中科院古脊椎所国内首台高精度CT仪诞生
2011-08-15
中科院古脊椎所牵头组建的我国首个高精度CT实验室在京建成使用。
上世纪80年代，我国著名古生物学家张弥曼在研究杨氏鱼时，为了制出蜡质模型，采用的是连续磨片法：先以微米为单位，在化石上磨掉薄薄的一层，画一个切面图，再磨掉一小层，再画一个切面，直到磨完整块化石为止。一张复杂的图动辄要画十几个小时，2.8厘米长的鱼颅骨化石，张弥曼总共画了540多幅，可想而知，研究一块完整的化石需要花费多长时间。
“现在很少人用这个方法了，首先它会破坏化石，其次它太耗功夫了。”张弥曼说。而采用CT扫描技术，化石三维复原图的速度和分辨率能得到大幅度提高——以往耗时多年的工作，现在只需十几分钟就能完成。
现代人对CT并不陌生，到医院看病，很可能会先做CT检查。CT（Computed Tomography）是一种电子计算机X射线断层扫描技术。X射线穿透物体后被探测器接受，转变成电信号，再由数字转换成计算机数据，形成一个“模拟—数字”的转换过程；然后经过逆向的“数字—模拟”转换过程，数字矩阵中平淡无奇的数字便成为黑、白不等灰度的小方块，构成CT图像——这是一个完整的重建过程。
鲜为人知的是，除了广泛运用于医学领域外，CT技术在地质学、材料学、考古学等科研/工业领域也有广泛的应用价值。这些领域应用的多是工业CT（ICT），X射线强度比医用CT大很多，对固体的穿透能力更强，对微距的分辨能力也更高。
CT技术应用于古生物学，最关键的一点在于，CT扫描可以“深入”观察化石内部结构，对化石本身没有任何损伤。为了保护文物，战国时期的一件青铜器皿曾在中科院高能物理研究所接受“无损探测”。高能所副主任史戎坚研究员告诉记者，经过CT扫描成像，铜器内隐藏的另一件文物“毫发无伤”地展现在研究者眼前。
考古学应用CT技术，已相当流行；但高精度CT设备的研发与生产长期被国外垄断。国内有需求，设备在国外。“我国一些重要的古生物标本，如古人类头骨，不可能拿去境外扫描，过机场安检就是一件非常头疼的事。而且，出国租用机器，价格不菲。”朱敏说。
国内急切需要一台具备国际水平的高精度CT仪器，在古鱼类领域研究多年的朱敏知道，国内的科研水平已经具备，设备完全可以“自己造”。他找到时任中科院副院长的白春礼院士，说明原委，并提交了项目报告。计划财务局充分论证后，中科院决定拨出1000万元作为项目启动资金。白院长亲自“点将”，中科院高能所和自动化所鼎力“加盟”，分别从硬件和软件开发上给予古脊椎所支持。2007年7月，高精度CT设备自主研发项目正式启动。经过3年多的研发，项目“225kV—3D—微分辨率ICT、450kV—通用型ICT”顺利通过了专家测试，高精度CT实验室于2011年4月19日落成。
脊椎动物进化系统学实验室的郝昕昕告诉记者，实验室利用这两台仪器，已经在古生物学领域进行了多项高端科研设计。高精度CT能对比扫描带“毛”恐龙和早期鸟类的脑部结构，有助于研究鸟类起源问题。
“高精度CT能编辑、加工、生产三维古生物仿真模型，还能建立起化石的三维影像数据库。”郝昕昕说。
在石油地质领域，可以测量仪器样品残余油分布状态，得出油水两相在岩石中的分布状态；在环境地质学领域，可以揭示珊瑚或洞穴沉积的内部结构和沉积环境的地质状况；在电子机械领域，可以检测集成电路及电子元件是否完好，并判断是否需要断路短接；在国防科工领域，还可以检测军火性能，制定去除引信的步骤……
除了满足古脊椎所的内部科研需求外，高精度CT实验室未来还将面向国内外众多学科开放。
