當(dāng)前，博物館文物普遍面臨著環(huán)境問題與人為因素的威脅。為了更好地了解博物館文物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其制造技術(shù)，現(xiàn)通過對利利貝奧地區(qū)考古博物館內(nèi)的出土文物進(jìn)行可移動式CT斷層掃描，以期實(shí)現(xiàn)對博物館文物的無損檢測與圖像重建，為博物館文物的保護(hù)分析提供參考。

自1895年德國物理學(xué)家威廉·康拉德·倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來，X射線憑借其自身強(qiáng)大的特性，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、造船、建筑、航天、醫(yī)療、文博等領(lǐng)域。但X射線分析技術(shù)大多都是二維圖像，無法攜帶關(guān)于物體的三維性質(zhì)的有用信息。為此，英國工程師戈弗雷·亨斯費(fèi)爾德于1971年研發(fā)出了世界上第一臺CT，以此來重建人腦的三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)。近年來，隨著X射線分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代CT設(shè)備的體積越來越小，分辨率也越來越高。因此，可移動式CT系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用顯得愈發(fā)重要，它可以克服場地以及文物大小的限制，實(shí)現(xiàn)對文物的360°無死角現(xiàn)場檢測分析。

此次，博物館文物的可移動式CT斷層掃描于2019年在馬爾薩拉的利利貝奧地區(qū)考古博物館進(jìn)行。在該活動中，博物館提供了一些陶質(zhì)文物，用于研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)。而計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）是一種無損檢測技術(shù)，可以有效提供被檢測文物的內(nèi)部信息，以揭示其內(nèi)部存在的缺陷、裂隙或其他物質(zhì)。此外，CT技術(shù)還可以幫助人們確定研究物體的厚度、大小和相關(guān)歷史信息，既可以提取文物表面被覆蓋的銘文、紋飾等信息，也可以反映出文物修復(fù)前后的情況，提供文物的內(nèi)部信息及病害的發(fā)展?fàn)顩r，還可以獲取文物的制造技術(shù)、原始功能、使用方法、保存狀態(tài)等信息。

計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)

計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)主要基于X射線與物質(zhì)的相互作用，它是于20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的，在20世紀(jì)70年代已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究，20世紀(jì)80年代在國外已用于博物館文物藏品的科技分析。CT技術(shù)之所以廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，得益于它是一種無損檢測技術(shù)，可以研究各種材料和物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它是由從不同角度獲取研究對象的X射線照相數(shù)據(jù)組成的，并通過計(jì)算機(jī)使用一種特殊的數(shù)學(xué)算法處理數(shù)據(jù)；該算法能夠重建研究對象的二維橫截面圖（也被稱為切片）。隨后，人們可以通過三維渲染軟件查看研究對象的所有切片，以此重現(xiàn)物體內(nèi)部的整個三維體積視圖，從而對其進(jìn)行虛擬切割，以研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。目前，兩個最常用的渲染軟件是VG Studio Max和3D Slicer。因?yàn)閄射線強(qiáng)度衰減程度與物體密度、厚度成正比，所以CT數(shù)字掃描圖像的灰度值直接體現(xiàn)了X射線的衰減程度：物質(zhì)密度越大，X射線衰減程度越高，CT數(shù)字圖像灰度值越小，圖像越暗；物質(zhì)密度越小，X射線衰減程度越低，CT數(shù)字圖像灰度值越大，圖像越亮。根據(jù)此原理，可以透過CT數(shù)字圖像的灰度值來獲取研究對象的內(nèi)部信息。

可移動式CT的基本組成

相關(guān)人員通過對樣品數(shù)據(jù)的詳細(xì)測量，最終選擇了適用于中型物體的層析成像設(shè)備。該CT系統(tǒng)由三個主要部分組成（見圖1）。

第一個部分是X射線源：最大電壓為130kV的低功率微焦點(diǎn)X射線管（KEVEX PXS10-65W），其焦點(diǎn)在最小功率下小到6μm。它配備有自動再生空氣系統(tǒng)（內(nèi)部風(fēng)扇），內(nèi)部有一個鎢靶和一個0.25mm的鈹窗口。X射線管在掃描物體之前需要預(yù)熱。

第二個部分是像素尺寸為127μm的高動態(tài)范圍（25cm×20cm）X射線平板數(shù)字探測器（VARIAN PS2520D）。探測方法為間接轉(zhuǎn)換，其閃爍體層為鉈與碘化銫的混合物（CsI：Tl），最大幀率為10fps，具有很高的空間分辨率，特別適用于中小型物體的掃描。

第三個部分是由德國Physik Instrumente（PI）公司生產(chǎn)的運(yùn)動系統(tǒng)，由2個垂直平移軸、1個水平平移軸和1個旋轉(zhuǎn)操縱臺組成。彼此垂直安裝的垂直平移軸與水平平移軸可以使平板探測器掃描比其自身尺寸更大的區(qū)域，最大面積約為50×50cm2。而X射線源安裝在垂直平移軸上可以讓X射線垂直掃描物體，以此來增加視野。旋轉(zhuǎn)操縱臺則放置在平板探測器和X射線源之間，旋轉(zhuǎn)軸對于獲取研究物體不同角度的X射線投影必不可少，并且能夠支撐和旋轉(zhuǎn)最大約40kg的重量。

為確保X射線不會對檢測人員和環(huán)境造成傷害，檢測現(xiàn)場采取了一些安全措施。首先借助控制軟件，將CT系統(tǒng)和控制設(shè)備安全地放置在不同的位置，以便安全地進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測（見圖2）。其次，架設(shè)鉛板形成鉛房，用于防止X射線的逸散。

