模拟CT扫描仪(一个玩笑成就1650万的大项目：用CT扫描20000种动物)

Posted 2023-05-30

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模拟CT扫描仪(一个玩笑成就1650万的大项目：用CT扫描20000种动物)

2016年，华盛顿大学生物力学教授Adam Summers在Twitter上发布的CT扫描得到了一些关注，他说想“扫描所有的鱼”。佛罗里达自然历史博物馆的两栖爬行动物副馆长David C. Blackburn博士在Twitter上回复说，他想“扫描所有的青蛙”。

两位研究者在Twitter上开的一个玩笑，已经成为一个为期四年，国家科学基金资助250万美元（约合人民币1650万），对20000个博物馆藏脊椎动物标本进行三维数字扫描，并让所有人都能在线查阅的恢弘项目。

这个项目，就是oVert（Open Exploration of Vertebrate Diversity in 3D）。

无耳巨蜥（Lanthanotus borneensis）的CT扫描。原产于婆罗洲，为拟毒蜥科(lanthanotidae)仅存的一种。

oVert是openVertebrate的缩写，旨在向研究人员、教育工作者、学生和公众提供免费的数字三维脊椎动物解剖模型和数据。在过去的四年多时间里，团队对美国博物馆收藏的20000多个动物标本进行CT扫描，为80%以上的脊椎动物属提供高分辨率的解剖学数据。

参加项目的单位有18家，其中包括16家博物馆和6家影像中心。

CT扫描是一种非破坏性技术，可以从内部和外部显示样本——骨骼、肌肉、循环和神经系统、内脏、寄生虫、卵子和胃内容物。

选择的样本也将进行增强扫描，以确定软组织的特征。

这些数字图像和三维网格文件将在开放存取在线数据库MorphoSource上开放供探索、下载和三维打印。这些新媒体将在全球范围内史无前例地获取博物馆收藏中的珍贵标本，并提高iDigBio有数据标本的研究价值。

白颈狐猴Varecia variegata

缅甸角蟾蜍Brachytarsophrys carinensis的CT扫描显示了骨骼和矿化皮肤。

CT扫描显示墨西哥窄嘴蟾蜍(Hypopachus variolosus)的循环系统

古巴变色蜥增强CT扫描，使用一系列工程软件进行分析。使用基于材料科学的纤维分析对肌肉纤维的方向进行分类。

虽然数字化工作永远无法取代博物馆展柜上标本的价值，但它们确实为附近可能没有此类资源的人提供了访问途径。

康奈尔大学脊椎动物博物馆鱼类、两栖动物和爬行动物馆长Casey Dillman说：“在开源时代，一旦信息数字化，世界上任何人都可以立即获得这些信息。”

通过这种方式，另一个国家的研究人员如果想比较本地小鱼和北美小鱼的头骨，现在只需上网即可。Dillman补充说：“它把实物标本从架子上拿下来，放在每个人的手中。”

即使是精细的结构，比如坦桑尼亚尖吻蛙Arthroleptis tanneri手部肌肉，也可以通过增强CT进行可视化和数字解剖。

通过CT扫描对标本进行数字化，博物馆可以更容易地分享其稀有而重要的标本。这是佛罗里达博物馆爬虫学藏品中的墨西哥毛足泥龟Kinosternon hirtipes的全型。

通过这样做，该倡议支持NSF推进生物多样性收藏数字化（ADBC）计划和iDigBio的任务，通过向世界各地的科学家、学生和教育工作者提供三维解剖数据。

oVert产生的数据将成为各种研究项目的催化剂，这些项目的重点是了解脊椎动物的形态多样性，并显著增加馆藏标本的可及性。这些解剖表型，促进了分类学、进化、发育生物学、比较生理学、功能解剖学、古生物学和生态学等领域的整合。使用X射线计算机断层扫描（CT）生成高分辨率数字解剖数据，以二维和三维容积显示，这些数据可以通过在线数据源全球分布。

CT允许研究人员可视化和量化难以测量的特征。这张图片显示了一只安哥拉穴居猪鼻蛙（Angolan burrowing pig-nosed frog）头骨的高密度和低密度区域。

有了这些3D数字标本，国际研究界将能够（1）诊断、描述和推断现存和灭绝脊椎动物之间的关系模式，（2）测试形态进化的假设，如差异模式、模块化和表型-环境相关性，（3）开发结构-功能模型，用于测试与进食和运动等相关的形态学适应假设；（4）探索大脑和神经系统解剖学以及感觉和肌肉骨骼功能之间的关系。

值得注意的是，oVert将主要致力于提供两种类型的数据：原始断层扫描数据，也称为切片数据，供有权使用三维渲染软件的研究人员使用，以及可在线查看、下载和三维打印的三维模型。而所有这些数据都可以免费下载。

oVert团队将培训博物馆专家制作、管理和分发三维解剖数据，并为研究人员提供如何使用这些数据的指导。该团队还将教高中生和本科生创建三维解剖模型。

CT扫描突出了这只巨大的环状蜥蜴[巴伯顿龙蜥蜴（Smaug barbertonensis）]头骨上的厚重盔甲。

通过应用有限元分析等方法，研究人员可以模拟博物馆标本上的应力和应变。这张图片显示了东部响尾蛇的毒牙在咬猎物时可能会对这些力量做出反应。

为了增加K-12 STEM教育工作者对数字标本的使用，该团队将举办由教师主导的研讨会，根据美国博物馆收藏的数字和打印的三维标本模型，生成免费的课程计划，重点关注特定的科学标准。

增强扫描显示了卡鲁环带蜥蜴（Karusasaurus polyzonus）的心脏，显示了其脆弱的心房和主动脉弓。

通过oVert，教育工作者和学生可以接触到来自美国博物馆的数千件标本，比如这只侏儒狨猴（pygmy marmoset）。

马达加斯加侏儒变色龙Brookesia superciliaris的CT扫描显示骨密度。

CT扫描显示了同样不幸的东部猪鼻蛇Heterodon platirhinos的最后两餐：一条蝾螈和一只蟾蜍。

该项目的资金仅限于对美国收藏的标本进行数字化。然而，公开团队可以为对CT扫描标本感兴趣的国际机构的研究人员提供指导，将他们的数据上传到MorphoSource或形成类似的合作网络。

所有的公开数据可免费用于研究、教育和其他非商业用途。若要在出版物中使用这些数据，请遵守数据作者和数据所有者关于确认和引用他们在MorphoSource上的数据的意愿。

鲸鲨 Rhincodon typus增强CT扫描图像

来源：XI区