DE69122181T2

DE69122181T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Absorption von lichtstreuenden Stoffen

Info

Publication number: DE69122181T2
Application number: DE1991622181
Authority: DE
Inventors: Yoshitoshi Itoh; Fumio Kawaguchi; Hiroyuki Kohida; Keiichi Nagai; Minoru Yoshida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2011-06-21
Also published as: EP0464495B1; JPH0454437A; EP0464495A1; DE69122181D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Lichtabsorptionskoeffizienten von in lichtstreuenden Materialien enthaltenen Stoffen.
Die US-A-4 350 441 offenbart ein Verfahren, das sich zum Erhalt eines Absorptionskoeffizienten zweier unterschiedlicher Wellenlängen bedient. Diese Wellenlängen liegen in einem Bereich, in dem der zu untersuchende Körper im wesentlichen transparent ist. Hier ist nichts darüber ausgesagt, daß auch Lichtstrahlen mit Wellenlängen verwendet werden können, die in einem Bereich hoher Absorption liegen.
Die EP-A-240 742 beschreibt ein Meßverfahren, in dem reflektiertes Licht, und nicht gestreutes Licht, verwendet wird.
In der EP-A-210 417 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Blutkomponenten beschrieben. Die Licht- Übertragung wird bei verschiedenen Wellenlängen analylsiert. Die Lichtabsorptionscharakteristika sind eine Anzeige für das Vorhandensein von Hämoglobinderivaten.
Wenn Licht in ein transparentes Material eintritt, so stellt sich die Intensität I formelmäßig wie folgt dar:
I = I&sub0; exp - {αd} (1)
wobei Io für die Intensität des auftreffenden Lichts steht, das in das transparente Material geleitet wird; α der Absorptionskoeffizient ist, der für die Lichtdämpfungsrate aufgrund der Lichtabsorption pro Dickeneinheit des Materials steht; und d die Materialdicke (optische Weglänge) ist. Somit ist ein solcher Lichtabsorptionskoeffizient α des transparenten Materials unter Anwendung der Formel (1) dadurch erhältlich, daß man von einem Wert ausgeht, der durch Messung der Intensität des Lichtes erhalten worden ist, das durch das Material hindurchgegangen ist.
Jedoch wird bei einem lichtstreuenden Material das durch dieses hindurchgehende Licht, zusätzlich zu einer Dämpfung aufgrund der Lichtabsorption, durch die Lichtstreuung gedämpft. Somit stellt sich die Intensität I von Licht, das durch das lichtstreuende Material hindurchgegangen ist, formelmäßig wie folgt dar:
I = I&sub0; exp - {αd + sd} (2)
wobei s ein Lichtstreuungskoeffizient ist, der für die Lichtdämpfungsrate aufgrund der Lichtstreuung pro Dickeneinheit des Materials steht.
Wie aus der Formel (2) hervorgeht, kann man, nachdem die Intensität von durch das lichtstreuende Material hindurchgeschicktem Licht variiert, was auch von dem Wert des Lichtstreuungskoeffizienten s abhängig ist, nicht den Lichtabsorptionskoeffizienten α erhalten, wenn nur von einem Meßwert an übertragenem Licht ausgegangen wird. Deshalb wird beim Stand der Technik, neben der Intensität I&sub1; des für eine Wellenlänge übertragenen Lichts, bei der der Lichtabsorptionskoeffizient α unbekannt ist, die Intensität I&sub2; des für eine andere Wellenlänge übertragenen Lichts, für die der Lichtabsorptionskoeffizient αo bekannt ist, gemessen, und der unbekannte Lichtabsorptionskoeffizient α wird unter Verwendung dieser Meßwerte berechnet. Mit anderen Worten, es werden Intensitäten I&sub1; und I&sub2; von für zwei Wellenlängen transmittiertem Licht gemessen und dann das Verhältnis dieser beiden Meßwerte gemäß den nachstehenden Formeln gebildet. Der unbekannte Lichtabsorptionskoeffizient α wird dadurch erhalten, daß man den Lichtstreuungskoeffizienten s auf diese Weise eliminiert. Das heißt, gemäß dem vorliegenden Stand der Technik wird, ausgehend von zwei Meßwerten,
I&sub1; = I&sub0; exp - {αd + sd}
I&sub2; = I&sub0; exp - {α&sub0;d + sd}
das Verhältnis der Meßwerte
I&sub1;/I&sub2; = exp - {(α - α&sub0;)d}
gebildet, um den unbekannten Lichtabsorptionskoeffizienten α zu erhalten.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren des Standes der Technik wird davon ausgegangen, daß die Dämpfungsrate aufgrund der Streuwirkung des für die beiden Wellenlängen zu Meßzwecken durchgeschickten Lichts nicht variert (gleich ist). Genau genommen trifft diese Annahme jedoch selten zu. Insbesondere dann, wenn das Material eine hohe Streuwirkung aufweist, weil der Wert des Lichtstreukoeffizienten s gegenüber dem Wert des Lichtabsorptionskoeffizienten α sehr hoch ist, ist der Unterschied als solcher beim Lichtstreukoeffizienten s zwischen den beiden Wellenlängen häufig größer als beim Lichtabsorptionskoeffizienten α. Aus diesem Grund ist es bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren des Standes der Technik in der Praxis schwierig, einen sehr genauen Wert des Lichtabsorptionskoeffizienten α zu erhalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, angesichts der Nachteile der Verfahren des Standes der Technik ein verbessertes Meßverfahren, mit dem der Lichtabsorptionskoeffizient verschiedener in lichtstreuenden Materialien enthaltener Stoffe gemessen werden kann, sowie eine Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 4 gelöst.
