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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。

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