中国山东省下白垩统袖珍蒙山龙Mengshanosaurus minimus（爬行纲：离龙目）高精度CT三维数据集

秦婉莹，袁梦，易鸿宇

1.北京大学，地球与空间科学学院，北京 100871

2.中国科学院古脊椎动物与古人类研究所，中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室，北京 100044

3.中国科学院生物演化与环境卓越创新中心，北京 100044

4.中国科学院大学，北京 100049

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称 袖珍蒙山龙正型标本（IVPG-T002）高精度CT三维数据集数据作者 秦婉莹、袁梦、易鸿宇数据通信作者 易鸿宇（yihongyu@ivpp.ac.cn）标本产出地层 下白垩统蒙阴组标本产地 中国山东省新泰市宁家沟村北500米处（35°49′13″N，117°49′30″E）CT扫描空间分辨率 7.5197 μm数据量 14.0 GB数据格式 *.pcr, *.tif, *.stl, *.avi数据服务系统网址 http://www.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00289

基金项目数据库（集）组成中国科学院战略性先导科技专项（A类）（XDA19050102）；中国科学院战略性先导科技专项（B类）（XDB18030504，XDB26000000）；中国科学院“率先行动”计划；国家自然科学基金青年科学基金项目（41702020）；国家自然科学基金基础科学中心项目（41688103）。本数据集共包含4个子数据文件：（1）“slice images.zip”数据量10.5 GB，是袖珍蒙山龙正型标本高精度CT扫描原始数据，包含一个扫描参数文件（parameter.pcr）和5354张CT扫描原始二维切面图（*.tif）；（2）“specimen photo and CT model images.zip”数据量362 MB，包含一个标本照片文件（holotype photo.tif）和一个头骨的三维模型多角度展示图片文件（Mengshanosaurus minimus CT model images.tif）；（3）“videos.zip”数据量2.30 GB，包含3个视频文件，展示了头骨三维CT模型进行滚转、俯仰、横摆旋转的动态图像（*.avi）；（4）“skull polygon mesh.stl”数据量881 MB，包含一个袖珍蒙山龙头骨的三维表面多边形网格模型。

引 言

离龙目是一类生活在中侏罗世至早中新世，现今已经绝灭的水生—半水生双孔类爬行动物，具有背腹向扁平的头骨、边缘齿为亚槽生齿、具腭面齿、缺失颅顶孔、具腹膜肋等独特的形态特征。目前在全球范围内发现并有效命名、明确归入离龙目的化石总共有6科14属29种，分布于劳亚大陆的欧洲，东亚，和北美地区[1-24]。离龙类化石在侏罗纪时期的属种丰度较低；到了早白垩世时期，属种丰度明显增加，并演化出多种生态－形态类型（Ecomorphic Types）[25]：体型类似蜥蜴的短吻型，头骨小、颈部长、成体体长在1米左右的长颈型，以及体长大于1米，头骨类似现生食鱼鳄的长吻型。其中长吻型离龙也称新离龙类，具有以下特征与短吻型和长颈型离龙相区别：体型较大，吻部长度占头骨总长的比例较大，下颞孔开放，颞孔向后外侧扩展[2,5-9,12-13,19-20,24]。近年来的系统发育研究显示，新离龙类（Neochoristodera）在离龙类演化树上形成单系；但是，受埋藏条件和技术手段限制，目前对一些新离龙类的形态学信息认识有限，因此新离龙类内部各属种间的演化关系还未形成定论[20-24,26,27]。

中国离龙类化石数量多，种类丰富，囊括了离龙目的3种生态－形态类型，如短吻型的满洲鳄、戏水龙、青龙和黑山龙[17,21-23]，长颈型的潜龙[1,16]，和长吻型的伊克昭龙和蒙山龙[13,15,19,24]。这些类群发现于晚侏罗世—早白垩世的河流与湖泊沉积物中，是中生代陆相生态系统的重要组成部分[28-29]。这些化石记录显示中国是离龙类早期演化辐射的重要地区，为探讨离龙类的属种分化和生态分异之间的协同作用提供了不可多得的研究材料。