檢測結(jié)果與分析

為了確保檢測質(zhì)量，在經(jīng)過預(yù)檢測之后，相關(guān)人員最終確定了陶質(zhì)文物的采集參數(shù)。下表所示的參數(shù)是所采集的兩件陶質(zhì)文物的CT圖像數(shù)據(jù)，下面將對檢測結(jié)果進(jìn)行簡要分析。

野豬狀奶瓶

這件野豬狀嬰兒奶瓶的制作時間可以追溯到公元前4世紀(jì)上半葉。

如圖3所示，奶瓶的表面通體彩繪，局部脫落。敞口，口內(nèi)有七個穿孔（見圖4）。以壺嘴為鼻，兩側(cè)刻畫有眼睛，造型生動可愛。瓶內(nèi)有一物體，輕微晃動可以發(fā)出聲響。

通過分析CT斷層掃描圖像發(fā)現(xiàn)，該奶瓶內(nèi)部的圓形物體在器物燒結(jié)完成之前就已存在，不是后來放置到奶瓶中的。這一結(jié)論源自以下數(shù)據(jù)：通過軟件測量發(fā)現(xiàn)圓形球體直徑約為6.93mm，而奶瓶頂部的最大孔直徑約為4.77mm，右側(cè)瓶口的直徑約為3.96mm（見圖5）。

此外，奶瓶頂端瓶口的上半部分有被修復(fù)過的痕跡。通過肉眼觀察，可以看到被修復(fù)過的部分彩繪顏色比原來的部分顏色深。而通過CT圖像解析可以輕松地區(qū)分出被修復(fù)過的部分。如圖6所示，用于修復(fù)奶瓶的材料與奶瓶所使用的原始陶土材料完全不同，修復(fù)所用的材料里含有更多雜質(zhì)。而且被修復(fù)區(qū)域的某些部分與原始部分的連接不夠緊密，兩者之間還有裂縫。

通過CT影像，可以發(fā)現(xiàn)奶瓶的內(nèi)壁上還有一個圓形洞槽和一些裂紋，洞的直徑約為9.9mm，深度約為2.25mm（見圖7）。同時，透過二維橫截面影像可以清晰地看到陶土材料中存在一些較大的雜質(zhì)。

噴泉圖飾油燈

噴泉圖飾油燈的尺寸約為89.9mm×62.8mm×36.5mm。頂部不平，刻繪有噴泉圖案。噴泉圖飾油燈有大、中、小三孔，大孔為出火口，中孔為注油口，小孔為透氣孔。右側(cè)有一圓環(huán)狀把手。整體保存較為完好，表面僅可見一些輕微的劃痕（見圖8）。

在古羅馬時代，傳統(tǒng)的油燈制作工藝一般包含以下三個步驟（見圖9）。首先，使用模具制作油燈的頂部和底部，并用黏土將其黏合在一起形成主體。其次，使用工具將主體表面打磨光滑，并雕刻細(xì)節(jié)。最后，通過粗細(xì)合適的木棒將油燈的把手黏合到主體上。通過CT透視圖像可以發(fā)現(xiàn)，該油燈內(nèi)部有一道圓形的溝壑（見圖10），這應(yīng)該就是在將油燈主體頂部與底部相黏合時所產(chǎn)生的痕跡。此外，把手與主體所使用的黏土材料也有所不同，把手所使用的黏土材料密度較小，雜質(zhì)更多，從圖片中可以清晰地看出它們之間的黏合痕跡（見圖11）。

通過對上述陶土文物的檢測與分析，可以看出CT技術(shù)具備獨(dú)特的優(yōu)勢：在不損壞、不接觸文物的情況下，CT技術(shù)能夠精準(zhǔn)地檢測出陶土文物內(nèi)部的一切細(xì)微損傷、孔隙和雜質(zhì)。通過3D軟件，還可以進(jìn)一步了解其具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和制作工藝。為了便于之后的保存、修復(fù)，CT技術(shù)還可以提供其內(nèi)部損傷大小的虛擬測量，以及不同部位的切片視頻。

結(jié)論

CT技術(shù)是文化遺產(chǎn)領(lǐng)域非常強(qiáng)大的一種調(diào)查研究工具，因?yàn)槠涫且环N非侵入性的調(diào)查研究工具，可以無損檢測各種類型的文物，并以高分辨率對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

國內(nèi)目前應(yīng)用于文物分析的CT設(shè)備大多都是工業(yè)CT，而工業(yè)CT的缺陷是設(shè)備價格昂貴，體積較為龐大，無法到現(xiàn)場進(jìn)行文物掃描，且掃描時間較長。而由意大利博洛尼亞大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)研究小組研發(fā)的一種可移動式CT系統(tǒng)則良好地解決了工業(yè)CT體積龐大、不易攜帶的問題，且具有較高的分辨率。因此可以說，研發(fā)并使用新型可移動式CT進(jìn)行現(xiàn)場分析是CT檢測技術(shù)的未來發(fā)展方向。

可移動式CT系統(tǒng)的另一個優(yōu)點(diǎn)是它可以最大程度地減少文物的移動，從而避免文物在從考古現(xiàn)場或博物館轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室的過程中受到二次傷害。通過計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)，我們還可以以數(shù)字方式保存文物信息，如橫縱截面圖片和360°可視化視頻，這也為文物保護(hù)提供了新方向。

（作者單位：淮安市文物保護(hù)和考古研究所）