DE2815074A1 - Spektralfotometer fuer medizinische zwecke - Google Patents

Spektralfotometer fuer medizinische zwecke

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DE2815074A1 DE19782815074 DE2815074A DE2815074A1 DE 2815074 A1 DE2815074 A1 DE 2815074A1 DE 19782815074 DE19782815074 DE 19782815074 DE 2815074 A DE2815074 A DE 2815074A DE 2815074 A1 DE2815074 A1 DE 2815074A1
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
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    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J2003/2866—Markers; Calibrating of scan

Description

DR. HANS W. HOFMANN
Patentanwalt Hauberisserstraße Postfach 33 26 6200 Wiesbaden Telefon (0 6121) 761479
Datum: '-· '■" - '-' ü
Ihr Zeichen:
Mein Zeichen: 8001 MPG Betreff:
"Spektral fotometer für medizinische
Zwecke."
Anm. MAX PLANCK GESELLSCHAFT
9098A1/0386
28'Γ-'
SPEKTRALFOTOMETER FÜR MEDZINISCHE ZWECKE
Die Erfindung betrifft ein Spektra 1 fotometer, bestehend aus einer Beleuchtungsvorrichtung, einem Monochromator, mindestens einem Messtrahlengang sowie einer Lichtmesseinrichtung mit einer Anzeige, wobei der Messstrahlengang und der Beleuchtungsstrahlengang als gemeinsamer Lichtleiter ausgebildet ist und der eine Teil des Lichtleiters das Licht zum Messobjekt führt, der andere Teil des Lichtleiters das reflektierte Licht zum Monochromator leitet, wobei das Spektrum des Monochromators auf die als Fotozellenarray ausgebildete Lichtmesseinrichtung vollständig abgebildet ist
903841/0386 ORIGINAL INSPECTED -wr^r».,-:. -a,-
9 Π "' ■ [ ■
und das Signal des Fotozel1enarrays durch einen Taktgeber kontinuierlich und periodisch abtastbar und durch einen Oszi11ografen darstellbar ist, nach Patentanmeldung P 27 26 606.4.
Bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art, die ja für Übersichtsmessungen verwendet werden soll, besteht die Aufgabe, die auf dem Oszi11ografen dargestellten Spektren möglichst sofort quantitativ deutbar zu machen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Sichtschirm des Oszi11ografen an charakteristischen Punkten des Spektrums liegende Marken aufweist.
Der Vorteil besteht darin, dass die von der Vorrichtung angezeigten Hämoglobinspektren der gemessenen Gewebeoberflächen an den Stellen interpretierbar werden, an denen sich Invarianten solcher Spektren befinden. Beispielswelse sind die Abstände der Maxima von oxygeniertem Hämoglobin unabhängig von der Intensität und auch von additiven Störkomponenten, also dem Weissanteil des der Lichtmesseinrichtung zugeführten Lichtes. Zur Erläuterung ist in Fig.Ib ein Bündel von Spektra 1 kurven 01,02,03... von verschieden oxygeniertem Hämoglobin dargestellt. Dabei ist lwder Abstand der Maxima von 10 0% oxygeniertem Hämoglobin, 2ooder Abstand bei 80% oxygeniertem, 3csobei 60%, ^oobei k0% oxygeniertem Hämoglobin, alle Kurven sind mit reinem Hämoglobin in einer Küvette gemessen.
In den Spektra 1 kurven der Fig.la hingegen enthalten die Spektral kurvet 011,021... starke Weissanteile des gemessenen Lichtes und haben eine andere Intensität des spektralen Lichtes wie in FIg.Ib . Gleichwohl stimmen die Abstände 100,200,... der beiden Maxima für gleiche Oxygenierung überein. Weist nun vorteilhaft der Sichtschirm des Oszi1lografen die Marken der charakteristische Punkte
B 0 ■■;. 8 U 1 / 0 3 8 6 ORIGINAL INSPECTED ' - "
2815- '
darstellenden Maxima 11-21, 12-22, 1 3-23,... auf, dann Ist sofort feststellbar, welcher Oxygenlerungsgrad der jeweils gemessenen Spektral kurve zukommt.
