WO2008046464A1 - Method and device for measuring the concentration of at least one substance from a group of n substances contained in a sample material and influencing the dispersion of the sample material - Google Patents

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WO2008046464A1
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wavelength
concentration
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Daniel Bublitz
Michel Stutz
Martin KÜHNER
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Carl Zeiss Ag
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    • G01N21/45Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for measuring the concentration of at least one substance from a group of n substances in a sample material and influencing the dispersion of the sample material, in particular for measuring the glucose concentration in the aqueous humor of the eye.
  • Such non-invasive measurement of glucose content is preferred because of non-invasive performance.
  • the conventional standard blood sugar measurement based on the glucose oxidation repeatedly encounter difficulties, since this method requires a blood sample from the body and thus is an invasive procedure.
  • the object is achieved by a method for measuring the concentration of at least one substance from a group of n substances located in a sample material and influencing the dispersion of the sample material, in which a) a beam having electromagnetic radiation with a discrete wavelength spectrum is divided into a measuring and a reference beam, wherein the beam n + 1 has different wavelengths, b) guided the measuring beam through the sample material and then with the not by the sample material c) the intensity of the interference radiation is measured simultaneously and selectively for each of the n + 1 wavelengths, d) n pairs of wavelengths from the n + 1 wavelengths are formed so that the wavelength difference of each pair is different for all the wavelength differences of the other pairs, e) from the measured intensities for each of the n pairs a difference between the refractive index of the sample material for the one wavelength of the pair and the refractive index of the sample material for the other wavelength of the pair is determined each of the a relative dispersion is provided which describes only the influence of the individual substance on the dispersion
  • the advantage is achieved that such parameters of the sample material and / or the measuring arrangement for the measuring and the reference beam, although change the phase, but not dependent on the wavelength, need not be known because these parameters cancel each other in the difference formation.
  • the sample material may in particular be transparent or partially transparent tissue or aqueous solutions, such as. B. the aqueous humor of the human eye act.
  • the measuring beam is preferably reflected at the interface between the aqueous humor and the front of the crystalline lens.
  • the measuring beam can be focused on this interface.
  • a measurement can be carried out with a at a further interface between the back of the cornea of the eye and the aqueous humor to the influence of the cornea (ie the influence on the phase shift in measuring the reflected Meßbündels at the interface between aqueous humor and eye lens) to take into account the measurement of the concentration of a substance in the aqueous humor.
  • the measuring beam which is reflected at the further boundary surface (which may in particular be focused on the further boundary surface) is preferably used.
  • the measuring beam can be reflected back into itself so that it is passed twice through the sample material.
  • an interface adjacent to the sample material can serve as a mirror. If the sample material is the aqueous humor of an eye, the interface may be the contiguous side of the eye lens.
  • the n + 1 wavelengths and the intensities of the n + 1 wavelengths in the beam can be measured (preferably simultaneously with the measurement of the intensity of the interference radiation) and in steps d and e the measured wavelengths and the intensities of the n + 1 wavelengths are used in the beam.
  • one of the n + 1 wavelengths can be selected as the reference wavelength, which is one of the two wavelengths in each of the n pairs.
  • the reference wavelength which is one of the two wavelengths in each of the n pairs.
  • the measuring beam and the reference beam can be coupled into two arms of a Michelson interferometer arrangement, the sample material being arranged in the arm into which the measuring beam is coupled. This makes it easy to generate the required interference radiation.
  • the measuring beam is detected in particular confocal. As a result, unwanted interference radiation is effectively suppressed, resulting in a higher measurement accuracy.
  • the relative dispersions are preferably provided in each case based on one of the n + 1 wavelengths.
  • one of the n + 1 wavelengths may be the reference wavelength, thereby further simplifying the calculation of the concentration of the at least one substance.
  • the sample material may comprise a major medium, and to provide the relative dispersion, for each substance, the phase change for different wavelengths at a predetermined concentration of only one substance in the main medium may be measured.
  • an interferometer arrangement according to Michelson can be used for this measurement.
  • step g the length of the distance that the measuring beam passes through the sample material can be determined. The length is then taken into account in step g.
  • the determination of the route length can be carried out, for example, with an external device.
  • an external device For example, if the sugar concentration in the aqueous humor of a person's eye is to be determined, known devices for measuring the length of the anterior chamber can be used. The measured value is then preferably stored in an evaluation unit of a device with which the method according to the invention can be carried out. Further, it is possible to select one of the n pairs of wavelengths from step d. This is then compared with a known water dispersion function which describes the phase shift when passing through a water section of predetermined length as a function of the wavelength difference and the water path. From this, it is then possible to deduce the actually passed length in the anterior chamber.
  • the measuring beam can be focused, the measuring focus being shifted from the back of the comonomer to the front of the lens, and this displacement can be measured directly.
  • n + 1 wavelengths can be contained in the beam and also detected wavelength-selective.
  • p wavelengths where p> n + 1, one usually comes to an overdetermined system of equations, which can be solved by minimizing the sum of the error deviations.
  • step d If p wavelengths are used, p pairs of wavelengths are also formed in step d, and a difference value is determined for each of the p pairs in step e.
  • step f of course, n dispersions are still provided, which are used in step g for the linear superposition.
  • the sample material may comprise a main medium for which in step f a relative dispersion is provided which describes only the influence of the main medium on the dispersion of the sample material as a function of the wavelength difference and the span to be traversed by the measuring beam, and in step g, in addition to the n relative dispersions of the n substances with the concentration of the individual substances as a parameter, the relative dispersion of the main medium with the route to be traversed is taken into account as a parameter for determining the concentration of the at least one substance.
  • n + 2 wavelengths in the beam may be used, with the additional (n + 2nd) wavelength being used to determine the length of the anterior chamber.
  • the individual wavelengths of the beam have a bandwidth such that their coherence length is greater than 0.1 mm.
  • their coherence length is even smaller than 5 mm, that is in the range of 0.1 to 5 mm, the additional advantage can be achieved when determining the concentration of a substance in the aqueous humor of the eye, that when focusing the Meßbündels on the Lens front side unwanted reflections on the cornea lead to no (or a very small) contribution to the interference radiation due to the specified coherence length.
  • the reference beam in step b can be guided through a dispersion reference unit which compensates at least part of the dispersion of the sample material.
  • a dispersion reference unit which compensates at least part of the dispersion of the sample material.
  • the dispersion of the dispersion reference unit is of course known and is taken into account in the concentration determination.
  • the dispersion reference unit is particularly advantageous if the sample material has a main medium (in the determination of the concentration of a substance in the aqueous humor of a person's eye, the main medium is the water in the aqueous humor), which imparts a relatively large phase change to the measuring beam.
  • this phase change which is relatively large compared to the phase change caused by the individual substances in the aqueous humor, can be largely compensated by the dispersion reference unit.
  • the dispersion reference unit may comprise a dispersion reference body which may be formed as a transparent solid or liquid of known dispersion (e.g., of known thickness and temperature).
  • the beam splitter can be designed as a dispersion reference body.
  • the dispersion reference unit can also be designed such that the reference beam is divided into different reference sub-beams as a function of wavelength, the dispersion of which is compensated in each case as a function of wavelength and then superimposed to form a dispersion-compensated reference beam, which is combined with the test beam in FIG.
  • Step b) is superimposed.
  • This can be used, for example, in a Michelson construction to provide different reference arms of different lengths, so that excellent dispersion compensation can be performed.
  • the measuring beam can be reflected back into itself and thereby pass through the sample material twice. This is easily achieved, especially in a construction according to Michelson.
  • the measuring beam is focused in the plane in which it is reflected.
  • concentration of a substance in the aqueous humor of the eye this is for example the interface between the aqueous humor and the front of the Eye lens.
  • the focus position can be determined by changing the focus length.
  • the distance between the sample material to be examined and the plane in which the measuring beam is focused can be changed.
  • the interference radiation may be substantially opposite to the beam.
  • the method can be realized with an extremely compact measuring device.
  • the object is achieved by a device for measuring the concentration of at least one substance from a group of n substances located in a sample material and influencing the dispersion of the sample material, with an interferometer module having a measuring arm and a reference arm, wherein the sample material in the Measuring arm is arranged, a the interferometer module downstream detection module, a beam generating module which generates a beam having electromagnetic radiation with a discrete wavelength spectrum with n + 1 different wavelengths and which is divided by the interferometer into a Meßbündel for the measuring arm and a reference beam for the reference wherein the interferometer module passes the measuring beam through the sample material and then superimposed with the not guided by the sample material reference bundle from the reference arm for generating interference radiation and the detection module, which measures the intensity of the interference radiation simultaneously and selectively for each of the n + 1 wavelengths, an evaluation module that forms n pairs of wavelengths from the n + 1 wavelengths such that the wavelength difference of each pair is different from all the wavelength differences of the other pairs, measured intensities
  • the beam generating module can simultaneously measure the n + 1 wavelengths and the intensities of the n + 1 wavelengths in the beam for intensity measurement of the interference radiation, and the evaluation module can use the measured wavelengths and intensities of the n + 1 wavelengths in the beam to determine the refractive index difference.