离龙类的形态学研究多在实体显微镜下进行观察，使用游标卡尺进行测量，最高精度为毫米级。对于在围岩中压扁保存的化石标本，如我国热河生物群中产出的上千件离龙标本[1,4,15-17,19,21,23]，由于这些标本往往仅有背面或腹面一侧暴露，显微镜下的形态学观察便局限于标本暴露出来的一小部分信息。随着高精度X射线计算机断层扫描技术（High-Resolution X-Ray Computered Tomography）在古生物学研究中逐渐被广泛应用，研究者运用X射线对化石材料进行无损探测，同时利用三维重建、3D打印等手段，实现了对其外部形态和内部结构的全方位观察，数据精度可达微米级。吕君昌等于1999年运用CT扫描对新离龙类中的孙氏伊克昭龙（Ikechosaurussunailinae）的鼻腔构造进行切面观察，指出该类群主鼻腔内侧壁发育有沟嵴状构造，代表了鼻甲（Conchae）的存在，并推测该构造具有调节体温的功能[30]。近两年对短吻型离龙侏罗青龙（Coeruleodracojurassicus）和侏儒黑山龙（Heishanosauruspygmaeus）的研究，也采用了CT扫描方法并重建了标本的内部结构，数据精度均达到微米级[22-23]。对于新离龙类鳄龙属（Champsosauruslindoei）头骨的CT研究，重建了其脑颅内的平衡和听觉器官，为推测离龙类的听觉能力提供了新数据[31-32]。由此可见，CT扫描和三维重建的技术手段为研究化石属种的功能形态学和生态习性提供了更为丰富的信息，这将是未来研究离龙类演化的常规手段。

本文提供的是新离龙类新属新种——袖珍蒙山龙（Mengshanosaurusminimus）的高精度电子计算机断层扫描（HRCT）三维数据集。袖珍蒙山龙产自山东省，是下白垩统蒙阴组中发现的第一件离龙类标本，系统发育分析显示其属于新离龙类[24]。袖珍蒙山龙正型标本头骨全长35 mm，是目前已知的最小的新离龙类个体[24]。目前该新种的头骨CT扫描原始数据尚未上传到公共数据库，本文共享了其正型标本（IVPG T-002），也是目前已知唯一一件标本的头骨的三维数据集，包括CT扫描原始数据、三维重建后头骨CT 模型的照片和视频、以及头骨三维表面多边形网格模型。

1 数据采集和处理方法

1.1 标本采集

袖珍蒙山龙正型标本（IVPG-T002）由甘肃农业大学李大庆教授的团队于2012年采自山东省新泰市宁家沟村北 500 米处（35°49′13″N，117°49′30″E）。产出层位为下白垩统蒙阴组，同层位还出产多种爬行类化石，包括鄂尔多斯龟（Ordosemys）、中国龟（Sinemys）、狼鳍鱼（Lycoptera）和弓鳍鱼（Sinamia）[33]。碎屑锆石U-Pb测年法测得的蒙阴组的地质年代为145-136 Ma[34]。

袖珍蒙山龙正型标本只保留了头骨，头后骨骼未保存。由于标本极小，且化石骨骼十分脆弱，常规的机械修理只暴露了下颌腹面和腭面的少数骨骼，显微镜下及肉眼观察所得信息有限（图1A）。为进一步了解化石标本的内部骨骼结构（图1B, C），研究者采用了高精度CT扫描方法对该标本进行分析[24]。

图1 袖珍蒙山龙正型标本

1.2 高精度CT数据采集

袖珍蒙山龙头骨的CT扫描使用了工业高精度CT扫描仪phoenix v|tome|x m，数据精度为微米级。扫描－成像过程原理为利用微焦点X射线球管对标本各个部位的不同层面进行扫描投射，探测器接收到这些X射线并将其转变为可见光后，先由光电转换器将可见光转变为电信号，再经过模拟－数字转换器转为数字信号，输入计算机进行成像[35]。袖珍蒙山龙头骨CT扫描参数设置如下：电压为140 kV，电流为120 μA，添加0.5 mm铜滤片，曝光时间为333毫秒，投影数量为1800张。三维CT扫描数据空间分辨率为7.5197 μm，初步重建后得到5354张二维切面图像（tif 格式）。这些高精度的扫描数据使得后续进行三维重建时不同骨骼间的缝合线清晰可见，保证了三维重建结果的准确性。

1.3 数据处理方法

1.3.1 三维重建

袖珍蒙山龙正型标本的三维重建工作所使用的软件为VGSTUDIO MAX 3.4.0（Volume Graphics，Heidelberg，Germany）。将二维CT切面图导入软件堆叠形成三维图像。导入时选择文件菜单，并选择导入图像堆栈。在数据导入过程中可设定三维数据的空间分辨率，同时可以裁减原始扫描图片，去掉无化石材料的背景区域来减少三维重建所需的电脑内存。导入数据后开始进行三维重建。根据研究需要，可以从原始数据中分割、提取出多个“感兴趣区”（Region of Interest），每个感兴趣区对应某一块或多块骨骼。不同的感兴趣区可以渲染成不同颜色便于区分（图 2）。三维重建完成之后，可以对相应的三维模型进行平滑（Smooth）或是修正（Refine）处理。

