殷亞磊，周敏，魯昊

1.北京大學(xué)，地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871

2.北京大學(xué)，考古文博學(xué)院，北京 100871

數(shù)據(jù)庫(kù)（集）基本信息簡(jiǎn)介

數(shù)據(jù)庫(kù)（集）名稱 中國(guó)貴州省中三疊世胡氏貴州龍（爬行綱：鰭龍超目）頭骨μCT掃描數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)作者 殷亞磊、周敏、魯昊數(shù)據(jù)通信作者 魯昊（luchengze@pku.edu.cn）樣品地質(zhì)年代 中三疊世拉丁期法郎組竹桿坡段，240.8±1.8百萬(wàn)年前。地理區(qū)域 化石產(chǎn)自貴州省興義市掃描精度 7.1 μm數(shù)據(jù)量 75.6 GB數(shù)據(jù)格式 *.tiff, *.xteckt, *.stl, *.pdf, *.avi數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址 http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00271基金項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金（41920104001、41572008、40920124002、41372016）數(shù)據(jù)庫(kù)（集）組成數(shù)據(jù)集由7部分?jǐn)?shù)據(jù)組成：（1）Keichousaurus1.zip為頭骨第一段CT掃描投影圖（.tiff）和一個(gè)掃描參數(shù)文本文件（.xteckt），數(shù)據(jù)量21 GB；（2）Keichousaurus2.zip為頭骨第二段CT掃描投影圖（.tiff）和一個(gè)掃描參數(shù)文本文件（.xteckt），數(shù)據(jù)量21.5 GB；

數(shù)據(jù)庫(kù)（集）組成（3）Keichousaurus3.zip為頭骨第三段CT掃描投影圖（.tiff）和一個(gè)掃描參數(shù)文本文件（.xteckt），數(shù)據(jù)量21.8 GB；（4）Keichousaurus4.zip為完整頭骨圖像堆棧（.tiff），數(shù)據(jù)量11 GB；（5）Keichousaurus5.zip為頭骨動(dòng)畫視頻（.avi），數(shù)據(jù)量12.9 MB；（6）Keichousaurus6.zip為三維模型（.stl），數(shù)據(jù)量222.4 MB；（7）Keichousaurus7.zip為頭骨的3D pdf，數(shù)據(jù)量171.6 MB。

引 言

鰭龍類是中生代海生爬行動(dòng)物中物種多樣性最為豐富的類群之一，由楯齒龍類和始鰭龍類組成。胡氏貴州龍是一種產(chǎn)自貴州省興義市及其鄰區(qū)的中三疊世拉丁期法郎組竹竿坡段的小型鰭龍類[1]，平均吻臀距在15 cm左右[2]。該物種的發(fā)現(xiàn)為始鰭龍類在亞洲的首次報(bào)道[3]，也標(biāo)志著我國(guó)三疊紀(jì)海生爬行動(dòng)物研究的開(kāi)始[4]。胡氏貴州龍?zhí)幱邛掿埑枯^基干位置，對(duì)于理解該類群的早期演化及古地理遷移極其重要。60多年來(lái)，大量標(biāo)本的發(fā)現(xiàn)為胡氏貴州龍個(gè)體發(fā)育中的異速發(fā)育現(xiàn)象[5]，胎生的生殖方式[6-7]，性雙形現(xiàn)象[6-9]等研究提供了充足的化石證據(jù)。

盡管數(shù)量豐富的胡氏貴州龍化石被發(fā)現(xiàn)，但其中大部分的頭骨卻未被良好的修復(fù)[9]。目前的研究良好揭示了胡氏貴州龍頭骨外部的形態(tài)學(xué)信息[2-3,5]。然而，由于受到圍巖和膜質(zhì)骨骼的隱埋，其頭骨的內(nèi)部形態(tài)學(xué)研究依然有待進(jìn)一步深入[2]。由于形態(tài)學(xué)信息的不足，胡氏貴州龍?jiān)邛掿埑恐械南到y(tǒng)分類位置也存有一定爭(zhēng)議。傳統(tǒng)及最新觀點(diǎn)認(rèn)為胡氏貴州龍屬于腫肋龍科[10]，但一些研究顯示其屬于幻龍次亞目[2]。