  • the evaluation module can select one of the n + 1 wavelengths as the reference wavelength, which is one of the two wavelengths in each of the n pairs. This simplifies the calculations of the substance concentration.
  • the sample material may be the aqueous humor of an eye, in which case the Mefibündel is reflected at the interface between aqueous humor and eye lens. This makes it very easy to measure the sugar concentration in the aqueous humor of the eye. If the dependence of the glucose concentration in the aqueous humor on the glucose concentration in the blood is known, the glucose concentration in the blood can thus be determined by measuring the glucose concentration in the aqueous humor of the eye.
  • the detection module confocally detects the measuring beam. This increases the accuracy of measurement.
  • the interferometer module has in particular a structure according to Michelson. With this structure, the required measurement accuracy can be easily achieved.
  • the evaluation module may provide each of the n relative dispersions, each related to an n + 1 wavelength.
  • the evaluation module provides the n relative dispersion with respect to the reference wavelength.
  • the sample material may comprise a main medium, wherein to provide the relative dispersion for each substance, the phase change for different wavelengths at a predetermined concentration of only one substance in the main medium is measured.
  • a conventional interferometer can be used.
  • both the reference arm and the measuring arm can be completed by an end mirror.
  • the main medium of a certain thickness is introduced in each case, wherein in the measuring arm or in the reference arm the main medium of a substance is supplied with the predetermined concentration. Then, for different wavelengths, the relative dispersion can be measured.
  • the device according to the invention can also determine the length of the distance that the measuring beam passes through the sample material, and the evaluation module can take into account the length in determining the refractive index differences.
  • the beam generation module may comprise a measuring unit which continuously measures the individual wavelengths. This makes it possible to use relatively inexpensive laser diodes whose actual wavelength is always measured.
  • a portion of the radiation can be coupled, wherein the decoupled at both positions radiation is superimposed so that interference radiation is generated.
  • the intensity of this interference radiation is measured as a function of wavelength.
  • two plane-parallel interfaces can be arranged at the two positions. This can be realized in a particularly simple manner by means of a cavity resonator which has two spaced-apart and parallel aligned interfaces in the propagation direction of the radiation beam. These can be realized for example by wedge-shaped plates, wherein the mutually facing sides of the wedge-shaped plates are aligned parallel to each other.
  • the wedge-shaped plates are preferably welded with a plane-parallel spacer layer around the beam cross-section of the same material, so that an airtight interior closed, in which gas or air can be located or in which there is a vacuum.
  • the wedge-shaped plates and the spacer layer are dimensioned and formed from such a material that the distance between the facing sides, for example, by not more than 10 "6 changed.
  • a dispersion reference unit can be introduced, which compensates a part of the dispersion in the measuring arm (as the reference beam imprinted a similar phase shift as the sample material to the measuring beam).
  • This is particularly advantageous in the measurement of the concentration of a component in the aqueous humor of a person's eye, since the dispersion reference body in this case is preferably designed so that it can change the phase by passing through the aqueous chamber alone (ie the aqueous humor without the other components ) as well as completely compensated.
  • the dispersion reference body may include, for example be transparent solid or a liquid each having a known thickness, temperature and dispersion. In a Michelson setup, the dispersion reference body may be the beam splitter for splitting the beam into measurement and reference beams.
  • each reference lower arm can be adjusted individually (for example via the position of the end mirror), whereby an excellent dispersion compensation can be achieved.
  • a dispersion reference body can be arranged in at least one subarm again. In this case, the length of the corresponding partial arm can not (but need not) be adjustable.
  • the number of reference lower arms preferably corresponds to the number of wavelengths.
  • the dispersive element may be e.g. be designed as a prism, dichroic mirror or as a grid.
  • the merging or splitting of the individual radiations can take place here via dichroic dividers, via a grating or via a prism.
  • the beam generation module can have, for example, n + 1 beam sources.
  • the actual wavelength can be continuously measured.
  • the measurement can be carried out for example with the above-described Hohlraumresonatorü, said "should guarantee. 6, the length of the interior of the Hohlraumresonatorü so should not vary with time and not more than 10" a measurement accuracy of the wavelengths of 10 change. 6
  • At least one of the radiation sources is wavelength stabilized, e.g. a wavelength stabilized laser.
  • the length of the interior of the Hohlraumresonatorü could change over time, since this length can be normalized by the wavelength-stabilized laser and thus the wavelengths of the remaining radiation sources can be determined very accurately.