Merkmale bevorzugter Ausführungsformen werden in abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Im einzelnen wird bei dem Verfahren und der Vorrichtung zur Messung der Absorption eines lichtstreuenden Materials ein lichtstreuendes Material wechselweise mit einem ersten und zweiten Laserlichtstrahl bestrahlt, der in einem selektiv von dem lichtstreuenden Material absorbierten Wellenlängenbereich eine leicht unterschiedliche Wellenlänge aufweist. Sodann wird ein erstes Verhältnis einer Rate eines Intensitätsunterschiedes zwischen dem ersten und zweiten durch das lichtstreuende Material geschickten Laserlichtstrahl zu einem Wellenlängenunterschied zwischen dem ersten und zweiten Laserlichtstrahl bezüglich der Intensität des ersten durch das lichtstreuende Material geschickten Laserlichtstrahls gemessen. Das lichtstreuende Material wird wechselweise mit einem dritten und vierten Laserlichtstrahl bestrahlt, die außerhalb des von dem lichtstreuenden Material selektiv absorbierten Wellenlängenbereichs liegende leicht unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Anschließend wird ein zweites Verhältnis einer Rate eines Intensitätsunterschiedes zwischen dem dritten und vierten durch das lichtstreuende Material hindurchgehenden Laserlichtstrahl zu dem Wellenlängenunterschied zwischen dem dritten und vierten Laserlichtstrahl bezüglich der Intensität des durch das lichtstreuende Material geschickten dritten Laserlichtstrahls gemessen. Schließlich wird die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Verhältnis errechnet, um den Absorptionswert des lichtstreuenden Materials entsprechend dem Unterschied zu erhalten.
Die Lichtabschwächung aufgrund der Lichtstreuung, die als Meßrauschen in Erscheinung tritt, wenn der Absorptionskoeffizient durch Messung der Intensität des übertragenen Lichts erhalten wird, entsteht durch Reflexion, Diffraktion, Refraktion und dergleichen des zur Messung verwendeten Lichts. In einem lichtstreuenden Material liegen aufgrund von Unterschieden in der Zusammensetzung und der Teilchen Grenzflächen vor, die Faktoren für die Lichtstreuung sind. Die Intensität der Lichtstreuung variiert, je nach Größe der Schwankungen des Brechungsindex an den genannten Grenzflächen, der Ausrichtung der Grenzflächen, Form der Grenzflächen, Größe, Form und Ausrichtung der vorstehend genannten Teilchen, der Intensität der Lichtabsorption, usw. Ferner haben diese Lichtstreufaktoren unterschiedliche Wellenlängenabhängigkeiten. In den Fällen, in denen durch Verwendung einer bestimmten Wellenlänge als Bezugswert die Wellenlänge in der Nachbarschaft variiert wird, treten Streufaktoren auf, die dahingehend wirken, daß sie den Betrag des durchgehenden Lichts erhöhen, während es auf der anderen Seite Streufaktoren gibt, die in Richtung einer Verringerung wirken.
Das durch ein Material hindurchgeschickte Licht wird aufgrund einer Reihe solcher Lichtstreufaktoren gedämpft.
Daher weist das Spektrum des durch das lichtstreuende Material hindurchgegangenen Lichts aufgrund der Streuwirkung des Materials synthetisierte Charakteristika auf, die auf die Integration verschiedener Wellenlängenbezüge dieser durch das Material bedingten Lichtstreufaktoren zurückzuführen sind. Wenngleich jeder der Lichtstreuungsfaktoren ihm eigene Wellenlängenbezugsscharakteristika aufweist, werden diese inhärenten Charakteristika bei der Integration für verschiedene Faktoren gemittelt. Dadurch sind bei einem Variieren der Wellenlänge Charakteristika mit einem relativ kleinen Verhältnis der Dämpfungsrate der Intensität des übertragenen Lichts aufgrund der Lichtstreuung erhältlich.
Demgegenüber weisen die Lichtabsorptionscharakteristika eines lichtabsorbierenden Stoffes eine dem Stoff eigene Form auf. Diese dem Stoff eigene Form bleibt unveränderlich, selbst wenn der Stoff sich in einem lichtstreuenden Material befindet. Die Dämpfungsrate der Intensität des übertragenen Lichts aufgrund der Absorption durch ein optisch absorbierendes Material bei Variieren der Wellenlänge des Lichts ist proportional dem Tangentialwert einer Absorptionsspektrumskurve. Infolgedessen ist in einem Wellenlängenbereich der Absorptionsspektrumskurve, in dem sich ein Lichtabsorptionsscheitel befindet, die Variationsrate der Dämpfungsrate der Intensität des durchgehenden Lichts aufgrund der Lichtabsorption sehr hoch.
Wie vorstehend beschrieben, differieren die Variationsraten der Dämpfungsraten der Intensität des übertragenen Lichts in bezug auf Schwankungen in der Wellenlänge größenmäßig erheblich von einander, einmal, was die Dämpfung aufgrund der Lichtstreuung und zum anderen, was die Dämpfung aufgrund der Lichtabsorption anbetrifft. Nach der vorliegenden Erfindung werden Lichtabsorptionseigenschaften eines in einem lichtstreuenden Material enthaltenen Stoffes mit hoher Genauigkeit unter Anwendung dieses Unterschiedes gemessen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm des generellen Aufbaus der Einrichtung zur Messung des Lichtabsorptionskoeffizienten nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2A, 2B und 2C sind Diagramme der Lichtabsorptions- und Lichtstreuungscharakteristika eines lichtstreuenden Materials.
