2016年，斯特拉迪瓦里的“弥撒亚” 成为了一项广泛的CT扫描项目研究的对象。弗朗西斯科·皮亚森蒂尼(Francesco Piasentini)和格雷格·阿尔夫(Gregg Alf)检查了结果数据，发现颈部的修复工作，并试图确定它最初是如何设置的。
“弥赛亚”照片塔克·丹斯利/阿什莫伦博物馆。CT扫描FRANCESCO Piastini@TEC EUROLAB
这一天是2016年9月5日星期一，拥有冶金工程博士学位的小提琴制造商弗朗西斯科·皮亚森蒂尼（Francesco Piastini）正在摩德纳附近无损检测领域的领先公司TEC Eurolab等待“弥赛亚”号的回归。上午11点，克雷莫纳小提琴博物馆（MdV）的小提琴制作人兼专家格雷格·阿尔夫（Gregg Alf）将被送来地球上最珍贵的小提琴。在分别来自MdV和牛津阿什莫林博物馆的馆长福斯托卡西托里和科林哈里森的陪同下，安东尼奥·斯特拉迪瓦里的标志性1716小提琴在其诞生300周年纪念日后回到了它的诞生之城。
在阿什莫尔人的协助下，卡西亚托里和阿尔夫在MdV阿维迪无创诊断实验室的一个专家小组的帮助下，设计了一个科学调查方案，将逐点回答摆在他们面前的专家们没有回答的问题。在小提琴抵达意大利的那天，它的第一站是在TEC Eurolab进行一系列的工业CT扫描。
过去的X光提供了肉眼看不见的身体状况的快照。但是，通过将数千张类似X射线的图像合并成一个用特殊软件查看的三维体，CT扫描可以对地表以下的情况进行前所未有的观察。在阿尔夫对这些问题的敏锐认识的指导下，在皮亚森蒂尼（Piastini）的指导下，皮亚森蒂尼（Piastini）作为CT顾问，已经开发了多个弓弦乐器研究应用程序（在TEC Eurolab团队的支持下），今天的扫描将有望为世界范围内的小提琴制造商社区提供有用的信息。
当“弥赛亚”的第一张射线照片开始出现在监视器上时（图1），很明显，仪器呈现出独特和意想不到的特征。尤其令人感兴趣的是，在琴颈跟处还残留着一些旧铁钉，还有一个金属螺丝钉，它似乎是唯一一个把小提琴的琴颈固定在它没有榫眼的身体上的附件。
格雷格·阿尔夫在TEC Eurolab准备扫描弥赛亚
图为罗伯托·多梅尼基尼@维奥利诺博物馆。CT扫描弗朗西斯科
PIASENTINI@TEC EUROLAE公司
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图1 X光片下“弥赛亚”的第一张照片。颈部跟部仍有一些碎片。一个螺丝钉就把脖子固定在身体上
在110微米处对整个仪器进行第一次扫描，并立即使用NSI efX CT软件重建。然后以更高的分辨率（低至73微米）对C-bout区域进行重新扫描，几乎是原音柱区域分辨率的两倍，这将被证明是追溯乐器历史的关键。
颈部/身体关节区域存在金属需要进行第三次扫描。当扫描小提琴时，金属是人工制品的主要来源。它们的存在需要“更硬”的X射线，通过增加成像能量并过滤掉光谱中较低的“软”部分而获得。因此，第三次扫描的电压和分辨率更高，仅限于颈部/身体关节区域。
