Эксперты Центра диагностики и телемедицины совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом и Палеонтологическим институтом им. А.А. Борисяка РАН при помощи компьютерной томографии отсканировали единственный в мире целый череп древнего хищника – представителя рода гаряиний из семейства эритрозухид, которые обитали в триасовом периоде. Благодаря специально разработанному протоколу сканирования с высоким разрешением, исследователи смогли создать высококачественную трехмерную реконструкцию черепа, которая позволит изучить мелкие анатомические детали и проследить за эволюцией мозга и других внутричерепных структур в отдельно взятой группе архозавров.
Трехмерная реконструкция черепа гаряинии. Автор: Виктор Гомболевский, Центр диагностики и телемедицины
Около 250 миллионов лет назад вершину пищевой пирамиды занимали эритрозухиды (лат. Erythrosuchidae) – древнейшие вымершие пресмыкающиеся, которые считаются прародителями динозавров и крокодилов. Они населяли планету в раннем и среднем триасе (250-237 млн лет назад). В семействе насчитывается несколько родов, самый ранний из которых – род гаряиний (Garjainia). Его выделил советский ученый-палеонтолог Виталий Очев в 1958 году, назвав в честь геолога Владимира Гаряинова, который в 50-х годах в Оренбургской области обнаружил целое захоронение ископаемых ящеров. Полностью сохранный череп, правда, получилось найти лишь через несколько лет, и на сегодняшний день он в мире единственный. Также найдены фрагменты черепов разной величины еще нескольких представителей рода.
Интересно, что за все время с момента обнаружения черепа ни разу не проводилось его исследование с использованием методов лучевой диагностики – ученые лишь внешне оценивали детали анатомии и на основе этого делали сравнительные анализы. Изучение эндокрана (рельефа внутренней поверхности черепа), который в подробностях воссоздает компьютерная томография, позволит ответить на гораздо более широкий спектр вопросов о строении внутреннего уха, мозга, вестибулярной системы и связи древних позвоночных с современными рептилиями, в частности, крокодилами.
В рамках совместного научного проекта эксперты Центра диагностики и телемедицины, СПбГУ и Палеонтологического института, где хранится образец, при помощи высокоразрешающей компьютерной томографии просканировали череп гаряинии. Для этого использовался томограф с улучшенными возможностями обработки изображения, а исследование проводилось по специальному протоколу, разработанному для этих целей экспертами Центра диагностики и телемедицины. Сканирование выполнялось в ultra-high режиме при толщине каждого среза 0,6 мм и матрицей 1024х1024, что в четыре раза больше, чем современные медицинские изображения компьютерной томографии. Доза превышала стандартную клиническую в десятки для того, чтобы «пробить» рентгеновскими лучами окаменелый череп.
Череп гаряинии. Автор: Виктор Гомболевский, Центр диагностики и телемедицины
Кроме специального протокола провели также мультиэнергетическое сканирование на узкую область челюстей. Метод Dual Energy позволяет получать спектральную информацию о составе исследуемого объекта, например, в клинической практике – для дифференциальной диагностики камней в почках (чтобы распознать их структуру и назначить нужное лечение).
«Это может позволить нам получить дополнительную информацию из «сердцевины» неразрушенных зубов, которая была спрятана от воздействия внешних факторов под плотной эмалью – самой прочной частью тела ящера. Другими словами, это представляет собой уникальную «капсулу времени», которая ожидала 250 млн лет, и теперь с помощью современной спектральной компьютерной томографии мы постараемся сравнить состав дентина зубов с зубами родственников гаряиний – крокодилами из нашего времени», – отмечает Виктор Гомболевский, руководитель отдела развития качества радиологии Центра диагностики и телемедицины.
Томограммы зубов в разных проекциях после мультиэнергетического сканирования (верхние, левое нижнее изображения), реконструкция внутренней поверхности черепа (правое нижнее изображение). Автор: Виктор Гомболевский, Центр диагностики и телемедицины
С помощью передового программного обеспечения на основе сырых данных рентгенологи создали фотореалистичную трехмерную реконструкцию с применением технологий Cimenatic rendering. Она позволит провести точные измерения внутренних структур, оценить объемы, проследить ход магистральных сосудов и нервов в естественных внутрикостных отверстиях и проанализировать, как изменялись сосудистые и нервные каналы в процессе эволюции.
«Для эритрозухид ни разу не проводились исследования трехмерных слепков полостей головного мозга и внутреннего уха. Мы планируем, что это даст новую информацию об их строении, позволит что-то сказать о качестве слуха, чувстве равновесия, положении головы животного, и, может быть, о поведении. Основная же цель – построить родословную с помощью новых анатомических признаков мозгового отдела черепа, а также обсудить родственные связи разных видов и эволюцию целого отдела черепа в отдельно взятой группе архозавров за 250 миллионов лет», – комментирует Иван Кузьмин, младший научный сотрудник кафедры зоологии позвоночных биологического факультета СПбГУ.
Палеонтология во многом черпает опыт и связана с медицинскими исследованиями, ведь и палеонтологи, и медики по сути изучают сравнительную анатомию различных групп позвоночных животных. Богатый технический арсенал современной медицины может быть с успехом применен в палеонтологии, и это исследование служит тому примером. Далее в проекте планируется оцифровка и визуализация уникальных палеонтологических объектов с возможностью их последующей печати на 3D-принтере.
«Мы заинтересованы в сотрудничестве с другими организациями в рамках изучения анатомии и биологии ископаемых позвоночных. Опыт медиков может пригодиться для исследования костей, реконструкции мягких тканей ископаемых животных, а передовые возможности лучевой диагностики позволяют приоткрыть доселе сокрытую в глубине веков информацию», – говорит Виктор Гомболевский.
Текст: Центр диагностики и телемедицины.
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте, Яндекс-Дзен, Одноклассниках и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram
