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中科院古脊椎所國(guó)內(nèi)首臺(tái)高精度CT儀誕生
2011-08-15
中科院古脊椎所牽頭組建的我國(guó)首個(gè)高精度CT實(shí)驗(yàn)室在京建成使用。
上世紀(jì)80年代，我國(guó)著名古生物學(xué)家張彌曼在研究楊氏魚時(shí)，為了制出蠟質(zhì)模型，采用的是連續(xù)磨片法：先以微米為單位，在化石上磨掉薄薄的一層，畫一個(gè)切面圖，再磨掉一小層，再畫一個(gè)切面，直到磨完整塊化石為止。一張復(fù)雜的圖動(dòng)輒要畫十幾個(gè)小時(shí)，2.8厘米長(zhǎng)的魚顱骨化石，張彌曼總共畫了540多幅，可想而知，研究一塊完整的化石需要花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間。
“現(xiàn)在很少人用這個(gè)方法了，首先它會(huì)破壞化石，其次它太耗功夫了。”張彌曼說。而采用CT掃描技術(shù)，化石三維復(fù)原圖的速度和分辨率能得到大幅度提高——以往耗時(shí)多年的工作，現(xiàn)在只需十幾分鐘就能完成。
現(xiàn)代人對(duì)CT并不陌生，到醫(yī)院看病，很可能會(huì)先做CT檢查。CT（Computed Tomography）是一種電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)。X射線穿透物體后被探測(cè)器接受，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再由數(shù)字轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，形成一個(gè)“模擬—數(shù)字”的轉(zhuǎn)換過程；然后經(jīng)過逆向的“數(shù)字—模擬”轉(zhuǎn)換過程，數(shù)字矩陣中平淡無奇的數(shù)字便成為黑、白不等灰度的小方塊，構(gòu)成CT圖像——這是一個(gè)完整的重建過程。
鮮為人知的是，除了廣泛運(yùn)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外，CT技術(shù)在地質(zhì)學(xué)、材料學(xué)、考古學(xué)等科研/工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。這些領(lǐng)域應(yīng)用的多是工業(yè)CT（ICT），X射線強(qiáng)度比醫(yī)用CT大很多，對(duì)固體的穿透能力更強(qiáng)，對(duì)微距的分辨能力也更高。
CT技術(shù)應(yīng)用于古生物學(xué)，最關(guān)鍵的一點(diǎn)在于，CT掃描可以“深入”觀察化石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)化石本身沒有任何損傷。為了保護(hù)文物，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的一件青銅器皿曾在中科院高能物理研究所接受“無損探測(cè)”。高能所副主任史戎堅(jiān)研究員告訴記者，經(jīng)過CT掃描成像，銅器內(nèi)隱藏的另一件文物“毫發(fā)無傷”地展現(xiàn)在研究者眼前。
考古學(xué)應(yīng)用CT技術(shù)，已相當(dāng)流行；但高精度CT設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷。國(guó)內(nèi)有需求，設(shè)備在國(guó)外。“我國(guó)一些重要的古生物標(biāo)本，如古人類頭骨，不可能拿去境外掃描，過機(jī)場(chǎng)安檢就是一件非常頭疼的事。而且，出國(guó)租用機(jī)器，價(jià)格不菲。”朱敏說。
國(guó)內(nèi)急切需要一臺(tái)具備國(guó)際水平的高精度CT儀器，在古魚類領(lǐng)域研究多年的朱敏知道，國(guó)內(nèi)的科研水平已經(jīng)具備，設(shè)備完全可以“自己造”。他找到時(shí)任中科院副院長(zhǎng)的白春禮院士，說明原委，并提交了項(xiàng)目報(bào)告。計(jì)劃財(cái)務(wù)局充分論證后，中科院決定撥出1000萬元作為項(xiàng)目啟動(dòng)資金。白院長(zhǎng)親自“點(diǎn)將”，中科院高能所和自動(dòng)化所鼎力“加盟”，分別從硬件和軟件開發(fā)上給予古脊椎所支持。2007年7月，高精度CT設(shè)備自主研發(fā)項(xiàng)目正式啟動(dòng)。經(jīng)過3年多的研發(fā)，項(xiàng)目“225kV—3D—微分辨率ICT、450kV—通用型ICT”順利通過了專家測(cè)試，高精度CT實(shí)驗(yàn)室于2011年4月19日落成。
脊椎動(dòng)物進(jìn)化系統(tǒng)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的郝昕昕告訴記者，實(shí)驗(yàn)室利用這兩臺(tái)儀器，已經(jīng)在古生物學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了多項(xiàng)高端科研設(shè)計(jì)。高精度CT能對(duì)比掃描帶“毛”恐龍和早期鳥類的腦部結(jié)構(gòu)，有助于研究鳥類起源問題。
“高精度CT能編輯、加工、生產(chǎn)三維古生物仿真模型，還能建立起化石的三維影像數(shù)據(jù)庫(kù)。”郝昕昕說。
在石油地質(zhì)領(lǐng)域，可以測(cè)量?jī)x器樣品殘余油分布狀態(tài)，得出油水兩相在巖石中的分布狀態(tài)；在環(huán)境地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，可以揭示珊瑚或洞穴沉積的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和沉積環(huán)境的地質(zhì)狀況；在電子機(jī)械領(lǐng)域，可以檢測(cè)集成電路及電子元件是否完好，并判斷是否需要斷路短接；在國(guó)防科工領(lǐng)域，還可以檢測(cè)軍火性能，制定去除引信的步驟……
除了滿足古脊椎所的內(nèi)部科研需求外，高精度CT實(shí)驗(yàn)室未來還將面向國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)科開放。
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