In einer besonders einfachen Ausführung der Erfindung sind die Marken auf einer transparenten, auf den Sichtschirm aufbringbaren Scheibe angeordnet.
Eine solche Scheibe Ist in Fig.2 der Zeichnung dargestellt. Hier sind die Marken 11,12,... 21,22,... zu Kurven M1,M2,.. ergänzt und auf einer transparenten Scheibe S angeordnet. Die Scheibe S ist auf dem Sichtschirmides Oszi11ografen, der die gemessenen Spektren darstellt, aufbringbar.
Die gemessene Spektral kurve wird elektronisch auf dem Sichtschirm des Oszi1lografen solange verschoben, bis diese die beiden Kurven Ml, M2 am Ort der Maxima schneidet. Der Oxygenlerungsgrad lässt sich dann durch den Abstand der beiden Kurven MI ,M2 an diesen Schnittstellen bestimmen und Ist vorteilhaft unmittelbar neben den Kurven aufgetragen
In Weiterentwicklung der Erfindung sind die Marken durch einen durch den Taktgeber synchronisierten Mikroprozessor erzeugt und elektronisch auf den Sichtschirm eingeblendet.
Der Vorteil besteht darin, dass sich die Marken nunmehr elektronisch auf die Spektral kurven verschieben lassen, sodass die ^edienung vereinfacht ist.
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-3-
2815Γ-
Die Marken entstehen beispielsweise durch die HeI!tastung des Elektronenstrahles des Oszi11ografen. Da nun dem Laufzeitinterval1 des Elektronenstrahles ein WeI1enlängeninterval I entspricht, kann durch Einstellung der Laufzeit beispielsweise zwischen zwei HeI1 tastungen ein Wellenlängenabstand eingestellt werden. Da die durch HeI!tastung entstandenen Marken in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Koordinaten elektronisch leicht verschiebbar sind, können sie einfach beispielsweise auf die Maxima eines gemessenen Spektrums gelegt werden. Das eingestellte Ze It Interval I enspricht dann dem WeI1enlängeninterva11 und kann digital als Wellenlängendifferenz oder auch unmittelbar als Oxygenierungsgrad angezeigt werden.
Weiterhin lassen sich durch Bestimmung des D Ifferenzia1quottent en. sowohl die Maxima als auch die Grosse des WeI1 en 1ängeninterva11s zwischen zwei Maxima selbsttätig bestimmen und anzeigen. Damit kann der Oxygenίerungsgrad des gemessenen Objektes auch selbst unmittelbar zur Anzeige gebracht werden.
Es ist andererseits aber auch - Insbesondere bei der Messung von anderen als HämoglobInspektren,bspw. solchen ohne bekannte Invarianten - vorteilhaft, wenn als Marke ein vollständiges Vergleichsspektrum eingeblendet Ist.
Besonders einfach Ist es, wenn das Vergleichsspektrum In einem elektronischen Speicher gespeichert ist.