Fig. 3 zeigt Kennlinien der Lichtabsoption von Hämoglobin.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus einer Einrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus einer Einrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachstehend wird vor Eingehen auf Einzelheiten der prinzipielle Aufbau der Vorrichtung sowie das entsprechende Verfahren für die erfindungsgemäße Messung allgemein beschrieben.
Fig. 1 zeigt den generellen Aufbau der Vorrichtung zur Messung der Absorption von lichtstreuenden Materialien nach der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Lichtquelleneinheit, optischen Meßeinheiten und einer Signalverarbeitungseinheit. In der Zeichnung stehen die Bezugszeichen 11 bis 17 und 19 bis 35 für Elemente, die die Lichtquelleneinheit bilden, und 36 bis 51 stehen für Elemente, die die optischen Meßeinheiten und die Signalverarbeitungseinheit bilden. 18 bezieht sich auf eine zu messende Probe.
Die vorstehend beschriebene Lichtquelleneinheit ist mit vier Halbleiterlasereinrichtungen (nachstehend als Laserdioden bezeichnet) 13, 21, 26 und 32 versehen, die jeweils durch getrennte Dioden-Stromzufuhreinrichtungen 12, 20, 25 und 31 aktiviert werden. Ferner sind Taktsignalerzeugungskreise 11 und 24 zur Steuerung dieser Laserdioden-Stromzufuhreinrichtungen vorgesehen, um die relative Einschaltdauer von Laserlichtimpulsen der verschiedenen Laserdioden zu regeln. Ferner sind taktsignaleingabeseitig an den Stromzufuhreinrichtungen 20 und 31 jeweils Taktsignalumpolkreise 19 und 30 vorgesehen, so daß die von den Taktsignalerzeugungskreisen 11 und 24 abgegebenen Taktsignale nach dem Umpolen durch die Umpolkreise 19 und 30 jeweils in die Laserdiodenstromzufuhreinrichtungen 20 und 31 eingespeist werden. Da durch diese umgepolten Signale Oszillationen der Laserdioden 21 und 32 gesteuert werden, werden die Laserdioden 21 und 32 jeweils wechselweise in bezug auf die Laserdioden 13 und 26 oszilliert (aktiviert).
Dabei wird für die Laserwellenlänge der Laserdiode 21 ein Wert λ&sub1; + Δλ&sub1; zugrundegelegt, der sich leicht von der Wellenlänge des Lasers λ&sub1; der Laserdiode 13 unterscheidet, während für die Wellenlänge des Lasers der Laserdiode 32 ein Wert von λ&sub2; + Δλ&sub2; zugrundegelegt wird, der sich leicht von der Wellenlänge des Lasers λ&sub2; der Laserdiode 26 unterscheidet. Die von diesen Laserdioden 13, 21, 26 und 32 ausgesandten Laserlichtstrahlen 15, 23, 28 und 34 werden über optische Elemente, beispielsweise einen Polarisator 16, 29, einen dichroitischen Spiegel 17 und dergleichen auf einen optischen Weg 35 verbracht, nachdem sie jeweils mit Hilfe von Collimatorlinsen 14, 22, 27 und 33 zur Bestrahlung der Proben in Parallelstrahlen umgewandelt worden sind.
Hier ist die von der Probe 18 durchgelassene Lichtmenge wie nachstehend angegeben: Die von der Probe durchgelassene Intensität It wird wie folgt, unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung (2), wiedergegeben:
It = I&sub0; exp - {αd + sd}
Ferner wird durch Differenzieren der beiden Gleichungselemente gegenüber der Wellenlänge λ die folgende Gleichung erhalten:
Gleichung (3) besagt, daß durch Differenzieren der Intensität des hindurchgesandten Lichts It in bezug auf die Wellenlänge λ und Multiplizieren des auf diese Weise erhaltenen Differentialquotienten mit dem Umkehrwert der Intensität des transmittierten Lichts It ein Wert erhalten wird, der proportional der Summe (der Proportionalitätsfaktor ist d) des Produkts aus dem Differentialquotienten und der Wellenlänge des Absorptionskoeffizienten α und des Produkts aus dem Differentialquotienten und der Wellenlänge des Streukoeffizienten s ist.
Die Figuren 2A und 2B sind Diagramme der Wellenlängenabhängigkeiten des Absorptionskoeffizienten α sowie des Streukoeffizienten s bzw. des Produkts aus Differentialquotient und Wellenlänge. Die Kurve (α) in Fig. 2A stellt den Absorptionskoeffizienten α des Probenmaterials, und die Kurve (s) entsprechend den Streukoeffizienten s des Probenmaterials dar. Infolgedessen kann das Intensitätsspektrum des durch das Probenmaterial hindurchgegangenen Lichts durch eine Kurve (α + s) ausgedrückt werden, bei der Einflüsse sowohl durch den Absorptionskoeffizienten α als auch durch den Streukoeffizienten s berücksichtigt sind.
Wie mit der Absorptionskurve (α) ausgedrückt, erhöht sich der Absorptionskoeffizient α in einem Wellenlängenbereich zwischen λa und λb. Jedoch sind die tatsächlichen Werte von λa und λb sowie die Scheitelhöhe des Absorptionskoeffizienten α zwischen diesen Wellenlängen bei jedem Probenmaterial unterschiedlich. Ferner ist die Anzahl der Wellenlängenbereiche, in denen der Absorptionskoeffizient α ansteigt, nicht notwendigerweise auf 1 beschränkt. Es können mehrere solcher Bereiche vorliegen, je nach dem Probenmaterial. Andererseits sind, wenngleich der Streukoeffizient s verhältnismäßig hoch ist, Schwankungen des Koeffizienten gegenüber Wellenlängenschwankungen verhältnismäßig gering, so daß die Kurve (s) insgesamt nur eine allmähliche Veränderung erfährt.
