Royo-Torres, R., Verdú, F.J. y Alcalá, L. coord. (2014). XXX Jornadas de Paleontología de la Sociedad Española de Paleontología. ¡Fundamental! 24: 1–282.
EDICIÓN: © Fundación Conjunto Paleontológico de Teruel – Dinópolis COORDINACIÓN: Rafael Royo-Torres, Francisco Javier Verdú y Luis Alcalá. DISEÑO Y MAQUETA: © EKIX Soluciones Gráficas DEPÓSITO LEGAL: TE–167–2014 ISBN–13: 978–84–938173–7–4
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Aplicaciones de la tomografía computarizada en paleontología
de 1,5 metros de longitud y 0,27 mm de resolución. Todo el equipo está diseñado para realizar escáneres de piezas de 500 kg de peso, un metro de longitud y medio metro de espesor.
Sergio Llácer Martos, Albert G. Sellés, Josep Marmi, Alejandro Blanco, Josep Fortuny
Institut Català de Paleontologia, Escola Industrial, 23, 08201. E-mail:
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Figura 1. Instalaciones de tomografía. A la izquierda el detector y a la derecha el tubo de RX. Introducción La tomografía computarizada es una técnica no destructiva ni invasiva que permite visualizar el interior de muchos tipos de materiales, tales como metales, cerámica, huesos, rocas, fósiles, etc., sin que el objeto sufra ningún tipo de deterioro. Proporciona un método útil para la visualización tridimensional del exterior y de las estructuras internas de los objetos. Su utilización en la paleontología es cada vez más habitual debido a la valiosa información que proporciona para campos como la restauración, conservación, taxonomía, análisis de elementos finitos, morfometría, etc. (Endo et al., 2008; Zollikofer, 2005). En este artículo se resumen algunos de los trabajos realizados por el Institut Català de Paleontologia con su equipo de tomografía computarizada desde el año 2013.
Debido al proceso de fosilización, muchos fósiles se encuentran recubiertos externamente por matriz rocosa que en algunos casos hace prácticamente imposible su restauración mediante métodos mecánicos y/o químicos. En estos casos, la tomografía puede permitir la separación virtual del fósil y de la matriz que lo contiene. Una vez realizada la tomografía, la señal detectada se reconstruye mediante el método denominado retroproyección filtrada (Kak, 1988; Hsieh, 2003). Las imágenes reconstruidas resultantes tienen mucho ruido y presentan diversos artefactos, como los de anillo y de borde. Para aumentar la calidad de imagen, las imágenes deben ser tratadas y procesadas mediante el software libre ImageJ (http://imagej.nih.gov/ij/), que ofrece potentes herramientas, como filtros digitales, edición y procesamiento de imágenes, aumento de contraste, etc. Un ejemplo de ello se puede ver en la figura 2.
Materiales y métodos El equipo de tomografía computarizada fue construido en colaboración entre el Institut Català de Paleontologia (ICP), el centro tecnológico AIMEN y la Universidad de Santiago de Compostela (USC). Consiste en un tubo de RX de marca YXLON y modelo Y.TU 450-D09, con una tensión máxima de 450 kV. (Fig. 1). Dispone de foco dual (0,4 mm y 1 mm) y su potencia máxima varía entre 900 y 1700 W al variar los parámetros de adquisición. El detector fue diseñado y construido por el grupo de Radiofísica de la Universidad de Santiago de Compostela. Es un detector lineal compuesto de 3840 canales,
Figura 2. Ejemplo de procesado de la imagen: a la izquierda imagen sin procesar, a la derecha imagen procesada con filtros de suavizado, de aumento de contraste y para eliminar los artefactos de anillo. 119
Posteriormente, mediante el software Avizo versión 7.1 (http://www. vsg3d.com/avizo), se realiza el proceso de segmentación, que consiste en la separación digital de las estructuras fosilizadas de la matriz que las contienen, obteniendo estructuras tridimensionales. En algunos casos, el fósil tiene una densidad muy diferente a la matriz que lo contiene, lo que se traduce en niveles de gris muy diferentes entre fósil y matriz, de manera que la separación entre uno y otro puede hacerse de manera automática. Sin embargo, en la mayoría de las ocasiones, la densidad es muy similar, lo que implica que la segmentación debe realizarse manualmente. En otros casos, las piezas están fragmentadas y, tras obtener los modelos virtuales, estos pueden reposicionarse digitalmente y ensamblarse en una única estructura.
• Material actual de gorila (Gorilla gorilla): Se realizó un TAC a una mandíbula de gorila de la colección del ICP, con la finalidad de realizar un análisis mediante elementos finitos de de la presión de mordedura teniendo en cuenta las cavidades internas y no solamente la superficie externa. Los parámetros de adquisición fueron: 300 kV, 5 mA, 0,27 mm de resolución, 0,25 mm de distancia entre cortes.
