作者：Gail Overton

德州儀器公司開(kāi)發(fā)的基于微電機(jī)系統(tǒng)（MEMS）的數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)，除了在微型投影儀中有著廣為人知的不俗表現(xiàn)外，目前其應(yīng)用也正在拓展到其他更廣泛的領(lǐng)域。事實(shí)上，今年年初在美國(guó)舉行的Photonics West 2010 MOEMS會(huì)議上，與會(huì)者的話題就幾乎全部是圍繞著DLP應(yīng)用以及其他基于數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）的應(yīng)用。除了顯示應(yīng)用和動(dòng)態(tài)散斑減弱應(yīng)用外，DLP技術(shù)也正在其他一些醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域中開(kāi)辟出新的應(yīng)用天地。

醫(yī)學(xué)成像與照明

來(lái)自美國(guó)德克薩斯大學(xué)、德州儀器公司（TI）、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）所以及德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的研究人員，正在協(xié)作建立超光譜成像系統(tǒng)，他們采用的是由Optronic Laboratories公司提供的基于DLP技術(shù)的光源，該系統(tǒng)可以利用反射光譜測(cè)量術(shù)快速分析生物組織。^[1]光譜照明裝置的工作波長(zhǎng)范圍是380～780nm，如果采用350µm的狹縫進(jìn)行帶通濾波，半高全寬帶寬為8.55nm。反射數(shù)據(jù)被發(fā)送到一個(gè)具有1392×1040像素（像素尺寸6.45×6.45µm）的CCD圖像傳感器中，其數(shù)字轉(zhuǎn)換器可在12位或14位以及10MHz或20MHz之間切換。臨床應(yīng)用的成像儀通過(guò)液態(tài)光波導(dǎo)投射光，并通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的尼康（Nikon）50mm焦距透鏡收集反射光。反射的光譜圖像被編排入一個(gè)三維超譜圖像箱（image cube），然后采用一種專利的化學(xué)計(jì)量算法可以計(jì)算出化學(xué)編碼圖像，從而以近視頻幀速顯示出組織的化學(xué)過(guò)程。

在美國(guó)Parkland Memorial醫(yī)院的燒傷部門，研究人員利用超光譜成像系統(tǒng)采集燒傷部位的可見(jiàn)光以及近紅外光范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)，以確定不同深度處組織中氧基血紅素貢獻(xiàn)的百分比，并以此來(lái)確定需要切除多少死亡組織才能加速傷口的愈合。采用略微不同的裝置設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)還可用于分析從視網(wǎng)膜得到的表征氧合血灌注的超光譜數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步研究糖尿病患者的視網(wǎng)膜病變。

此外，DLP技術(shù)的成像速度，能夠在腹腔鏡手術(shù)中實(shí)現(xiàn)先進(jìn)成像、在膽囊以及腎外科手術(shù)中輔助儀器在組織中穿行，以提高手術(shù)后的愈合效果。

荷蘭O₂view公司與來(lái)自荷蘭Quest Innovations公司、荷蘭Leiden大學(xué)醫(yī)學(xué)中心、意大利Optec公司的合作者們聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了另一套醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于來(lái)自一個(gè)或更多相機(jī)的視覺(jué)反饋，采用DLP設(shè)備提供選擇性可編程照明，將照明技術(shù)向前推進(jìn)了一大步。^[2]該立體系統(tǒng)采用多個(gè)CCD傳感器收集患者的RGB及近紅外光譜數(shù)據(jù)。基于轉(zhuǎn)換的圖像數(shù)據(jù)，DLP芯片可以通過(guò)編程將若干LED以及低能光療法（LLLT）激光源發(fā)出的光投射向患者。該投射光表現(xiàn)為跳棋盤圖案，可用于皮膚修復(fù)應(yīng)用；或者該投射光還可表現(xiàn)為癌癥組織的再生圖案，可用于對(duì)感染組織進(jìn)行定位。

快速成型

多種立體光刻以及添加制造過(guò)程可用于實(shí)現(xiàn)快速成型。在助聽(tīng)器與牙科市場(chǎng)，美國(guó)EnvisionTEC公司正在添加制造過(guò)程中采用DLP技術(shù)，制造牙科以及助聽(tīng)元件。^[3]如果采用一個(gè)固定的燈泡或LED光源制造這些部件，特定像素體積內(nèi)的固化深度通常固定在100µm量級(jí)。但是如果在照明光路中加入DLP芯片，DLP芯片上的單個(gè)MEMS像素可以通過(guò)編程移動(dòng)，這可以快速改變灰度照明，從而改變每個(gè)像素區(qū)內(nèi)的固化深度（以及輪廓形狀），進(jìn)一步加快原型制造過(guò)程（如圖）。與采用均一光源照明相比，通過(guò)在待固化材料表面投射變化的照明場(chǎng)（例如像素固化深度在0～100µm范圍內(nèi)變化），可以將制造速度提高2～3倍。

圖：在制造過(guò)程中，將數(shù)字光處理技術(shù)與激光輔助制造技術(shù)協(xié)同使用，通過(guò)改變逐個(gè)像素的照明強(qiáng)度（以及相應(yīng)的固化深度），快速成型制造過(guò)程可以加速牙科和助聽(tīng)器植入設(shè)備的制造過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

1. K.J. Zuzak et al., "The robustness of DLP hyperspectral imaging for clinical and surgical utility," Photonics West MOEMS-MEMS Conf., San Francisco, CA, paper 7596-03 (Jan. 27, 2010).
2. R.G.M. van Melick et al., "DLP technology's pivotal role in O₂view's versatile medical projection/illumination device," Photonics West MOEMS-MEMS Conf., San Francisco, CA, paper 7596-02 (Jan. 27, 2010).
3. A. Siblani, "The use of DMD technology in rapid manufacturing equipment for mass customization applications," Photonics West MOEMS-MEMS Conf., San Francisco, CA, paper 7596-14 (Jan. 27, 2010).