Fig. 2B zeigt eine Kurve, die das Produkt aus Differentialquotient und Wellenlänge der in Fig. 2A gezeigten Kurve (α + s) darstellt. Der Wert variiert erheblich im Wellenlängenbereich zwischen λa und λb. Diese Schwankung ist grundsätzlich auf die Schwankung des Differentialquotienten der in Fig. 2A gezeigten Kurve (α) zurückzuführen. Demgegenüber weist die Kurve außerhalb des Wellenlängenbereichs zwischen λa und λb einen nahezu konstanten Wert auf, der von dem in Fig. 2A gezeigten Differentialquotienten der Kurve (s) abhängt. Fig. 2C zeigt eine Kurve, die die Relation zwischen dem Absorptionskoeffizienten α und dem Produkt aus dem Differentialquotienten und der Wellenlänge wiedergibt.
Zu Fig. 1 wird nunmehr die Messung des durch die Probe 18 hindurchgesandten Lichts sowie die entsprechende Signalverarbeitung im einzelnen beschrieben. Der von der Probe 18 transmittierte Lichtstrahl 36 wird von einer Kondensorlinse 37 erfaßt und das so aufgefangene Licht 38 von der Wellenlänge mit Hilfe eines dichroitischen Spiegels 39 getrennt. Auf diese Weise von der Wellenlänge getrennte Lichtstrahlen werden in Photodetektoren 40 bzw. 46 eingeleitet. Der dichroitische Spiegel 39 ist ein Reflexionsspiegel zur Auftrennung des auftreffenden Lichtstrahls gegenüber der Wellenlänge in einen transmittierten Lichtstrahl im Wellenlängenbereich zwischen λ&sub1; und λ&sub1; + Δλ&sub1; und in einen transmittierten Lichtstrahl im Wellenlängenbereich zwischen λ&sub2; + Δλ&sub2;.
Der Spiegel wird so eingestellt, daß der im Wellenlängenbereich zwischen λ&sub1; und λ&sub1; + Δλ&sub1; transmittierte Lichtstrahl in den Photodetector 40 gelangt. Nachdem die Laserdioden 13 und 21 wiederholt und mit Wechsel mit einer Periode ω&sub1; des vom Taktsignalerzeugungskreis 11 abgegebenen Taktsignals aktiviert werden, werden der transmittierte Lichtstrahl der Wellenlänge λ&sub1; und der transmittierte Lichtstrahl der Wellenlänge λ&sub1;+ Δλ&sub1; im Wechsel in den Photodetektor 40 eingeleitet. In dem Fall, in dem die Transmissionskoeffizienten der Probe 18 bei der Wellenlänge λ&sub1; und der Wellenlänge λ&sub1; + Δλ&sub1; einander entsprechen, weist, nachdem die transmittierten Lichtintensitäten einander für die Wellenlänge λ&sub1; und die Wellenlänge λ&sub1; + Δλ&sub1; entsprechen, der Ausgabewert des Photodetektors 40 lediglich eine Gleichstromkomponente auf. In dem Fall, in dem die Transmissionskoeffizienten in der Probe 18 sich bei der Wellenlänge λ&sub1; und der Wellenlänge λ&sub1; + Δλ&sub1; voneinander unterscheiden, nachdem sich die transmittierten Lichtintensitäten bei der Wellenlänge λ&sub1; und der Wellenlänge λ&sub1; + Δλ&sub1; unterscheiden, weist der Ausgabewert des Photodetektors 40 eine Wechselstromkomponente der Zeitdauer ω&sub1; auf. Der Amplitudenwert dieser Wechselstromkomponente ist proportional einem Unterschied ΔIλ&sub1; zwischen den transmittierten Lichtintensitäten für die Wellenlänge λ&sub1; und die Wellenlänge λ&sub1; + Δλ&sub1;. Mit dem Photodetektor 40 sind ausgangsseitig Filterkreise 41 und 44 verbunden. Ersterer 41 ermöglicht den Durchgang der Wechselstromkomponente der Zeitdauer ω&sub1; und letzterer 44 den Durchgang der Gleichstromkomponente. In der sich an den Filterkreis 41 anschließenden Stufe ist ein Glättungskreis 42 zur Glättung der Wechselstromkomponente vorgesehen, der selektiv durchläßt. Ein hieran angeschlossener Rechenkreis 43 wird zur Berechnung des Wertes von S&sub1; verwendet, der durch die folgende Formel unter Verwendung des Ausgangswertes des Glättungskreises 42 und des Ausgangswertes des Filterkreises 44 ausgedrückt ist:
in der C ein durch die Charakteristika der Vorrichtung bestimmter Koeffizient ist.
Der transmittierte Lichtstrahl der Wellenlänge λ&sub2; und der transmittierte Lichtstrahl der Wellenlänge λ&sub2; + Δλ&sub2; werden in den Photodetektor 46 geleitet. Ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Photodetektor 40 sind die Filterkreise 47 und 50 als auch der Glättungskreis 48 am Ausgang des Photodetektors 46 angeordnet. Ferner wird der Wert S&sub2;, der durch die nachstehende Formel ausgedrückt ist, mit Hilfe des Rechenkreises 49 errechnet:
Ist die Wellenlänge λ&sub1; auf einen Wert eingestellt, bei dem die Ableitung des Absorptionskoeffizienten α einen hohen Wert annimmt, so wird aus dem Wellenlängenbereich gemäß Fig. 2B zwischen λa und λb und der Wellenlänge λ&sub2;, die außerhalb des Bereichs zwischen λa und λb liegt, ersichtlich, daß S&sub1; für ∂α/∂λ + ∂s/∂λ d und S&sub2; für ∂s/∂λ d steht.
Infolgedessen kann die Ableitung nach der Wellenlänge (∂α/∂λ) d des Absorptionskoeffizienten als die Differenz S dadurch erhalten werden, daß man die Differenz zwischen S&sub1; und S&sub2; wie folgt bildet:
S = S&sub1; - S&sub2; = ∂α/∂λ d (6)
Ein Rechenkreis 45 berechnet den Wert der Differenz S = S&sub1; - S&sub2; = (∂α/∂λ) d zwischen den Werten S&sub1; und S&sub2; wie vorstehend beschrieben. Darüber hinaus wandelt ein weiterer Rechenkreis 51 den Ausgangswert S des Rechenkreises 45 in einen Wert des Absorsptionskoeffizienten α entsprechend der Beziehung zwischen dem Absorptionskoeffizienten α und der Differenz S gemäß Fig. 2C um, der getrennt und experimentell erhalten worden ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Absorptionskoeffizienten α des in der Probe 18 enthaltenen Lichtabsorptionsstoffes mit hoher Genauigkeit zu erhalten, während Streueffekte des Lichts unterbunden werden.