近幾十年來(lái)，顯微CT掃描技術(shù)由于其高效性且對(duì)化石無(wú)損，以及能夠展現(xiàn)出傳統(tǒng)體視鏡下觀察不到的化石內(nèi)部的形態(tài)學(xué)信息，被越來(lái)越多地應(yīng)用于古生物化石研究當(dāng)中[11]。本文提供了一件產(chǎn)自貴州省興義市中三疊世拉丁期法郎組竹竿坡段，完整且近三維立體保存的胡氏貴州龍頭骨化石顯微CT數(shù)據(jù)集。本數(shù)據(jù)集包括胡氏貴州龍CT原始圖片數(shù)據(jù)，拼合的完整頭骨圖像堆棧，3D pdf，視頻和可用于3D打印的stl 格式文件。所有數(shù)據(jù)均上傳到Science Data Bank（http://www.dx.doi.org/10.1192 2/sciencedb.j00001.00271），供科研人員和公眾下載，可用于胡氏貴州龍形態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)的進(jìn)一步研究。此外，視頻，3D pdf和3D打印后的模型可用于華南三疊紀(jì)海生爬行動(dòng)物的科研、教學(xué)、科普和文創(chuàng)。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 化石樣品機(jī)械修理

標(biāo)本頭骨首先通過(guò)機(jī)械修理與其他骨骼分離開(kāi)來(lái)，以方便進(jìn)行CT掃描。之后，在實(shí)體顯微鏡下對(duì)頭骨周圍的圍巖進(jìn)行剝離，以提高掃描效果。最后，在化石表面涂抹一層B72（甲基丙烯酸乙酯共聚物），以加固化石和防止化石被腐蝕。該步驟在北京大學(xué)地質(zhì)博物館完成。

1.2 μCT掃描與數(shù)據(jù)預(yù)處理

胡氏貴州龍歸入標(biāo)本的掃描工作在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所古生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，使用高精度X射線掃描儀（Nikon XT H 225 ST）完成。掃描過(guò)程中，X光以垂直于樣品的最長(zhǎng)軸方向照射樣品。為了提高掃描的空間分辨率，本研究采用分段掃描的方式進(jìn)行（圖1）。一段掃描完成后，將標(biāo)本沿其長(zhǎng)軸進(jìn)行上下移動(dòng)。移動(dòng)過(guò)程中，確保相鄰兩段掃描存在一定重疊區(qū)域，并確保是在相同掃描參數(shù)下進(jìn)行掃描，以便后續(xù)圖像拼接。本次頭骨的掃描被分成3段進(jìn)行。掃描參數(shù)設(shè)置如下：電壓為180 kV，電流為89 μA，空間分辨率為7.1 μm，曝光時(shí)間為1秒。掃描結(jié)束后，將CT機(jī)產(chǎn)生的投影圖用其自帶的三維重構(gòu)軟件（CT-pro 3D）進(jìn)行相位恢復(fù)和重構(gòu)后，將生成的3個(gè)體積文件分別導(dǎo)入VG Studio Max 3.0，導(dǎo)出Tiff格式的圖像堆棧。然后將3個(gè)圖像堆棧導(dǎo)入Figi軟件進(jìn)行拼合，得到一個(gè)完整的胡氏貴州龍頭骨的圖像堆棧。此完整的胡氏貴州龍頭骨圖像堆棧用于下一步三維建模。