最后，我们对小提琴进行了三次扫描，第四次扫描了它的配件。在本文中，我们将只关注完整的小提琴和颈部/身体扫描。这些扫描被对齐并合并，以显示两者的最佳信息。皮亚森蒂尼从2014年起就开始使用工业CT来制作小提琴，他和阿尔夫一样，研究了许多意大利优秀制造商的例子。因为它的原始状态，“弥赛亚”仍然是所有工具中最有趣和信息最丰富的工具之一。当“弥赛亚”的第一张CT图像清晰可见时，一个问题出现了：如果不接触小提琴，只处理它的CT数据集，是否可能将颈部重新设置到原来的位置？把最初的钉子洞和300年前造成它们的钉子重新组合起来，我们就可以确认斯特拉迪瓦里最初的巴洛克风格的关键部分。皮亚森蒂尼在2018年进行了第一次“虚拟颈部重置”，显示出了令人期待的结果。在接下来的几个月里，他与Alf和Cacciatori合作，澄清和完善本文中的结论。
弗朗 西斯科·皮亚森蒂尼在工作站上预览了第一次扫描的结果
CT的“体积”基本上是一堆称为CT“切片”的数字图像。大多数小提琴制造商对乐器本体的CT切片和高分辨率工业CT扫描的卷轴都很熟悉，这些扫描都出现在Strad的过去版本中。探索CT容积最简单的方法是滚动它的切片。翻阅“弥赛亚”最上面的几块，就像在考古挖掘中发现了不同的地层。与考古学一样，通过解释我们所看到的，我们可以重建一段似是而非的历史。我们从上侧板开始，向乐器中心移动，穿过弥赛亚的顶部。它由柳树木的两个独立部分组成：一个是粘在侧板上的原始部分，另一个是在随后的修复过程中粘在第一个部分上的第二部分。
在原始部分（图2），有七个孔。我们假设这是斯特拉迪瓦里最初的顶块，因为上块和背板之间的小定位销仍然完好无损，在我们的扫描中可见。其中的四个孔构成了我们在许多乐器上发现的特有的“钻石”图案，这些乐器仍然保留着它们最初的顶部方块，比如1690年的托斯卡纳美第奇（Tuscan Medici）、1693年的哈里森（Harrison）和1713年的“休伯曼（Huberman）”。其他三个是按照一种模式排列的，类似于我们在MdV（MS128）存档的现存原始斯特拉迪瓦里颈部。
在涂上一层薄薄的胶水之后，我们来到图3所示的顶部块的第二部分。很明显，这是后来添加的，由不同的木材制成。在本节中，只有三个钉孔。这些洞是用木钉封闭的，但是使用牙科镜可以清楚地看到提琴内部有一个闪亮的金属螺丝钉。
因此，这三个洞可以被描述为在原来的“四个钉子”颈部设置被分离后的第二次钉入的钉子。在这一部分中，四个孔的中没有任何菱形图案痕迹，强化了这一假设。
从最上面的方块来看，我们可以得出结论，“弥赛亚”的脖子至少被钉了两次。第一个是四颗钉子，排列成菱形。第二个有三个钉子。额外的证据来自颈部的分析跟。什么时候我们观察颈部的原始部分，我们仍然可以找到顶部块中四个钉子和三个钉子碎片图案的痕迹，但是有一个重要的区别。钉子碎片仍然存在于颈部跟部，但仅限于那些属于原始菱形四枚钉子图案的洞。三枚钉子上没有金属碎片。相反，我们只看到他们的洞。
“弥赛亚”的琴颈至少被钉了两次，第一次被钉了四次，第二次被钉了三次
图2，顶部块区域原始部分的CT切片，显示钉孔和中心螺钉（注意顶部和背面的小木制定位销，仍然完好无损）。红色箭头指向原来的四个钉子图案。
绿色箭头指向三个钉子图案。
图3，上块区置换部分的CT切片，显示三个钉型和中心螺钉。这些洞是用木制销钉堵住的。
显示中心螺钉和三个堵塞孔的内窥镜视图
靠近顶层的法文铭文“Le Messie”的细节
无创性诊断实验室内窥镜照片@帕维亚大学。CT扫描FRANCESCO Piastini@TEC EUROLAB
图4，两个合并的体积的3D渲染图，显示了4+3的钉子图案和靠近上侧板的顶部块原始部分的中心螺钉。
图5，只有三个钉子图案和中心螺丝出现在后来添加的顶部块段中