AUSFÜHRUNNGSFORM 1

Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Lichtabsorption durch das Hämoglobin im Blut. Nachdem das Hämoglobin im Blut in den roten Blutkörperchen enthalten ist, wird Licht, mit dem diese Blutkörperchen bestrahlt werden, an der Oberfläche der Blutkörperchen unter Bildung von Streulicht reflektiert. Nachdem dieses Streulicht ein erhebliches Rauschen bewirkt, ist es nicht möglich, die Lichtabsorptionscharakteristika von in den roten Blutzellen enthaltenem Hämoglobin direkt zu messen. Im allgemeinen werden die roten Blutkörperchen zerstört, so daß das in diesen enthaltene Hämoglobin eluiert wird. Die Messung des Lichtabsorptionskoeffizienten erfolgt daran anschließend unter Verwendung des eluierten Hämoglobins.
Fig. 3 zeigt Variationen der Lichtabsorptionscharakteristika in dem Fall, in dem das Hämoglobin mit Sauerstoff angereichert wird, und in dem Fall, in dem ihm der Sauerstoff entzogen wird. In dieser Figur gibt die mit Hb0&sub2; bezeichnete Kurve die Lichtabsorptionscharakteristika für den Fall an, in dem das Hämoglobin oxidiert wird, und die mit Hb bezeichnete Kurve steht für den Fall, in dem dem Hämoglobin der Sauerstoff entzogen wird. Bezüglich dieser Eigenschaften gibt es einen Bericht von Van Aassendelft mit dem Titel "Spectrophotometry of Hemoglobin Derivatives (C.C. Thomas Springfield, IL 1970). Nach den Absorptionscharakteristiken in diesem weist eine den Absorptionskoeffizienten darstellende Kurve zwei Scheitel auf, wenn das Hämoglobin vollständig mit Sauerstoff angereichert ist, während sie nur einen Scheitel aufweist, wenn dem Hämoglobin der Sauerstoff voll entzogen worden ist. Indem die Desoxidation von dem Stadium, in dem das Hämoglobin voll mit Sauerstoff angereichert, fortschreitet, verändern sich die Charakteristika allmählich von solchen mit zwei Scheiteln hin zu solchen mit nur einem Scheitel.
Untersucht man die Neigungsunterschiede der zu diesem Zeitpunkt gebildeten Kennlinie, so ergibt sich im Wellenlängenbereich von etwa 540 nm bis etwa 560 nm eine signifikante Veränderung von einer negativen Neigung während der Sauerstoffanreicherung hin zu einer positiven Neigung zum Zeitpunkt der Desoxidierung. Hingegen tritt im Wellenlängenbereich von etwa 560 nm bis 580 nm eine signifikante Veränderung von einer positiven Neigung zum Zeitpunkt der Sauerstoffanreicherung hin zu einer negativen Neigung zum Zeitpunkt der Desoxidierung ein. Die vorliegende Erfindung bedient sich dieser Veränderungen bei der Messung der Lichtabsorption durch das Hämoglobin im Blut.
Fig. 4 zeigt den Aufbau der Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau der Vorrichtung entspricht im wesentlichen der in Fig. 1, wobei diese Vorrichtung hier zusätzlich Dämpfungsfilter 61 und 62 aufweist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden für die Laserdioden 14, 21, 26 und 32 jeweils Elemente mit Laserwellenlängen von 570 nm bzw. 572 nm bzw. 670 nm bzw. 672 nm verwendet. Für die Gruppe der Laserdioden 14 und 21 sowie für die Gruppe der Laserdioden 26 und 32 werden jeweils Elemente mit denselben Lasereigenschaften verwendet. Der Unterschied von 2nm zwischen den Wellenlängen der beiden Elemente wird durch Variieren der Laserleistung für die beiden Elemente erhalten. Hier wird das Phänomen genutzt, daß selbst bei Elementen mit vollständig identischen Lasereigenschaften in dem Fall, in dem ihre Laserleistungen aufgrund dessen differieren, daß die Wärmeentwicklung an ihren Verbindungsstellen unterschiedlich ist, und damit auch die Temperaturen an diesen Verbindungsstellen verschieden sind, die Laserwellenlängen verschieden sind, nachdem die Abstände der Energiebande der Halbleiterkristalle für diese unterschiedlich sind.
Aus dem vorstehend Beschriebenen ergibt sich natürlicherweise, daß, nachdem bei der vorliegenden Ausführungsform für jede Laserdiodengruppe zwei Elemente mit denselben Lasereigenschaften verwendet werden und der erforderliche Laser- Wellenlängenunterschied für jede Gruppe dadurch erhalten wird, daß man für die beiden Elemente unterschiedliche Laserausgangswerte verwendet, ein Unterschied zwischen den Ausgangsleistungen der Laserdioden für jede Gruppe erzeugt wird. Die bei der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich vorgesehenen Dämpfungsfilter dienen dazu, Leistungswerte der von den Laserdioden 21 und 32 erzeugten Laserlichtstrahlen 23 und 34 an Leistungswerte der von den Laserdioden 13 bzw. 26 erzeugten Laserlichtstrahlen 15 und 28 anzugleichen.
Die von den Taktsignalerzeugungskreisen 11 und 24 abgegebenen Taktsignale zur Steuerung bzw. Regelung der jeweiligen Einschaltdauer der Laserlichtimpulse der Laserdioden betragen 1 MHz bzw. 1,5 MHz. Die dichroitischen Spiegel 17 und 39 sind Spiegel, die als Reflexionsschichten mehrere dünne Schichten mit Eigenschaften aufweisen, die einen Durchlaß von Lichtstrahlen mit Wellenlängen von 570 nm und 572 nm ermöglichen, während Lichtstrahlen der Wellenlängen 670 nm bzw. 672 nm reflektiert werden. Für die Photodetektoren 40 und 46 werden Photovervielfacher verwendet. Die Filterkreise 41 und 47 sind Bandpaßfilter, die jeweils Wechselstromkomponenten von 1 MHz und 1,5 MHz durchlassen.