圖1 胡氏貴州龍歸入標(biāo)本GMPKU-P-3406照片以及μCT掃描方案

1.3 μCT數(shù)據(jù)的三維重建

本研究使用VG Studio Max 3.0對(duì)胡氏貴州龍的頭骨進(jìn)行三維重建。三維重建于中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所完成。此外，還可用Mimics，Drishiti和Avizo等軟件完成三維重建。重建過(guò)程如下：第一步，數(shù)據(jù)導(dǎo)入。將4755張tiff格式圖像沿頭骨的長(zhǎng)軸方向?qū)胲浖G Studio Max 3.0進(jìn)行疊覆。并將工程文件保存為vgl格式。第二步，三維重建。針對(duì)頭骨、下頜、外翼骨和舌骨分別建立感興趣區(qū)。在本文中采用手動(dòng)的方式進(jìn)行三維建模。手動(dòng)重建后，使用平滑和修正的功能對(duì)感興趣區(qū)進(jìn)行處理以使其形態(tài)以更加自然的方式呈現(xiàn)。第三步，視頻制作。在三維窗口中，將標(biāo)本移動(dòng)至屏幕中央。通過(guò)軟件自帶默認(rèn)曲線：圓（C）選項(xiàng)功能，將頭骨保存為沿長(zhǎng)軸方向旋轉(zhuǎn)的視頻文件，格式為avi。第四步，stl文件存儲(chǔ)。將每一個(gè)重建的感興趣區(qū)進(jìn)行表面測(cè)定，然后導(dǎo)出stl文件。上述步驟完成后，將導(dǎo)出的stl格式的文件，依次導(dǎo)入Adobe 3D Reviewer，調(diào)整顏色后，保存為3D pdf。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本次研究標(biāo)本是胡氏貴州龍的歸入標(biāo)本，收藏于北京大學(xué)地質(zhì)博物館，編號(hào)為GMPKU-P-3406。CT掃描儀針對(duì)該標(biāo)本的頭骨部分。其頭骨長(zhǎng)約30毫米，最大寬約11毫米。胡氏貴州龍系統(tǒng)分類位置如下：

雙孔亞綱 Diapsida Osborn, 1903

鰭龍超目 Sauropterygia Owen, 1860

始鰭龍目 Eosauropterygia Rieppel, 1994

胡氏貴州龍KeichousaurushuiYoung, 1958

對(duì)胡氏貴州龍頭骨的CT掃描與三維重建，不僅可以清楚地展示實(shí)體顯微鏡下難以觀察到的特征，而且可以更清楚地展示已觀察到的特征。如頂孔，外翼骨出現(xiàn)，舌骨呈棒狀，方骨窩（quadrate fossa）出現(xiàn)，前部邊緣齒不僅呈匍匐狀而且上頜齒向腹側(cè)彎曲、下頜齒向背側(cè)彎曲（圖2）。

圖2 胡氏貴州龍歸入標(biāo)本GMPKU-P-3406頭骨三維重建圖

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

本樣品掃描精度為7.1 μm。掃描結(jié)果對(duì)頭骨上的孔、跟周圍骨骼分離的骨塊和牙齒有較好的展現(xiàn)，但對(duì)其他骨骼展現(xiàn)較差。造成此種情況的原因是標(biāo)本本身保存的狀況。其一，該頭骨化石內(nèi)部存在部分黃鐵礦化的現(xiàn)象。其二，該標(biāo)本為海生爬行動(dòng)物的化石標(biāo)本，其骨骼（主要由磷酸鈣組成）和圍巖（主要由碳酸鈣組成）的密度差較小。這兩種情況導(dǎo)致CT掃描圖片中骨骼和圍巖的區(qū)分度較低。盡管如此，上述客觀情況并不影響整個(gè)頭骨的形態(tài)學(xué)重建與觀察。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

本數(shù)據(jù)集提供了中國(guó)貴州省中三疊世胡氏貴州龍（爬行綱：鰭龍超目）頭骨 μCT掃描數(shù)據(jù)。其中，CT原始圖片數(shù)據(jù)和拼合的完整頭骨圖像堆?？勺鳛轹掿堫愋螒B(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。3D pdf可以360°人機(jī)交互式呈現(xiàn)胡氏貴州龍的頭骨形態(tài)，有助于科研人員理解該物種的頭骨信息。視頻經(jīng)下載后，可讓普通大眾和學(xué)生來(lái)了解和認(rèn)識(shí)中國(guó)最早發(fā)現(xiàn)的三疊紀(jì)海生爬行動(dòng)物胡氏貴州龍。使用stl文件進(jìn)行3D打印的胡氏貴州龍模型不僅可用于科研、教學(xué)和科普，還可作為文創(chuàng)產(chǎn)品來(lái)豐富我們的物質(zhì)生活。

致 謝

感謝北京大學(xué)化石修理技師胡田芬對(duì)標(biāo)本的修復(fù)。感謝中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所王壽銘博士和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）方勤方老師在CT掃描方面所提供的幫助。