  • the device also has a focusing module with which the focus position of the measuring beam can be changed in the direction of propagation.
  • the focusing module is designed so that the measuring beam can be focused at least on the back of the cornea and on the front of the eye lens. This is preferably realized by moving the entire interferometer module relative to the sample material. Alternatively, the sample material may also be moved relative to the interferometer module.
  • the measured concentration of the constituent may be compared with, for example, the concentration of that constituent in the person's blood. The concentration in the blood will usually be invasive to determine.
  • the sugar content in the blood is to be determined
  • the sugar content in the aqueous humor of the eye can be determined.
  • a correction factor or a correction function is then obtained, which makes it possible to convert the blood sugar concentration or the blood sugar level based on the measured sugar concentration in the aqueous humor.
  • the correction factor or the correction function can be stored in particular in the evaluation module of the measuring device.
  • the device may also be designed so that the interference radiation extends substantially in the opposite direction to the beam in the beam generating module, so that the same optical elements for guiding the beam and for guiding the interference radiation can be used. This leads to a saving of optical components, whereby the device is smaller, lighter and cheaper overall.
  • n + 1 wavelengths can be used in the same way as described above in connection with the measuring method.
  • the device according to the invention may in particular be designed so that the method according to the invention and the developments of the method according to the invention can be carried out with it.
  • Fig. 1 is a schematic view of a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is an enlarged fragmentary view of the eye A of Fig. 1;
  • FIG. 3 is an enlarged view of the cavity resonator unit 25 of FIG. 1;
  • FIG. Fig. 4 is a schematic side view of a part of the beam generation module 1 of Fig. 1;
  • Fig. 5 is a graph showing relative dispersions of individual aqueous humor components;
  • Fig. 6 is a schematic view of a second embodiment of the device according to the invention, and
  • FIG. 7 is a schematic side view of a portion of the beam generating and measuring module of FIG. 6.
  • the inventive device for measuring the concentration of at least one substance from a group of several in a sample material and the dispersion of the sample material influencing substances is designed so that with it the glucose concentration in the aqueous humor of an eye A of Person can be measured.
  • a phase shift caused by the aqueous humor is measured interferometrically for different wavelengths.
  • the known influence, the sugar and each of the further components alone as a function of its concentration on the refractive index of the aqueous humor.
  • Calculated can then be determined from the known influence of the individual substances and the measured phase shift, the concentration of each of the substances and thus also the sugar concentration.
  • the proportion of aqueous humor in the phase shift is also taken into account, since this is usually due to a slight change in the length of the anterior chamber, e.g. due to temperature changes or because of the pulse beat of the person, is not constant.
  • the device has a beam generation module 1, an interferometer module 2, a detection module 3 and an evaluation module 4.
  • the beam generation module 1 comprises eight laser diodes 5 to 12, each of which emits a laser beam with a different wavelength.
  • the laser diodes 5 to 12 used laser beams with the wavelengths 405 nm, 445 nm,
  • the beam 20 is directed via the elements 21 to 26 and 56, which will be explained in more detail below, to a beam splitter 27 of the interferometer module 2.
  • the beam splitter 27 splits the beam 20 into a measuring beam 28, which is directed to the eye A located in the measuring arm 30 of the interferometer module 2, and into a reference beam 29, which is directed into a reference arm 31 of the interferometer module 2.
  • the reference arm 31 has an end mirror 32 which reflects the reference beam 29 back to the beam splitter 27.
  • the measuring beam 28 as shown in particular the enlarged detail view of the eye A in Fig. 2, through the cornea 33, the aqueous humor 34 in the anterior chamber of the eye A and is at the interface between aqueous humor 34 and eye lens 35 in reflected back, so that the measuring beam 28 runs to the beam splitter 27 and is superimposed co-linear there with the reference beam 29 reflected back from the end mirror 32.
  • the beam 20 or Meßbündel 28 is focused on the front as an eye lens 35.
  • the two mirrors 23, 24 and the pinhole diaphragm 56 cause confocal filtering of the beam 20 to ensure the colinearity of the laser beams in the beam 20.
  • the optical lengths of the measuring and reference arm 30, 31 are chosen so that the superimposed by means of the beam splitter 27 Meßbündel 28 and reference beams 29 interfere with each other, so that interference radiation 36 is generated (Fig. 1).
  • the intensity of the interference radiation 36 is measured in the detection module 3 selectively for each of the eight wavelengths.
  • the interference radiation 36 is guided via a concave mirror 37 through a diaphragm 38.