Nachstehend wird nunmehr die Funktionsweise der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erläutert. Zunächst wird das von dem Taktsignalerzeugungskreis 11 erzeugte 1-MHz-Taktsignal direkt in die Laserdiodenstromzufuhreinrichtung 12 eingespeist. Nach Umpolung durch den Umkehrkreis 19 wird dieses Taktsignal dann in die Laserdiodenstromzuführeinrichtung 20 eingespeist. Aus diesem Grund sind der Zeitpunkt der Aktivierung der Laserdiode 21, deren Aktivierung durch die Laserdiodenstromzuführeinrichtung 20 gesteuert wird, und der der Laserdiode 13, deren Aktivierung durch die Laserdiodenstromzuführeinrichtung 12 gesteuert wird, einander genau entgegengesetzt. Mit anderen Worten, die Laserdioden 13 und 21 werden im Wechsel aktiviert. Die Intensität des von der Laserdiode 21 ausgesandten Lichtstrahls wird durch den Dämpfungsfilter 61 abgeschwächt, und die Laserlichtstrahlen 15 und 23 werden so eingestellt, daß sie dieselbe Intensität aufweisen. Die von den Laserdioden 12 und 21 ausgesandten Laserlichtstrahlen werden von den Kollimatorlinsen 14 und 22 für die Umwandlung in parallele Lichtstahlen 15 bzw. 23 kollimiert. Diese Laserlichtstrahlen 15 und 23 laufen durch einen dichroitischen Spiegel 17 hindurch, nachdem sie mit Hilfe des Polarisators 16 auf denselben optischen Weg und übereinander verbracht worden sind.
Das 1,5 MHz-Taktsignal wird von dem Taktsignalerzeugungskreis 24 erzeugt. Dieses Taktsignal wird direkt an die Laserdiodenstromzuführeinrichtung 25 weiterleitet, während es nach der Umpolung durch den Umkehrkreis 30 an die Laserdiodenstromzuführeinrichtung 31 gelangt. Dadurch werden die Laserdioden 26 und 36 wechselweise bei einer Frequenz von 1,5 MHz aktiviert. Der von der Laserdiode 32 ausgesandte Laserlichtstrahl wird durch den Dämpfungsfilter 62 gedämpft. Die Laserlichtstrahlen 28 und 34 werden so eingestellt, daß ihre Intensitäten identisch sind. Die von den Laserdioden 26 und 32 ausgesandten Laserlichtstrahlen werden von den Kollimatorlinsen 27 und 33 kollimiert, um in parallele Lichtstrahlen 28 bzw. 34 umgewandelt zu werden. Diese Laserlichtstrahlen 28 und 34 werden mit Hilfe des Polarisators 29 auf denselben optischen Weg übereinander verbracht und anschließend durch den dichroitischen Spiegel 17 so reflektiert, daß sie auf dem vorstehend beschriebenen Lichtweg 35 der Laserlichtstrahlen 15 und 23 übereinander angeordnet sind. Anschließend wird die Probe 18 mit diesen bestrahlt.
Die Laserlichtstrahlen, mit denen die Probe 18 bestrahlt wird, werden von der Probe zum Teil durchgelassen, während sie aufgrund der durch die Probe bedingten Absorptions- und Streuwirkung einer Dämpfung unterliegen. Das von der Probe hindurchgelassene Licht 36 wird von der Kollimatorlinse 37 gesammelt. Das auf diese Weise gesammelte Licht wird durch den dichroitischen Spiegel 39 in zwei Lichtstrahlen unterteilt, von denen einer Strahlen der Wellenlängen 570 nm und 572 nm umfaßt, die in den Photodetektor 40 geleitet werden, während der andere Strahlen der Wellenlängen 670 nm und 672 nm umfaßt, die in den Photodetektor 46 geleitet werden.
Hier liegen, wie aus den Kennlinien gemäß Fig. 3 hervorgeht, die Laserlichtstrahlen der Wellenlängen 570 nm und 572 nm, die in den Photodetektor 40 geleitet werden, in einem Wellenlängenbereich, in dem der Absorptionskoeffizient aufgrund der Tatsache erheblich variiert, daß der Grad der Sauerstoffanreicherung des Hämoglobins variiert.
Nachdem die Intensitäten der in die Probe geleiteten Laserlichtstrahlen der Wellenlängen 570 nm und 572 nm identisch sind, geben die Intensitäten der durch die Proben hindurchgegangenen Laserlichtstrahlen der Wellenlängen 570 nm und 572 nm die Dämpfung im wesentlichen aufgrund der Lichtabsorption in der Probe wieder. In dem Fall, in dem die Lichtabsorption in der Probe für die beiden vorstehend angegebenen Wellenlängen identisch ist, sind auch die Intensitäten der durch die Probe transmittierten Laserlichtstrahlen der Wellenlängen 570 nm und 572 nm identisch. Daher enthält der Ausgabewert des Photodetektors 40 nur eine Gleichstromkomponente. In dem Fall jedoch, in dem die Lichtabsorption in der Probe für die beiden vorstehend genannten Wellenlängen verschieden ist, ergibt sich ein Intensitätsunterschied zwischen den transmittierten Lichtstrahlen der Wellenlängen 570 nm und 572 nm. Daher ist in dem Ausgabewert des Photodetektors 40 eine Wechselstromkomponente der Frequenz 1 MHz mit einer Amplitude proportional diesem Unterschied der Intensität ΔIλ&sub1; enthalten. Der Filterkreis 44 entnimmt dem Ausgangswert des Photodetektors 40 lediglich die Gleichstromkomponente, während der Filterkreis 41 diesem nur die Wechselstromkomponente der Frequenz 1 MHz entnimmt. Die von dem Filterkreis 41 entnommene Wechselstromkomponente wird von dem Glättungskreis 42 in ein Gleichstromsignal umgewandelt. Der Rechenkreis 43 dividiert den Ausgangswert des Glättungskreises 42 durch den Ausgangswert des Filterkreises 44 zum Erhalt des durch die Gleichung (4) wiedergegebenen S&sub1;-Wertes [S1 = (C/Iλ&sub1;) (ΔIλ&sub1;/Δλ&sub1;)].
Die Laserlichtstrahlen der Wellenlängen 670 nm und 672 nm dagegen werden in den Photodektor 46 geleitet. Nachdem es aufgrund des Vorliegens von Hämoglobin in diesem Wellenlängenbereich keinen Absorptionsscheitel gibt, erfolgt die Dämpfung des transmittierten Lichts im wesentlichen durch Lichtstreuung. Der Photodetektor 46 wandelt die Intensität des eingeleiteten Lichts in ein elektrisches Signal um, um dieses dann abzugeben. Dieses abgegebene Signal wird in die Gleichstrom- bzw. Wechselstromkomponente der Frequenz 1,5 MHz mit Hilfe der Filterkreise 50 bzw. 47 aufgetrennt. Die Wechselstromkomponente der Frequenz 1,5 MHz wird weiter mit Hilfe des Glättungskreises 48 in ein Gleichstromsignal umgewandelt. Der Rechenkreis 49 dividiert zum Erhalt des durch die Gleichung (5) [S&sub2; = (C/Iλ&sub2;) (ΔIλ&sub2;/Δλ&sub2;)] wiedergegebenen S&sub2;-Wertes den Ausgabewert des Glättungskreises 48 durch den Ausgabewert des Filterkreises 50.
Sodann berechnet der Rechenkreis 45 die Differenz S zwischen dem Wert S&sub1; und dem Wert S&sub2;. Hierdurch ist, wie aus der Gleichung (6) hervorgeht, der Erhalt eines Werts möglich, der proportional der Neigung des Absorptionskoeffizienten des Hämoglobins ist. Der Absorptionskoeffizient α kann dann aus dem vorstehend beschriebenen S-Wert mit Hilfe des Rechenkreises 51 auf der Grundlage der Relation zwischen dem S-Wert und dem Absorptionskoeffizienten α gemäß Fig. 2C erhalten werden.
