Visualizzazione anatomica 3D: La scansione delle ossa per ricostruire le sembianze di persone e animali

Una recente aggiunta agli strumenti di ricostruzione forense presso l’Università di Dundee, lo scanner 3D Artec Eva aiuta gli scienziati a portare avanti la propria ricerca.

Quanto ci assomigliavano i nostri antenati e le popolazioni antiche? È una domanda alla quale scienziati come Caroline Erolin e il Dott. Christopher Rynn dell’Università di Dundee, in Scozia, tentano di dare una risposta. Caroline e Christopher sono esperti di visualizzazione anatomica 3D e sono in grado di ricostruire le sembianze di un essere umano partendo dai resti del cranio.

La ricostruzione facciale in archeologia è una tecnica molto richiesta dai musei e dai produttori di documentari. Recentemente, il volto del “Thankerton Man” è stato oggetto di una ricostruzione per il Biggar and Upper Clydesdale Museum, in Scozia. Recuperato in una tomba a cista nel villaggio scozzese di Thankerton nel 1970, il cranio, presumibilmente appartenuto a un uomo di età compresa fra i 18 e i 25 anni, è stato datato al radiocarbonio fra il 2460 e il 2140 AC.

“Thankerton man”, ricostruito all’Università di Dundee. Foto per gentile concessione della BBC

Il lavoro di Caroline e Christopher non si limita alla ricostruzione facciale in ambito archeologico. I due esperti sono infatti responsabili del corso di Master in Medical Art e Forensic Art and Facial Identification presso il Centre for Anatomy and Human Identification (CAHID) dell’Università di Dundee. Gli scienziati collaborano con decisori politici e sono attivamente coinvolti in casi di medicina forense e identificazione del volto, contribuendo al sistema giudiziario penale nel Regno Unito con la produzione di prove.

Recentemente il Centro si è rivolto a Patrick Thorn & Co., il Gold Partner di Artec nel Regno Unito, per acquistare uno scanner 3D Artec Eva assieme ad un pacchetto educativo, parte dell’iniziativa del Centro di aggiornare i propri attuali metodi di imaging.

Patrick ha installato il sistema Artec e condotto un corso di formazione completa della durata di un giorno incentrato sul sistema e sulle capacità del software di scansione e post-elaborazione 3D Artec Studio. La sua visita al CAHID ha coinciso con quella di una troupe di documentaristi della BBC, che ha filmato un episodio di ricostruzione facciale con Christopher per “Inside Out”, un programma televisivo su realtà e inchieste in varie aree del Regno Unito.

Un’immagine del Dott. Christopher Rynn mentre spiega la tecnica di ricostruzione facciale agli spettatori di “Inside Out”, il programma della BBC. Foto per gentile concessione della BBC

“Finora lo scanner è stato un grande successo fra gli studenti, che fra le altre cose stanno apprendendo tecniche di ricostruzione facciale per il riconoscimento di resti umani non identificati”, spiega Caroline Erolin. “Gli studenti si esercitano su modelli di crani ottenuti da scansioni TAC [tomografia computerizzata] effettuate su soggetti viventi piuttosto che su casi di medicina legale. Ma ora riusciamo anche a scansionare l’ossatura del cranio”.

Il processo di ricostruzione comporta la ricreazione dell’anatomia del volto sulla base di quella del cranio. La ricostruzione è realizzabile manualmente lavorando con argilla sullo stampo oppure digitalmente sul computer, modellando sulla scansione. Caroline spiega i diversi vantaggi della ricostruzione su scansione: non danneggia l’originale e, una volta digitalizzato, gli strati della ricostruzione sono visualizzabili e modellabili separatamente. Una volta completata, la ricostruzione facciale può essere confrontata con il volto della persona vivente.

Una parte del corso comporta la ricostruzione dei muscoli facciali con cera per creare un modello anatomico dettagliato e dalle sembianze naturali. Questo esemplare aiuta a insegnare agli studenti sia l’anatomia facciale che le tecniche di scultura prima di lavorare alle ricostruzioni descritte in precedenza. Diversi studenti si sono serviti di Artec Eva per scansionare i modelli e creare versioni digitali per la condivisione e l’interazione online mediante il sito Viewshape di Artec e altre gallerie di modelli 3D.

