JPT No. 21 – Efficiency, workflow and image quality of clinical computed tomography scanning compared to photogrammetry on the example of a Tyrannosaurus rex skull from the Maastrichtian of Montana, U.S.A.
Charlie A. Hamm1, Heinrich Mallison2,3, Oliver Hampe2, Daniela Schwarz2, Juergen Mews4, Joerg Blobel4, Ahi Sema Issever1, Patrick Asbach1*
1 – Dept. of Radiology, Charité – Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, and Berlin Institute of Health, 10117 Berlin, Germany
2 – Museum für Naturkunde, Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung, Invalidenstraße 43, 10115 Berlin, Germany
3 – Palaeo3D, Talstrasse 14, 86554 Pöttmes, Germany
4 – Canon Medical Systems Europe BV, Zoetermeer/NL
Corresponding author. Email: patrick.asbach@charite.de
ABSTRACT
Imaging is crucial to gather scientific data in paleontology. Photogrammetry is currently a frequently used technique for surface imaging, producing high-quality 3D surface data. Clinical computed tomography (CT) scanners are interesting for paleontological research because of their high availability and the potential to image internal structures in addition to the surface. In this study we report the technical effort, workflow and image quality of clinical CT compared to photogrammetry for a large fossil. The fossil investigated in this study is the skull of a Tyrannosaurus rex (MB.R.91216) from the Maastrichtian of Montana, U.S.A., of which 47 bone elements are preserved. CT scanning was technically feasible in all bone elements and 3D models were generated from CT data and photogrammetry. The overall scanning procedure time measured 83 min 51 sec. The overall CT data volume measured 36,265 GB. The overall radiation exposure (DLP) measured 62,313.6 mGy*cm. The total costs were calculated with 243.17€ and 408.18€ for CT and photogrammetry, respectively. This study shows that a clinical CT scanner can be used for imaging even large paleontological objects with high density. In comparison to CT scanning, the data-capture effort of photogrammetry is directly linked to the size and color of the specimen and to the complexity of its shape. While those factors influence the photogrammetry-based 3D model and the quality of its details, the CT scan is mostly free of these variables. Unlike the acquisition and calculation time in photogrammetry the CT scanning time for large and small objects measures roughly the same, as this method is independent of the specimen’s shape and complexity.
RESUMO [in Portuguese]
A geração de imagens é crucial para reunir dados científicos em paleontologia. A fotogrametria é atualmente uma técnica frequentemente usada para obter imagens de superfície, produzindo dados de superfície 3D de alta qualidade. Os scanners de tomografia computadorizada clínica (TC) são interessantes para a investigação paleontológica devido ao facto de estarem acessíveis e ao potencial para visualizar estruturas internas e de superfície. Neste estudo debruçamo-nos sobre o esforço técnico, fluxo de trabalho e qualidade de imagem da TC clínica em comparação com a fotogrametria no estudo de um fóssil de grandes dimensões. O fóssil investigado neste estudo é o crânio de um Tyrannosaurus rex (MB.R.91216) do Maastrichtiano de Montana, EUA, que contém 47 elementos ósseos preservados. A tomografia computadorizada foi tecnicamente viável em todos os elementos ósseos e foram gerados modelos 3D a partir de dados de TC e fotogrametria. O tempo total do procedimento de TC durou 83 min 51 seg. O volume total de dados de TC atingiu os 36.265 GB. A exposição global à radiação foi de 62313,6 mGy*cm. Os custos totais foram calculados em 243,17€ e 408,18€ para a TC e fotogrametria, respectivamente. Este estudo mostra que uma tomografia computadorizada clínica pode ser usada para gerar imagens de objetos paleontológicos grandes com alta densidade. Em comparação com a tomografia computadorizada, o esforço de captura de dados da fotogrametria está diretamente relacionado com o tamanho e cor da amostra, bem como à complexidade da sua forma. Embora esses fatores influenciem o modelo 3D gerado com base na fotogrametria bem como a qualidade de seus detalhes, a tomografia computadorizada é praticamente imune a essas variáveis. Ao contrário do tempo de aquisição e cálculo na fotogrametria, o tempo da TC para objetos grandes e pequenos é aproximadamente o mesmo já que esse método é independente da forma e complexidade da amostra.