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281~-Ί \
In der Zeichnung sind weitere Einzelheiten der Erfindung
schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig.l eine Schar gemessener Spektren mit veränderlichem
Oxygenierungsgrad zur Erläuterung
Fig.2 eine transparente Scheibe mit Marken zur Erläuterung
Fig.3 eine Anordnung zur selbsttätigen Bestimmung des
Oxygen ierungsgrades
Fig.4 eine Anordnung mit Speicherung eines Vergleichsspektrums
In Fig. 3 ist ein Spektral fotometer 1000 dargestellt, das aus
einer Beleuchtungsvorrichtung, einem Monochromator, einem Messstrahlengang sowie aus einer Lichtmesseinrichtung mit einer
Anzeige 6 besteht, wobei der Messstrahlengang und der Beleuchtungsstrahlengang als gemeinsamer Lichtleiter 1 ausgebildet ist und der eine Teil des Lichtleiters das Licht zum Messobjekt führt, der andere Teil des Lichtleiters das reflektierte Licht zum
Monochromator leitet. Das der Strahlungsintensität entsprechende Signal aus dem Spektra1 fotometer wird über eine Zuleitung 40
sowohl dem Oszi11ografen 6 als auch dem Differenzierglied 2001 eines Mikroprozessors 2000 zugeleitet. Das Differenzierglied
erzeugt In einem Impulsglied 2002 einen Impuls, sobald der Differentialquotient des S f gna 1 s': verschwi ndet. Dieser Impuls setzt
seinerseits eine Stoppuhr 2003 mit einer Anzeige 2004 in Gang
und tastet über eine Leitung 4001 den Elektronenstrahl des Oszi11ografen 6 hell. Dadurch entsteht eine Marke auf dem Sichtschirm des Oszi11ografen. Sobald durch eine weiteres Maximum des gemessenen Spektrums ein neuer Impuls entsteht, wird eine zweite Marke erzeugt und die Stoppuhr stillgesetzt. Die abgelaufene Zeit, odei— was dasselbe ist- der Abstand der beiden Maxima und damit der Oxygen i erungsgrad Ist damit unmittelbar auf der Anzeige 2004 ablesbar. Die Anordnung kann auch ohne Verbindung des Differenziergliedes
-π-
28150 /-'
2001 mit der Steuer 1eitung kO durch Einstellen der Stoppuhr 2003 von Hand mit festen Marken betrieben werden.
In Fig.4 ist ein elektronischer Speicher 2005 vorgesehen, der, durch den Taktgeber 5 synchronisiert,ausgelesen wird und über eine Leitung 4002 den Speicherinhalt, eine Spektral kurve,auf den Messeingang des Oszi11ografen gibt. Dadurch kann die gespeicherte Spektral kurve und die gemessene Spektral kurve übereinandergelegt werden und es kann diejenige Kurve ausgesucht werden, die mit der gemessenen Kurve zur Deckung kommt. Daraus lässt sich sodann die gemessene Kurve bestimmen. Das Verfahren hat den Vorteil das es nicht nur auf Kurven mit Invarianten angewendet werden kann, wie die in Fig.3 beschriebenen Anordnung.
Die Erfindung und ihre Weiterentwicklungen sind auch auf ein Spektralfotometer anwendbar, bestehend aus einer Beleuchtungsvorrichtung, einem Monochromator, mindestens einem Messstrahlengang sowie einer Lichtmesseinrichtung mit einer Anzeige, wobei
der Messstrahlengang und der Beleuchtungsstrahlengang als gemeinsamer Lichtleiter ausgebildet ist, und der eine Teil des Lichtleiters das Licht zum Messobjekt führt, der andere Teil das reflektierte Licht zum Monochromator leitet, dass das reflektierte Licht über einen periodisch durchgestimmten Monochromator einer Lichtmesseinrichtung zugeführt ist und die Durchstimmung des Monochromators die Zeltbasis des Oszi11ografen steuert, während das Signal der Lichtmesseinrichtung den Messplatten des Oszi11ografen zugeführt ist.