图2 袖珍蒙山龙正型标本三维模型的二维图像

1.3.2 三维模型的二维图像、动画视频和三维表面多边形网格模型的制作流程

标本三维模型重建完成后，可保存其二维图像（图2），制作从多个角度观察三维模型的动画视频，也可以提取三维模型的表面多边形网格模型。本数据集中包含的袖珍蒙山龙头骨 CT模型的二维图像，在图像保存时遵循统一流程：首先选中 VGSTUDIO MAX的三维视图窗口，显示比例尺，然后将三维模型调整适当大小，通过旋转模型选取不同角度（如背视图、腹视图、侧视图、前视图、后视图）分别保存图像（tif格式，见子数据文件specimen photo and CT model images.zip）。制作动画视频的流程为：使用VGSTUDIO MAX动画菜单中的关键帧模式，进入编辑页面后通过旋转三维模型定义视频的旋转方向和角度并设置每秒钟的帧数，生成视频文件（avi格式，见子数据文件videos.zip）。提取三维表面多边形网格模型的流程为：首先对原始数据进行表面测定，根据头骨三维模型调整表面测定选取的灰度值，然后将三维模型的表面导出为多边形或三角形表面网格文件（stl格式，见子数据文件skull polygon mesh）。本文提供的是三维表面三角形网格模型，该数据不能直接用于 3D打印；如果后续有打印需求，可结合相应的 3D打印机的参数设置，在第三方软件（如Meshlab）中对该网格模型进行优化，如减少三角网格数量或去除多余的网格。

2 数据样本描述

测量数据显示袖珍蒙山龙正型标本（IVPG-T002）头骨总长约35 mm（图3A），是目前已知最小的新离龙类个体[24]。根据其额骨和顶骨之间骨缝未完全闭合，脑颅未完全骨化，推测该个体处于生长发育阶段早期[24]。袖珍蒙山龙为长吻型离龙，分类学上属于离龙目中的新离龙亚目，详细的系统古生物学信息如下：

图3 基于CT数据的测量

双孔亚纲Diapsida Osborn, 1903

离龙目Choristodera Cope, 1876

新离龙亚目Neochoristodera Evans and Hecht, 1993

袖珍蒙山龙MengshanosaurusminimusYuan et al., 2021

3 数据质量控制和评估

本数据集包含袖珍蒙山龙正型标本的高精度 CT扫描的原始数据和参数文件，研究者可通过多种三维重建软件（VGSTUDIO MAX、Mimics、Dragonfly等）读取原始数据进行三维重建，验证数据集中的袖珍蒙山龙头骨三维模型的可靠性，或与其他离龙类头骨的形态进行对比。该标本为一幼年个体，因此头骨除了脑颅区域保存不完整以外，其他骨骼在化石埋藏过程中也出现了不同程度的破损。化石发掘及前期机械修理过程中尽量维持了标本的初始状态和完整性，以保证扫描数据反映标本真实的状态。本文的CT扫描数据空间分辨率为7.5197 μm，扫描精度超过了前人报道的其他离龙类CT数据[22-23,31]。在三维重建工作中，较高的空间分辨率能更清楚地展现化石骨骼的内部结构和骨骼间的边界，提高头骨三维模型的准确度（如图3B）。

4 数据价值

本数据集提供了袖珍蒙山龙正型标本的高精度 CT扫描原始数据和头骨三维模型。袖珍蒙山龙是目前已知最小的长吻型离龙类[24]。由于正型标本极小，头骨全长不超过50 mm（图3A），凭借显微镜下观察获得的形态学信息仅局限于下颌的腹面和部分腭面骨骼，而 CT数据展现了一个基本完整的头骨，将其头骨背侧、脑颅的骨化情况显示出来，提供了丰富的形态学信息。如果没有 CT数据，袖珍蒙山龙的系统分类研究将十分困难。已报道的离龙类 CT数据包括北美晚白垩世的鳄龙（Champsosaurus）成体头骨数据[31]，亚洲中晚侏罗世的侏罗青龙成体头骨数据[22]，以及亚洲早白垩世的孙氏伊克昭龙的鼻部构造数据[30]、侏儒黑山龙成体的头骨数据[23]。但是，目前仅有近期发表的鳄龙头骨CT原始数据上传到了网络开放数据平台[31]。离龙类CT数据的逐步积累，将加深对该类群头骨内部结构如脑颅、半规管的认识，有助于深入研究离龙类及水生爬行类嗅觉、听觉的演化历程。数据集中的三维表面多边形网格模型可经第三方软件处理后进行头骨模型的3D打印，应用于科研、教学、科普工作。

致 谢

感谢甘肃农业大学李大庆教授团队采集标本。感谢英华检测（上海）有限公司提供标本高精度CT扫描条件。