Nachdem jedoch der Absolutwert von ΔI mit der Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform gemessen wird, kann nicht automatisch beurteilt werden, ob der Differentialquotient multipliziert mit der Wellenlänge des Koeffizienten α positiv oder negativ ist. Um beurteilen zu können, ob dieses Produkt aus Differentialquotient und Wellenlänge positiv oder negativ ist, ist es schwierig, bei der Messung klar zu unterscheiden, ob der Grad der Sauerstoffanreicherung des Hämoglobins hoch oder niedrig ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Diese Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Lichtabsorption des Hämoglobins ähnlich wie bei der vorangegangenen AUSFÜHRUNGSFORM 1. Nachdem es bei der AUSFÜHRUNGSFORM 1 nicht möglich war, zu beurteilen, ob das Produkt aus Differentialquotient und Wellenlänge des Absorptionskoeffizienten positiv oder negativ war, ergab sich die Notwendigkeit, die Messung mit klarer Unterscheidung zwischen den Fällen, in denen der Grad der Sauerstoffanreicherung des Hämoglobins hoch war, und den Fällen, in denen er niedrig war, zu beurteilen.
Im vorliegenden Fall kann der Absorptionskoeffizient unabhängig von dem Vorzeichen (positiv oder negativ) des Produkts aus Differentialquotient und Wellenlänge mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Fig. 5 zeigt den Aufbau der bei der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Vorrichtung. Der Unterschied gegenüber dem Aufbau der Vorrichtung gemäß AUSFÜHRUNGSFORM 1 besteht darin, daß die Dämpfungsfilter 61 und 62 bei der in AUSFÜHRUNGSFORM 1 verwendeten Anordnung entfallen und stattdessen Subtrahierglieder 71 und 72 sowie Recheneinrichtungen 43 bzw. 49 in der anschließenden Stufe vorgesehen sind.
Bei dieser Ausführungsform differieren, nachdem die vorstehend beschriebenen Filter keine Verwendung finden, die in die Probe geleiteten Lichtstrahlen 15 und 23 in ihrer Intensität als solche. Es wird nunmehr davon ausgegangen, daß die Intensität des auftreffenden Laserlichtstrahls 23 der Wellenlänge 572 nm m mal so hoch ist wie die Intensität des auftreffenden Laserlichtstrahls 15. Bezeichnet man die Intensitäten der transmittierten Lichtstrahlen der Wellenlängen 570 nm und 572 nm mit I&sub5;&sub7;&sub0; bzw. I&sub5;&sub7;&sub2;, wenn angenommen wird, daß die Intensität des auftreffenden Laserlichtstrahls der Wellenlänge 572 nm der Intensität des auftreffenden Laserlichtstrahls der Wellenlänge 570 nm in dem Fall entspricht, in dem die Intensität des auftreffenden Laserlichtstrahls der Wellenlänge 572 nm m mal so hoch wie die Intensität des auftreffenden Laserlichtstrahls der Wellenlänge 570 nm ist, so ist die Intensität des transmittierten Lichtstrahls der Wellenlänge 572 nm m mal so hoch wie I&sub5;&sub7;&sub2;.
Die vorliegende Ausführungsform entspricht dem letzteren Fall.
Um die vorliegende Ausführungsform besser verständlich zu machen, wird von der Annahme ausgegangen, daß das transmittierte Licht der Wellenlänge 572 nm (Intensität: m I&sub5;&sub7;&sub2;) in zwei Komponenten unterteilt wird. Die Intensität der Komponente A wird mit I&sub5;&sub7;&sub2; und die Intensität der Komponente B mit (m-1)I&sub5;&sub7;&sub2; bezeichnet.
In dem Fall, in dem in Betracht gezogen wird, das transmittierte Licht der Wellenlänge 570 nm (Intensität: I&sub5;&sub7;&sub0;) nur mit der Komponente A des transmittierten Lichts der Wellenlänge 572 nm (Intensität: I&sub5;&sub7;&sub2;) zu kombinieren, kann man davon ausgehen, daß die Schwankung in der Intensität des transmittierten Lichts identisch mit der in AUSFÜHRUNGSFORM 1 beschriebenen ist. Nachdem bei der vorliegenden Ausführungsform die B-Komponente des transmittierten Lichts hinzukommt, kann die Intensitätsschwankung ΔIT des transmittierten Lichts insgesamt wie folgt ausgedrückt werden:
ΔIT = (I&sub5;&sub7;&sub2; - I&sub5;&sub7;&sub0;) + (m - 1)I&sub5;&sub7;&sub2;
= ΔIλ&sub1; + (m - 1)I&sub5;&sub7;&sub2; (7)
Ferner kann aus dieser Gleichung (7) ein Ausdruck wie folgt erhalten werden:
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der von der Recheneinheit 43 berechnete S&sub1;'-Wert einen Inhalt gemäß der Gleichung (8) auf. Infolgedessen kann der S&sub1;-Wert [ = (∂αλ&sub1;/∂λ&sub1; + ∂sλ&sub1;/∂λ&sub1;) d] dadurch erhalten werden, daß man den Wert (m - 1)/Δλ&sub1; von diesem S&sub1;'-Wert mit Hilfe des Subtrahierglieds 71 abzieht.
Ferner hat der von der Recheneinheit 49 errechnete Wert einen entsprechenden Inhalt, der wie folgt ausgedrückt werden kann, wobei n für das Intensitätsverhältnis der auftreffenden Laserlichtstrahlen 34 der Wellenlänge 672 nm zu der Intensität des auftreffenden Laserlichtstrahls 28 steht:
Auch in diesem Fall kann der S&sub2;-Wert
dadurch erhalten werden, daß man den Wert (n - 1)/Δλ&sub2; von dem Wert S&sub2;' mit Hilfe des Subtrahierglieds 72 abzieht. Hieran anschließend kann, ähnlich wie bei AUSFÜHRUNGSFORM 1, der dem Produkt aus Differentialquotienten und Wellenlänge des Absorptionskoeffizienten α entsprechende S-Wert dadurch erhalten werden, daß man S&sub2; von S&sub1; mit Hilfe des Rechenkreises 45 subtrahiert. Ferner wird der Wert des Absorptionskoeffizienten aus diesem S-Wert mit Hilfe der Recheneinrichtung 51 erhalten.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung eindeutig im einzelnen hervorgeht, ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, den Koeffizienten der Lichtabsorption eines lichtabsorbierenden Stoffes in einem lichtstreuenden Material mit hoher Genauigkeit zu messen.