Con las estructuras virtuales se puede realizar todo tipo de análisis descriptivos, morfométricos (Hutchinson et al., 2011; Cunningham et al., 2014) y biomecánicos aplicando un análisis de elementos finitos (Rayfield, 2007). Figura 3. Mandíbula de gorila. Presentamos a continuación varios ejemplos de utilización de la tomografía computarizada. Resultados • Espécimen encontrado en la localidad del Portet (provincia de Barcelona), con código de campo Por-5: Se encontró dentro de la unidad ‘areniscas con reptiles’ perteneciente a la Formación Tremp y correspondiente al cron c29r (ver detalles en Oms et al., 2007). Su edad sería del Cretácico Superior (Maastrichtiense superior), por lo que podía tener un valor significativo debido a su probable proximidad al límite Cretácico/Paleogeno. El fósil está casi cubierto por una dura matriz de arenisca-microconglomerado, excepto unas estructuras óseas laminares que se observan a simple vista en una de las superfícies de la roca. Se procedió a escanear la pieza con los siguientes parámetros de adquisición: 450 kV, 3,3 mA, 0,27 mm resolución y 1 mm de distancia entre cortes. El análisis de los datos de la tomografia permitió distinguir diferentes estructuras dentro de la matriz. Algunas de ellas estaban rotas y desplazadas pero, tras reposicionarlas digitalmente, se determinó que podria tratarse de un fragmento de vértebra de dinosaurio. Este material continúa en estudio. 120
• Cráneo de Crocodylus niloticus Se trata de un ejemplar actualmente alojado en el museo de Ciencias Naturales de Barcelona (MZB 2003-1423). Se realizó un TAC con los siguientes parámetros de adquisición: 400 kV, 3,75 mA, 0,5 mm distancia entre cortes. Se está realizando en el ICP un estudio comparativo, tanto a nivel externo como interno, de todos los grupos de cocodrilianos actuales (crocodílidos, tomistomínidos, alligatorinos y caimaninos). También se está realizando un análisis mediante elementos finitos de todos los
Figura 4. Superficie externa del cráneo de Crocodylus niloticus.
cráneos para evaluar diferentes parámetros entre todas las especies, como la fuerza de mordedura, la tensión y la deformación que pueden soportar.
Agradecimientos Agradecemos a Javier Quesada por permitirnos el acceso al material del Crocodylus niloticus (MZB 2003-1423). A.B. disfruta actualmente de una beca FI-DGR de la Generalitat de Catalunya (2013FI_B 01059). Referencias Endo, H. y Frey, R. 2008. Anatomical imaging. Springer, Hong Kong, 105 pp. Hsieh, J. 2003. Computed tomography. Principles, Design, Artifacts and Recent Advances. SPIE Optical Engineering Press, 387 pp. Hutchinson, J.R., Bates, K.T., Molnar, J., Allen, V. y Makovicky, P.J. 2011. A Computational Analysis of Limb and Body Dimensions in Tyrannosaurus rex with
Figura 5. Estructuras internas de Crocodylus niloticus. Discusión y conclusiones El uso de la tomografía computarizada es una herramienta de gran ayuda en el campo de la paleontología, tanto en la investigación y conservación como en la divulgación. Al tratarse de una técnica no destructiva ni invasiva, el espécimen no sufre ningún daño y puede seguir siendo utilizado en siguientes investigaciones. Es una técnica útil para estudios morfométricos, filogenéticos y ontogenéticos. También es posible restaurar digitalmente cualquier espécimen que esté en su matriz sin necesidad de eliminarla físicamente. Esto puede ser útil en el proceso de restauración, ya que obtener el modelo virtual requiere menos tiempo que restaurarlo físicamente. Asimismo, los equipos de restauración pueden guiarse por las imágenes tomográficas para aumentar la eficiencia en su trabajo, al saber de antemano cómo es el interior de la pieza.
Implications for Locomotion, Ontogeny, and Growth. PLoS ONE, 6: e26037. Kak, C. 1988. Principles of Computed Tomographic Imaging. IEEE Press, New York, 327 pp. Oms, O., Dinarès-Turell, J., Vicens, E., Estrada, R., Vila, B., Galobart, À. y Bravo, A.M. 2007. Integrated stratigraphy from the Vallcebre Basin (southeastern Pyrenees, Spain): new insights on the continental Cretaceous-Tertiary transition in southern Europe. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 255: 35-47. Rayfield, E.J. 2007. Finite Element Analysis and understanding the biomechanics and evolution of living and fossil organisms. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 35: 541-576. Zollikofer, C.P. y Ponce de León, M.S. 2005. Virtual Reconstruction: A Primer in Computer-Assisted Paleontology and Biomedicine. Wiley, New Jersey, 333 pp.
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