图6，两个合并CT体积的3D显示。这显示了原来的颈部后跟，有四个和三个指甲图案的痕迹，加上中心螺钉。
图7，颈部/身体关节区域的3D渲染。后来的添加用灰色表示，原始特征用棕色表示。除了顶块上的大的“替换帽”外，颈部的附加部分（按安装顺序）包括：凹槽中原本承载顶部边缘的小条带；按钮的延伸部分；以及颈部的头部纹理延伸部分。
不只是在CT切片上滚动，专用软件还允许我们用各种选择对小提琴进行3D渲染。图4和图5显示了一个例子，上面提到的两个最上面的部分是从小提琴内部重新创建的。灰色区域是添加了数字透明度的区域，以便打开仪器进行检查，在其顶部块内。
所有的图像都是使用Volume Graphics的VGStudio Max制作的，这是一款专门用于CT容积操作和分析的软件，多亏了TEC Eurolab的支持。这个工具允许校准和合并完整的小提琴扫描和颈部/身体区域扫描，结果数据集保持最好的两个扫描。图4、图5和图6以及第34页的图像显示了完全扫描和颈部/身体扫描之间灰度值的细微差异。
颈部鞋跟也改变了原来的几何结构。在它目前的状况下，除了指板之外，还增加了三个木制部件：一个小条带填充原先被腹部上边缘占据的槽；一个楔子在脚跟底部；最后，延伸到颈跟的头部纹路以增加长度（图7和8）。增加的颈部跟部延伸部分没有钉孔痕迹，显示当前颈部设置包括移除和修补钉孔，并用金属螺钉进行更换。这些虚拟的移除揭示了原始颈部的残留。
图8，颈部原始部分中颈部/身体关节的3D渲染，显示（上方）添加的部分和中心区域的4+3钉，以及（下方）仅使用中心螺钉的颈部后跟的附加延伸部分
图9，颈部/身体调整程序的简单二维图。
在分析了颈部和脚跟结构的年代，并通过数字方式去除了非原始木质部件后，我们能够根据发现的最古老的配置重新将颈部与提琴主体对齐：菱形四颗钉子图案。
使用剩余的钉子碎片和孔作为引导，我们实际上重新定位了颈部，以便每个钉孔/钉子都正确对齐（图9）。颈部和身体的三维结构也是如此。值得注意的是，侧指甲的方向在颈部中心处会聚。这种定位不仅有助于我们减少执行虚拟对准时的误差范围；事实上，侧钉的这一特征有助于稳定原始仪器中的颈部连接。
从图10可以清楚地看到指甲向颈部中心的收敛。这种模式的优点是提高了颈部/身体关节的稳定性。颈部不能从顶部移除，除非先移除侧钉。
虽然上鞍座的原始位置不再可用，但是，当参考实际指板端时，我们可以估计颈部长度为120.9mm（+-0.5mm）。颈部倾斜测量为实际颈部/指板平面和背部粘合平面之间的2.5度（+-0.2）。与从顶部到肋骨粘合面投影的平面相比，颈部的背面倾斜导致指板末端的顶部螺母位移为-6.4mm（+-0.5mm）。上鞍座厚度的变化必须留有一定的余量。
因为“弥赛亚”的钉箱保留了原来的清漆，我们可以确定地测量颈部的长度，包括上鞍座。
CT分析的另一个有趣的特点是它用于可视化钢板与侧板粘合表面的几何形状。“弥赛亚”的原始状态使它成为一个信息量特别丰富的例子。从图12中我们可以确认背板/侧板粘合表面合理地落在一个平面上，而面板/侧板粘合表面似乎位于一个相对平坦的部分上，在下块到四个角块之间侧板高度均匀，然后以明显的倾斜从上部下降到顶部块，比其他人低2毫米左右。这些表面是出现在两个不同的平面上，还是出现在一个单一的，大的，但逐渐变细的弧线上，这需要更深入的研究。但是，对“弥赛亚”的CT分析证实，侧板的逐渐变细发生在顶块/侧板表面的上部，而不是背部，它涉及到面板的一些弯曲，而不是许多其他制造商使用的平锥度。
