2023.12.14

3D再構築の課題と技術の理解

marugotoyoten

カリフォルニア工科大学のYoutube動画「3D再構築の課題と技術の理解」について要点と要約をまとめました

３つの要点

要点１
バイオロジカルMの課題は、電子顕微鏡での元の構造の保存と投影からの三次元情報の取得です。
要点２
バックプロジェクションは、実際の成分の位置を決定するための強力な手法です。
要点３
投影定理は、異なる方向からの投影画像を記録し、三次元フーリエ空間を埋めることで構造を解決するためのガイドとなります。

要約

電子顕微鏡での元の構造の保存
バイオロジカルMにおける最初の基本的な課題は、電子顕微鏡の超高真空環境で元の構造を保存することです。異なる方向からの投影画像を記録することにより、これらの画像の元になったオブジェクトの3D構造を計算することができます。

投影からの三次元情報の取得
2つ目の課題は、投影から三次元情報を取得することです。さまざまな角度からの投影画像を記録し、それらのフーリエ変換を計算することにより、オブジェクトの三次元フーリエ変換を取得することができます。これにより、変換を中心のスライスとしてボリュームに挿入し、それらを正規の座標系に補間することができ、最終的には逆フーリエ変換を介してオブジェクトの構造を復元することができます。

バックプロジェクションと複数の投影の力
バックプロジェクションは、3D再構築における重要な概念です。各投影の構造を再構築ボリュームを通じてバックプロジェクションすることにより、実際の成分の位置を決定することができます。投影画像が多ければ多いほど、バックプロジェクション手法はより強力になります。複数の線の交差点で実際の位置が明確になるからです。

投影定理と構造の解決
投影定理は、オブジェクトの投影のフーリエ変換が、オブジェクトの三次元フーリエ変換の中心スライスと同じ振幅と位相を持つことを述べています。異なる方向からの投影画像を記録し、それらのフーリエ変換を計算することにより、三次元フーリエ空間を埋めることができます。最後に、3Dでの逆フーリエ変換により、オブジェクトの構造を復元することができます。

▼今回の動画