Scansione di un progetto di studenti del corso di Master in Forensic Art (uno sbadiglio) in Artec Studio.

Un altro progetto al quale sta lavorando il CAHID è la digitalizzazione della collezione D’Arcy Thompson Zoology. Il Museo di Zoologia dell’Università ospita molti affascinanti esemplari provenienti da tutto il mondo. La collezione è visualizzabile online. La maggior parte degli esemplari è stata raccolta dal celebre Sir D’Arcy Wentworth Thompson, il primo professore di biologia all’Università di Dundee e autore dell’influente ‘On Growth and Form’, opera pubblicata nel 1917.

La speranza è quella di rendere la raccolta più accessibile a tutti, compresi il grande pubblico e la popolazione locale, oltre che al personale e agli studenti. Una volta effettuata la scansione, l’intenzione è quella di creare un museo online virtuale nel quale vedere e interagire con i modelli 3D di esemplari. Alcuni saranno anche stampati in 3D per poter essere manipolati durante le visite negli open day e portati nelle scuole.

Caroline scansiona lo scheletro di un gorilla al D’Arcy Thompson Zoology Museum.

“Molti degli esemplari sono piuttosto complessi e richiedono scansioni multiple da angolazioni diverse”, commenta Caroline. Ad esempio, un cranio solitamente richiede almeno due scansioni, una per la superficie superiore e un’altra per quella inferiore. Potrebbero esserne necessarie altre, se la mandibola viene scansionata separatamente.”

Scansione del cranio di un tricheco dal D’Arcy Thompson Zoology Museum, realizzata con Artec Eva.

“I crani possono essere impegnativi da scansionare, perché contengono molte concavità e dettagli complessi”, aggiunge Caroline. “Ma Eva sembra riuscire a catturare bene anche la maggior parte di questi dettagli. Aiuta il fatto che lo scanner sia così facile da trasportare, perché si può portare nel museo per effettuare scansioni sul posto, grazie alla batteria Artec e al nostro portatile. Eva consente un’ottima acquisizione della texture delle superfici, e i dati si esportano bene per utilizzarli con altro software 3D, come ZBrush”.

Dimostrazione ad un gruppo di studenti della facilità d’uso della soluzione Artec.

Dopo il successo dell’esperienza con Artec Eva e la collaborazione con Patrick Thorn, CAHID ha acquistato un Artec Space Spider per realizzare la scansione di esemplari più piccoli e dettagliati. L’abbinamento di scansioni più grandi realizzate con Eva e di quelle più dettagliate effettuate con Space Spider è una soluzione perfetta per gli esperti del Centro.

“Ci consente anche di insegnare agli studenti una gamma più ampia di tecniche di scansione 3D, da grandi esemplari, come crani di elefante, fino ai più piccoli campioni di osteologia infantile”, afferma Caroline. “Prima usavamo scanner a laser più semplici, che non catturavano particolari così dettagliati o texture cromatiche, una caratteristica molto limitante per noi. La scansione 3D non è mai stata così economica e facile da effettuare come lo è oggi”.

Una scansione realizzata con Artec Eva di un cranio adulto sottoposto a deformazione indotta dalla collezione osteologica del CAHID.

I piani del CAHID comprendono la digitalizzazione delle ricche collezioni osteologiche, fra cui la Scheuer Collection di osteologia infantile. A quanto pare, la Scheuer Collection è l’unico archivio attivo di reperti ossei infantili al mondo. La collezione consiste infatti di resti di oltre 100 individui che non hanno raggiunto l’età adulta, provenienti da fonti archeologiche e paleontologiche. Molti di questi esemplari sono molto fragili e la loro manipolazione è molto limitata. La digitalizzazione della collezione li renderà visualmente accessibili agli studenti online e utilizzabili in classe come esemplari stampati in 3D.