkingen van de huidige methoden. De onderzoekers valideren hun methode door deze toe te passen op de Kyoto-collectie van menselijke embryo's en foetussen, de grootste verzameling menselijke embryo's ter wereld, met meer dan 45, 000 exemplaren.

MRI- en CT-scans zijn standaardtechnieken voor het maken van 3D-beelden van het lichaam. Deze modaliteiten kunnen met ongekende precisie de locatie van een blessure of beroerte traceren. Ze kunnen zelfs de microscopisch kleine eiwitafzettingen onthullen die worden gezien bij hersenpathologieën zoals de ziekte van Alzheimer. Echter, voor de beste resolutie, wetenschappers zijn nog steeds afhankelijk van plakjes van het monster, daarom worden kanker en andere biopsieën genomen. Zodra de gewenste informatie is verkregen, wetenschappers gebruiken algoritmen die de 2D-plakjes kunnen samenstellen om een ​​gesimuleerd 3D-beeld te creëren. Op deze manier, ze kunnen een heel orgaan of zelfs een organisme reconstrueren.

Plakjes op elkaar stapelen om een ​​3D-afbeelding te maken, is vergelijkbaar met het in elkaar zetten van een cake nadat deze is aangesneden. Ja, de algemene vorm is er, maar het mes zal ervoor zorgen dat bepaalde plakjes breken, zodat de gereconstrueerde cake er nooit zo mooi uitziet als het origineel. Hoewel dit het feest van vijfjarigen die zich willen verwennen misschien niet van streek maakt, de groep chirurgen die op zoek is naar de precieze locatie van een tumor, is moeilijker te sussen.

In feite, het monster kan een reeks veranderingen ondergaan wanneer het wordt voorbereid voor het snijden. "Het snijproces strekt zich uit, buigt en scheurt het weefsel. Het kleurproces varieert tussen monsters. En het fixatieproces veroorzaakt weefselvernietiging, " legt het Nara Institute of Science and Technology (NAIST) uit, nara, Japan, Universitair hoofddocent Takuya Funatomi, die het project leidde.

Fundamenteel, er zijn drie uitdagingen die zich voordoen bij de 3D-reconstructie. De eerste is niet-rigide vervorming, waarin de positie en oriëntatie van verschillende punten in het originele exemplaar zijn veranderd. Ten tweede is weefseldiscontinuïteit, waar lacunes in de reconstructie kunnen ontstaan ​​als de registratie mislukt. Eindelijk, er is een schaalverandering, waar delen van de reconstructie onevenredig zijn aan hun werkelijke grootte vanwege niet-rigide registratie.

Voor elk van deze problemen Funatomi en zijn onderzoeksteam stelden een oplossing voor die in combinatie resulteerde in een reconstructie die alle drie de factoren minimaliseert met minder rekenkosten dan standaardmethoden.

"Eerst, we vertegenwoordigen niet-rigide vervorming met behulp van een klein aantal controlepunten door rigide transformaties te mengen, ", zegt Funatomi. Het kleine aantal controlepunten kan robuust worden geschat tegen de kleurvariatie.

"Vervolgens selecteren we de doelbeelden op basis van de niet-rigide registratieresultaten en passen we schaalaanpassing toe, " hij gaat door.

De nieuwe methode richt zich voornamelijk op een aantal seriële sectiebeelden van menselijke embryo's uit de Kyoto-collectie van menselijke embryo's en foetussen en zou met buitengewoon succes 3D-embryo's kunnen reconstrueren.

Opmerkelijk, er zijn geen MRI- of CT-scans van de monsters, wat betekent dat er geen 3D-modellen kunnen worden gebruikt als referentie voor de 3D-reconstructie. Verder, grote variabiliteit in weefselbeschadiging en kleuring bemoeilijkte de reconstructie.

"Onze methode kon complexe vervorming beschrijven met een kleiner aantal controlepunten en was robuust tegen een variatie van kleuring, ' zegt Funatomi.