计算机断层扫描辅助研究铁器时代手工艺青铜装饰构件加工技术

《Journal of Cultural Heritage》：Computed Tomography, an aid to study techniques of artisanal processing of bronze ornamental elements dating back to the Iron Age

　　

研究人员将X射线放射成像（X-ray radiography，XR）与计算机断层扫描（computed tomography，CT）应用于铁器时代青铜别针（fibulae）的非侵入性研究。二维放射成像与三维CT的互补使用实现了复杂内部结构的重建。X射线成像揭示了仅通过表面检查不可见的塑模与装饰工艺。对不同聚落别针的比较分析凸显了生产策略的变异性。研究结果为理解北意大利早铁器时代本地冶金传统及技术-文化传播提供了新见解。

研究背景与立项依据

在ANR JCJC Itineris项目框架下，研究人员致力于通过考古测量学、考古学、技术学与计算建模相融合的方法，重构北意大利早铁器时代（约公元前6—5世纪）西北意大利Golasecca文化、内陆利古里亚与西埃米利亚三大互动文化区铜合金服饰工艺品的生产链。传统视觉检查与取样分析难以无损揭示青铜别针（fibulae）内部铸芯、金属销钉、焊接与装配关系，而别针作为女性服饰核心构件，其弓部（bow）常带珊瑚镶嵌或刻纹装饰，碎片率高，制约了对失蜡铸造（lost-wax casting）操作链（cha?ne opératoire）的判断。为此，研究人员提出以微焦点X射线放射成像（XR）与微计算机断层扫描（μ-CT）为核心的无损分析协议，在保护文物完整性的前提下提取内部工艺标记。

主要技术方法与样本队列

研究人员自Itineris数据库（约1200件铜合金饰品）中遴选72件器物，本文聚焦37件sanguisuga型别针，来源为都灵皇家博物馆（Villa del Foro、内陆利古里亚出土）与雷焦艾米利亚市立博物馆（San Polo出土）。硬件采用Hamamatsu Microfocus L8121-03 X射线源（焦斑7/20/50 μm，40—150 kV）、Newport URS150BPP旋转台、Teledyne Dalsa Shad-o-Box 6K HS平板探测器（像素49.5 μm）。XR阶段每样36张投影（10°步进，放大1.9—6.5×）；CT阶段对4件（含3件sanguisuga）以140 kV、60 μA、0.15°步进、2400张投影、体素18 μm采集，经ParRec滤波反投影（filtered back-projection，FBP）重建，Dragonfly做体绘制。该方法组合在分辨率与时间成本间取得平衡，先以多角度XR筛查再对诊断性标本做μ-CT。

研究结果

5.1 多角度放射成像结果

通过对弓部碎片的多角度XR，研究人员依内部金属插入件形态将sanguisuga别针初步分三组加两类残态：第一组中央短销+贯通长杆（5件）；第二组基部短销+弓内水平短销不贯通（4件）；第三组（或变体）基部元件+弓两侧短杆辅助沾蜡（3件）；另有单下部销3件、仅存销孔2件。不同销钉布局反映泥芯（clay core）稳定策略差异，可能对应作坊习惯或区域时序。XR还可分辨泥芯残留与铸造空腔。

5.2 计算机断层扫描结果

对S37/192、S37/178、S37/202三件做μ-CT。S37/192矢状面见泥芯内原贯通销遗留长轴空腔，表明销钉在铸造期起泥芯定位与弓形校正作用；xz截面微空腔群指示后期低温钎焊（brazing）接入销钉并弯成双螺旋，证实别针主体与销为两阶段制造。S37/178等珊瑚镶嵌件亦见类似内部架构。CT以微米级确认了放射成像假说并增补二次装配证据。

讨论与结论翻译

研究表明，多角度XR与CT联用可有效无损提取早铁器时代青铜别针内部构造。XR快速筛查揭示多类泥芯固定销系统，暗示失蜡铸造中存在并存稳定化方案，或受作坊、年代、区域传统影响。CT细化显示铸造期泥芯销与后期销插入腔，连接区微空腔支持二次钎焊后机械成形假设，彰显工匠冶金知识深度。从考古视角，San Polo与Villa del Foro两址分属Golasecca、利古里亚与西波河群组互动圈，内部构造变异映照本地实践与跨区样式共享之叠加。该技术路径为重建罗马前北意大利冶金传统提供桥梁。未来将扩展至更大Itineris语料以系统化比较。

Francesca Tansella、Veronica Cicolani等研究人员成果发表于《Journal of Cultural Heritage》。