Claims

1. Verfahren zur Messung eines Absorptionskoeffizienten eines lichtstreuenden Materials mit mehreren Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- einen ersten Schritt zur Bestrahlung eines lichtstreuenden Materials (18) mit jeweils ersten und zweiten Lichtstrahlen (15, 23) unterschiedlicher Wellenlängen, die in einem Wellenlängenbereich liegen, der selektiv von dem lichtstreuenden Material absorbiert wird;

- einen zweiten Schritt zur Bestrahlung des lichtstreuenden Materials jeweils mit dritten und vierten Strahlen (28,34) unterschiedlicher Wellenlängen, die außerhalb des Wellenlängenbereichs liegen, der selektiv von dem lichtstreuenden Material absorbiert wird;

- einen Schritt zur Messung eines ersten Intensitätsunterschiedes (ΔIλ&sub1;) zwischen den ersten und zweiten durch das lichtstreuende Material (18) transmittierten Lichtstrahlen (15, 23);

- einen Schritt zur Messung eines zweiten Intensitätsunterschiedes (ΔIλ&sub2;) zwischen den dritten und vierten durch das lichtstreuende Material (18) transmittierten Lichtstrahlen (28, 34); und

- einen Schritt zum Erhalt des Absorptionskoeffizienten des lichtstreuenden Materials entsprechend den ersten und zweiten Unterschieden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Erhalt des Absorptionskoeffizienten folgendes umfaßt:

- einen Schritt zum Berechnen eines ersten Verhältnisses (S&sub1;) einer Rate des ersten Intensitätsunterschiedes (ΔIλ&sub1;) zu einem ersten Wellenlängenunterschied (Δλ&sub1;) zwischen den ersten und zweiten Lichtstrahlen (15, 23) bezüglich einer ersten Intensität (Iλ&sub1;) des ersten durch das lichtstreuende Material transmittierten ersten Lichtstrahls;

- einen Schritt zum Berechnen eines zweiten Verhältnisses (S&sub2;) einer Rate des zweiten Intensitätsunterschiedes (ΔIλ&sub2;) zu einem zweiten Wellenlängenunterschied (Δλ&sub2;) zwischen den dritten und vierten Lichtstrahlen (28, 34) bezüglich einer zweiten Intensität (Iλ&sub2;) des durch das lichtstreuende Material transmittierten dritten Lichtstrahls;

- einen Schritt zur Errechnung einer Differenz (S) zwischen dem ersten Verhältnis (S&sub1;) und dem zweiten Verhältnis (S&sub2;), und

- einen Schritt zum Erhalt des Absorptionskoeffizienten des lichtstreuenden Materials entsprechend der Differenz (S).

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die ersten und zweiten Differenzen durch eine erste und zweite Intensitätsableitung in bezug auf die Wellenlänge definiert sind.

4. Vorrichtung zur Messung der Absorption durch ein lichtstreuendes Material mit mehreren Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen, gekennzeichnet durch

- erste Einrichtungen (11-14, 16, 19-22, 61) zum Bestrahlen des lichtstreuenden Materials (18) jeweils mit ersten und zweiten Lichtstrahlen (15, 23) unterschiedlicher Wellenlängen, die in einem Wellenlängenbereich liegen, in dem das Licht selektiv durch das lichtstreuende Material absorbiert wird;

- zweite Einrichtungen (24-27, 29, 30-33, 62) zum Bestrahlen des lichtstreuenden Materials jeweils mit dritten und vierten Lichtstrahlen (28, 34) unterschiedlicher Wellenlängen, die außerhalb des Wellenlängenbereichs liegen, der selektiv von dem lichtstreuenden Material absorbiert wird, und

- Einrichtungen (40-51) zur Messung des Durchlaßgrades des lichtstreuenden Materials für jeden der ersten, zweiten, dritten und vierten Lichtstrahlen zum Erhalt eines Dämpfungsfaktors aufgrund der Absorption durch das lichtstreuende Material.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die genannte Meßeinrichtung zur Definition einer ersten Ableitung der Intensität nach der Wellenlänge unter Einbeziehung des Durchlaßgrades des Materials gegenüber den ersten und zweiten Lichtstrahlen; Einrichtungen zur Definition einer zweiten Ableitung der Intensität nach der Wellenlänge unter Verwendung des Durchlaßgrades des Materials für die dritten und vierten Lichtstrahlen, und Einrichtungen zum Erhalt eines Dämpfungsfaktors aufgrund der Absorption durch das lichtstreuende Material entsprechend den ersten und zweiten Ableitungen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Meßeinrichtungen Mittel zur Definition einer ersten Intensitätsschwankungsrate zwischen den transmittierten ersten und zweiten Lichtstrahlen gegenüber der Wellenlängenschwankung zwischen den ersten und zweiten Lichtstrahlen, Mittel zur Definition einer zweiten Intensitätsschwankungsrate zwischen den transmittierten dritten und vierten Lichtstrahlen gegenüber der Wellenlängenschwankung zwischen den dritten und vierten Lichtstrahlen sowie Mittel zum Erhalt des Dämpfungsfaktors aufgrund der Absorption durch das lichtstreuende Material entsprechend den ersten und zweiten Raten aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Meßeinrichtung Mittel zum Messen eines ersten Intensitätsunterschiedes zwischen den ersten und zweiten durch das lichtstreuende Material transmittierten Lichtstrahlen, Mittel zum Messen eines zweiten Intensitätsunterschiedes zwischen den dritten und vierten durch das lichtstreuende Material transmittierten Lichtstrahlen sowie Mittel zum Erhalt des Absorptionsgrades durch das lichtstreuende Material entsprechend dem ersten und zweiten Intensitätsunterschied aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Meßeinrichtung Mittel (40) zum Messen eines ersten Intensitätsunterschiedes (ΔIλ&sub1;) zwischen den ersten und zweiten durch das lichtstreuende Material (18) transmittierten Lichtstrahlen (15, 23), Mittel (41-44) zur Berechnung eines ersten Verhältnisses (S&sub1;) einer Rate des ersten Intensitätsunterschiedes (ΔIλ&sub1;) gegenüber einem ersten Wellenlängenunterschied (Δλ&sub1;) zwischen den ersten und zweiten Lichtstrahlen (15, 23) und zu einer ersten Intensität (Iλ&sub1;) des ersten durch das lichtstreuende Material transmittierten Lichstrahls, Mittel (46) zum Messen eines zweiten Intensitätsunterschiedes (ΔIλ&sub2;) zwischen den durch das lichtstreuende Material (18) transmittierten dritten und vierten Lichtstrahlen (28, 34), Mittel (47-50) zur Berechnung eines zweiten Verhältnisses (S&sub2;) einer Rate des zweiten Intensitätsunterschiedes (ΔIλ&sub2;) gegenüber einem zweiten Wellenlängenunterschied (Δλ&sub2;) zwischen den dritten und vierten Lichtstrahlen (28, 34) und zu einer zweiten Intensität (Iλ&sub2;) des dritten durch das lichtstreuende Material hindurchgesandten Lichtstrahls, Mittel zur Errechung eines Unterschiedes (S) zwischen dem ersten Verhältnis (S&sub1;) und dem zweiten Verhältnis (S&sub2;) sowie Mittel (51) zum Erhalt des Absorptionsgrades des lichtstreuenden Materials entsprechend dem Unterschied (S).