ORIGINAL INSPECTED

Claims (1)

  1. 2 8 1 5 O 7 '^
    PATENTANSPRÜCHE
    IJ Spektral fotometer, bestehend aus einer Beleuchtungsvorrichtung einem Monochromator, mindestens einem Messstrahlengang sowie einer Lichtmesseinrichtung mit einer Anzeige, wobei der Messstrahlengang und der Beleuchtungsstrahlengang als gemeinsamer Lichtleiter ausgebildet Ist und der eine Teil des Lichtleiters das Licht zum Messobjekt führt, der andere Teil des Lichtleiters das reflektierte Licht zum Monochromator leitet,wobei das Spektrum des Monochromators auf die als Fotozellenarray ausgebildete Lichtmesseinrichtung vollständig abgebildet ist und das Signal des Fotozel1enarrays durch einen Taktgeber kontinuierlich und periodisch abtastbar und durch einen OszI11ografen darstellbar Ist, d a d u r c
    © gekennze Ichnet, dass der Sichtschirm des üszillografen an charakteristischen Punkten der Spektren)liegende Marken aufweist.
    2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
    Marken auf einer transparenten, auf den Sichtschirm aufbringbaren Scheibe angeordnet sind.
    3. Anordnuna nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Markemdie Maxima der Hämoglob InspektrenJ kennze ichnen.
    ^. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    909841/0386
    die MarkenTdurch einen durch den Taktgeber synchronisierten Mikroprozessor erzeugt und el&tronisch auf den S Ichtsch i rrn-^ eingeblendet sind. -
    5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Marke ein vollständiges VergleIchsspektrum eingeblendet Ist.
    6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet^dass das Vergleichsspektrum In einem elektronischen Speicher gespeichert ist.
    7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Marken längs rechtwinkliger Koordinaten frei verschieblich sind
    8. Anordnung nach Anspruch h, dadurch gekennzeLchnfit^Hass die Marken mittels eines M i kroprozessors^el bsttät igiauf den Invar anten eines Spektrums angeordnet sind und das WeI1enlängen-Intervall zwischen diesen digital anzeigbar ist.
    9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekgnnzeLehnet, dass die Invarianten die Maxima der Spektral kurveirTsmd.
    Sü\J841/0388
    10. Spektral fotometer, bestehend aus einer Beleuchtungs vorrichtung, einem Monochromator, mindestens einem Messstrahlengang sowie einer Lichtmesseinrichtung mit einer Anzeige, wobei der Messstrahlengang und der Beleuchtungsstrahlengang als gemeinsamer Lichtleiter ausgebildet ist und der eine Teil des Lichtleiters das Licht zum Messobjekt führt, der andere Teil des Lichtleiters das reflektierte Licht zum Monochromator leitet, dass das reflektierte Licht über einen periodisch durchgestimmten Monochromator einer Lichtmesseinrichtung zugeführt ist und die Durchstimmung des Monochromators die Zeitbasis des Oszi11ografen steuert, während das Signal der Lichtmesseinrichtung den Messplatten des Oszillografen zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der S ichtsch i rrfrjraes Osz i 1 1 ograf eri an cKarakter i st i sehen Punkten der Spektrenuiegende Marken!aufweist.
    11. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Marken auf eirmr transparenten, auf den S ichtsch i rtiHauf br ingbaren Seheibetangeordnet sind.
    12. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die MaoTenTa i e^lax ima der Hämoglobinspektren kennzeichnen.
    13. Anordnung nach Anspruch^ 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die MariCenidurcn~e i nen durch den Taktgeber synchronisierten^,^ Mikroprozessor erzeugt und el ektron i schciuf den Sichtschirm eingeblendet sind.
    9 0 f B k 1 / 0 3 8 G
    INSPECTED
    -H- 2i'--
    14. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Marke ein vollständiges Vergleichsspektrum eingeblendet ist.
    15. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Vergleichsspektrum In einem elektronischen Speicher gespeichert
    16. Anordnung nach Anpruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Marken längs rechtwinkliger Koordinaten frei verschieblich sind.
    17. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet ,--dass die Marken mittels eines MIkroprozessors "seibsttätTgiauf
    den Invarianten eine Spektrums angeordnet sind und das Wellenlängenintervall zwischen diesen digital anzeigbar ist.
    18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Invarianten die Maxima der Spektral kurven sind.
    841/0386
    ORIGINAL INSPECTED
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