Forskare i Lund har utvecklat en ny matematisk metod för att ta fram mycket detaljerade röntgenbilder på nanonivå. Tekniken gör det möjligt att urskilja mycket små strukturer i hjärnan, som synapser och mitokondrier.
I ett internationellt samarbete har forskare tagit fram en metod som ger betydligt högre kvalitet på tredimensionella röntgenbilder än tidigare. Det handlar om 3D-bilder som tas med hjälp av så kallad röntgen-nanotomografi. Forskarnas metod bygger på kunskap inom matematik och beräkningsvetenskap.
– Vårt arbete visar att begränsningen inte enbart har legat i röntgenoptiken utan också i matematiken som används för att rekonstruera bilden, säger matematikforskaren Marcus Carlsson i ett pressmeddelande från Lunds universitet.
Detaljer på cellnivå
Med den nya metoden går det att urskilja extremt små strukturer, ända ner till 20 nanometer. Som jämförelse är ett mänskligt hårstrå mellan 80 000 och 100 000 nanometer tjockt.
Den höga bildupplösningen gör det möjligt att studera enskilda detaljer på cellnivå i kroppen. I studien blev bildskärpan ungefär tre gånger bättre med den nya metoden. Mycket små detaljer, som synapser och mitokondrier, kunde även avbildas tredimensionellt.
För att avbilda strukturer på nanonivå används vanligtvis en annan teknik än röntgen, nämligen elektronmikroskopi. Problemet med den tekniken är att materialet som ska undersökas måste skäras i mycket tunna skivor för att kunna studeras i tredimensionell avbildning. Elektronmikroskopi ger mycket detaljerade bilder, men innebär samtidigt att materialet får permanenta skador.
Provmaterial behöver inte skäras sönder
Med röntgenteknik går det i stället att undersöka betydligt större prover på nanonivå och avbilda dem i tre dimensioner utan att de först behöver skäras sönder.
En utmaning är dock att kunna använda all information i de enorma datamängderna som undersökningarna ger upphov till, enligt Marcus Carlsson. Här kan matematiken och beräkningsvetenskapen bli till hjälp.
– Genom bättre matematiska modeller och optimeringsalgoritmer kan man få ut betydligt mer information ur samma typ av mätdata. Den nya metoden öppnar möjligheter både inom biologisk avbildning och inom andra områden där man vill studera material tredimensionellt och icke-destruktivt, säger Marcus Carlsson.
Vetenskaplig artikel:
Scalable joint X-ray nano-holotomography reconstruction with the bilinear Hessian method, Optica.