图10显示颈部钉孔与顶块钉孔对齐的半透明顶视图和侧视图。这种校准的三维要求导致了一个独特的颈部位置，可以合理确定地确定。
图11，实际颈部固定装置（透明黄色）与按照原始四个指甲模式对齐的颈部之间的比较。根据实际指板端测得的颈部长度为120.9mm。
图12：在蓝色基准面（在3D中想象时）后面对齐的顶部粘合表面和颈部到指梁的向后倾斜粘合表面，该表面从肋颈接合处的平面开始，下降到螺母顶部平面以下6.4 mm处。
工业CT不仅仅是屏幕诊断。近年来，技术的进步使它成为再现物体复杂表面的有力工具，包括小提琴。在我们的研究中，扫描被“清理”了多年来添加的非原始碎片，而四孔模式中的孔被“清空”了金属和胶水。在Andrea Scanavini和摩德纳Controllo Qualita Srl团队的支持下，最终得到的纯表面以STL文件的形式输出，并使用SLS打印机在尼龙（PA 6.6）和玻璃纤维中进行3D打印。
以前在电脑屏幕上探索过的操作，现在可以用真人大小和尺寸精确的零件亲自动手完成（图13和14）。用四个几何排列的“钉子”将“弥赛亚”的脖子固定到原来的位置，开启了“弥赛亚”最初设置配置的全新体验，并为进一步的研究奠定了基础。通过与MdV及其斯特拉迪瓦里文物档案馆的合作，我们可以继续根据斯特拉迪瓦里的原始指板、桥梁和尾翼图纸、他的原始模板和原始琴弦片段，建立这个3D模型。邀请其他从原始零件获取数据的专家参加。小提琴最初的指板和设置部分肯定还存在于某处！
图13，从CT数据导出的STL文件用尼龙和玻璃纤维进行3D打印，以创建原始“弥赛亚”各部分的单系、维度精确的复制品。
图14，“弥赛亚”的身体和颈部的精确尺寸复制品被重新排列在原来的位置上，使用形状适合原始钉孔的木样条。
格雷格·阿尔夫在第36页上用强光拍摄了阿维迪实验室的内窥镜图像
通过先进的数据处理，虚拟颈部复位成为可能。先进的分割技术被应用于去除颈部和顶块的后期木材添加，与修复者在长凳上移除木材的方式非常相似。颈部是根据我们确定的原始位置重新对齐的，这是基于它最初的四颗钉子“菱形”图案的丰富和相互参照的轨迹。同样的方法也可以应用到三个钉子的图案上，并且可以比较“弥赛亚”在过去300年中使用的三种不同的设置：当前的设置（用螺丝钉）、中间的（有三个钉子）和斯特拉迪瓦里最初的颈部设置（有四个）。进一步研究螺丝的几何结构、形状和可能的金属含量，可以提供有关其年代和起源的信息，并可能确定其安装的终点站。
作者希望这些结果能为CT技术在稀有弦乐器研究中的应用开辟新的前景。其他具有类似特征的小提琴（钉子痕迹、原始琴颈）仍然存在，它们可能会为我们所知道的弦乐器的历史设置提供有用的信息。
作者希望感谢阿什莫尔博物馆和高级馆长Colin Harrison与我们分享弥赛亚的故事；感谢Violino博物馆和Fausto Cacciatori将我们纳入他们的研究项目；TEC Eurolab和Marco Moscatti为检查提供了工具（硬件和软件），并帮助微调结果；Cremonensis学院，Cremona小提琴制作研究生院，以及Giovanni Colonna资助TEC Eurolab的CT研究
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