作者:丁佳 来源:科学时报 发布时间:2011-6-23 9:00:42
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【科学时报】中国化石研究用上自主CT

 
朱敏在讲解450kV-通用型ICT的工作原理。丁佳/摄
 
在老一辈古生物学家那里,时间仿佛过得很慢,研究一块小小的化石,往往要花费数年的时间。
 
为了看到化石的内部结构,古生物学家以50微米为一个单位,一层一层用手磨出来,再放到显微镜底下一点一点地绘图。一块2厘米厚的化石,要磨400个断面,耗费两年光阴。
 
现在,这样一份“磨洋工”的工作,只要十几分钟就可以完成了。化石材料放在仪器上转一圈,电脑经过计算,就可以重建出化石的3D图像,并且内部结构都显示得清清楚楚。
 
这样一台仪器,是先辈们不敢想象的。6月21日,中科院古脊椎动物与古人类研究所高精度CT实验室建成,化石的内部构造将再也不是秘密。
 
“以后再也不用背着化石去国外做实验了”
 
人工获取化石切面结构之后,化石本身也变成了一堆粉末。而CT扫描技术则能够在不对化石本身造成任何损伤的前提下,对其内部结构进行观察。这项技术应用于古生物学研究的时间虽然不长,但现在许多主流的研究机构都在使用这项技术。
 
从1996年至今,应用CT技术的古生物学论文已有数百篇,不少都发表在Nature、Science等最顶尖的国际学术期刊上。
 
今年4月,由古脊椎所牵头,高能物理研究所、自动化研究所承担的中科院重大科研装备研制项目“225kV-3D-微分辨ICT和450kV-通用型ICT”顺利通过验收。专家组认为,高精度CT设备的所有技术指标均达到了设计要求,能够实现对古生物化石、现生生物样本的高精度扫描、图像重建和处理。
 
“这个项目的最大亮点,是跨所、跨学科、跨研究领域。”古脊椎所副所长董军社评价称。
 
这一喜讯让古脊椎所研究员、中科院脊椎动物进化系统学实验室主任朱敏感到很激动。此前由于国内没有这种设备,古脊椎所与美国、德国等科研机构合作开展研究,虽然取得一些进展,但也失掉了许多宝贵的知识产权。而诸如古人类头骨化石等重要的标本,也不可能带到境外去扫描,给中国古生物学研究带来了一定阻碍。
 
几年前,古脊椎所向中科院提出了高精度CT设备的需求。现任中科院院长白春礼听到此事后说,设备整体引进对中科院来说不是什么难事,但并不利于我们国家自主创新能力的提升,中科院内部完全可以通过合作研发实现这件事。
 
“中科院花1000万元买一台现成的设备很简单,但白院长还是坚持要我们做。”朱敏告诉《科学时报》记者,白春礼还亲自点将,把古脊椎所和高能所、自动化所拉到一起来做这件事。
 
2007年7月,项目正式启动,三所研究人员根据古生物化石样品密度和空间分辨率要求高的特殊性,瞄准世界“工业CT技术”在古生物领域应用的领先水平,经过3年多的攻关,终于将一大一小两台“中国制造”的CT设备研制了出来。
 
该项目所研制的225kV-3D-微分辨ICT扫描标准测试样品的空间分辨率达到5微米,密度分辨(相对)达到百分之一,指标可达到或接近国外同类设备的水平。
 
“项目刚开始时,我都不认识另外两个研究所的专家。现在我们不但赶上了国际最高的研究水平,还自己掌握了数据采集方法和技术手段。”朱敏表示自己很佩服白春礼的胆识。
 
现在,朱敏再也不用揣着化石跑到国外做实验了。“这个项目前前后后花的钱,其实和买一台进口设备差不多。但我们现在有了自己的东西,这是利在千秋的事。自主研发最大的好处就是能够可持续发展。”
 
甘愿给别人做嫁衣
 
对于自动化所研究员田捷来说,这项研究和他以前参与的项目都不太一样。“我们这项研究是从古脊椎所实际的需求出发,然后再反过来投学术期刊。”
 
自动化所在该项目中承担的任务是三维图像重建及后处理软件的开发,研究人员成功解决了化石扫描海量数据的处理问题,并实现了较快速提取内部结构、准确分割,以及可视化效果等功能。
 
“以前科研成果的转化很难,现在我们这种源于应用、回到应用的研发,其实含金量很高。”田捷说,“而且也没有影响我们发表高水平的研究论文。”
 
自动化所负责软件,高能所则负责硬件。经过反复实验,结合大量应用验证,高能所研制的CT硬件系统所有的技术指标均达到了设计要求,部分技术指标优于设计要求。
 
和国外CT设备制造商一样,此次我国研制的CT设备的一些主要部件也是从国外购回的。不过高能所研究员、研发中心主任史戎坚并不满足于“和国外一样”。他们正在研制具备自主知识产权的探测器,以彻底摆脱对国外产品的依赖。
 
“探测器是CT设备里最关键的的两大部件之一,目前我们自主研制的探测器已基本成型。我们与芬兰一家顶尖公司的产品作了对比,我们的探测器达到了更快的扫描速度和更高的扫描精度。”高能所副研究员魏存峰告诉《科学时报》记者。
 
两台设备在高能所安装完成,现在送到了古脊椎所的地下实验室,供古脊椎所等国内外研究机构进行古生物研究。
 
好不容易研制出来的仪器搬出了高能所,多少让人有点心疼。不过史戎坚表示,很乐意给古脊椎所做这件“嫁衣”。
 
“这个研究的性质就是从需求出发的,我们能给古生物研究提供好的工具,心甘情愿。”史戎坚最后说,“其实通过这个项目的磨砺,高能所大科研装备的研发水平,也随之迈上了更高的台阶。”
 
《科学时报》 (2011-06-23 A1 要闻)
 
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