  • the concave mirror 37 and the diaphragm 38 are used for confocal suppression of unwanted interference radiation, that is to say interference radiation which has not been generated by the reference beam 28 reflected at the eye lens 35 and the reference beam 29 reflected at the end mirror 32.
  • the interference radiation 36 thus detected confocally is reflected at a further concave mirror 39, which directs the interference radiation 36 as a parallel beam onto a prism 40, which deflects the different wavelengths in the interference beam due to its dispersion to different degrees.
  • the interference radiation 36 emerging from the prism 40 and fanned as a function of the wavelength strikes a concave focusing mirror 41 which detects the Interference radiation directly or via the polygon mirror 42 to eight separate detectors 43, 44, 45, ... 50 directs.
  • a concave focusing mirror 41 which detects the Interference radiation directly or via the polygon mirror 42 to eight separate detectors 43, 44, 45, ... 50 directs.
  • the intensity values thus measured are a measure of the phase shift between the measuring beam 28 and the reference beam 29 and thus also a measure of the sugar level in the aqueous humor and are supplied to the evaluation module 4.
  • the intensities and precise wavelengths of the laser beams of the eight laser diodes 5-12 are supplied to the evaluation module 4 (ie, the laser radiation coupled into the interferometer module 2), which are measured as follows.
  • the laser radiation generated by the laser diodes 5-12 is linearly polarized and is passed through a polarizer 21 (here a Rochon prism or a Wollaston prism), from which the beam emerges linearly polarized and then through an achromatic ⁇ / 4 element 22 (here eg a Fresnel rhombus or a K prism), which converts the polarization into circular polarization.
  • a polarizer 21 here a Rochon prism or a Wollaston prism
  • an achromatic ⁇ / 4 element 22 here eg a Fresnel rhombus or a K prism
  • a cavity between a front and rear glass element 51, 52 is formed by
  • Spacers 53 and 54 which are also made of glass, sealed to the outside.
  • the elements 52 to 54 are all made of a special glass which has a very low expansion with temperature changes.
  • the facing sides of the front and rear glass elements 51 and 52 are aligned parallel to each other and have a reflectivity of about 4%.
  • a certain part of the beam 20 is reflected back on both sides in each case.
  • the reflected portions interfere with each other and are guided via the mirrors 24 and 23 to the ⁇ / 4 unit 22, which converts the circular polarization of this radiation into linear polarization, the polarization direction being 90 ° to the polarization direction of the polarizer 21 to the ⁇ / 4 unit 22 coming beam 20 is rotated. Due to this rotated linear polarization, the polarizer 21 deflects the reflected-back light downwards, as shown diagrammatically in the side view of FIG. The back-reflected light therefore does not strike the laser diode 5 but the detector 55 arranged below the laser diode 5, which measures the intensity of the back-reflected radiation.
  • a detector 55 is disposed below each laser diode 5 to 12 so that, due to the diochroic splitters 13 to 19, the intensity of the back-reflected radiation can be selectively measured for each wavelength. From the measured intensity, the wavelength of the laser radiation in the beam 20, which is coupled into the interferometer module 2, can be calculated for each laser diode 5-12. For this purpose, of course, the measured values of the detectors 55 are supplied to the evaluation module 4 via lines not shown.
  • the actual wavelength of the respective laser radiation can be calculated from the measured intensity.
  • the accuracy of the measurement of the actual wavelength depends on the accuracy with which the distance of the two mutually facing sides of the glass elements 51 and 52 is known. Since the glass elements have an extremely low thermal expansion and the cavity resonator unit 25 can still preferably be kept at a constant temperature in order to avoid temperature changes in the enclosed cavity, the distance between the two sides is known with an accuracy of 1.times.10.sup.- 6 be measured with this accuracy, so that even rapid time fluctuations of the wavelengths can be measured synchronously to the measurement of the interference signals in the detector module 3.
  • the opposite sides of the front and rear glass element 51, 52 are inclined relative to the sides facing each other so that the radiation reflected on the opposite sides of the radiation does not enter the detector 55 (it is for the most part already held by the aperture 56), so that this radiation does not affect the measurement of the intensity of the radiation reflected at the mutually facing sides of the glass elements 51, 52.
  • ⁇ n ( ⁇ ) can be referred to as a relative dispersion of the aqueous humor with respect to a reference wavelength X 0 . Due to the fact that only the refractive index difference values are determined here, the parameters which change the phase but do not depend on the wavelength need not be known, since these parameters cancel each other out during the subtraction. Since the measurement is carried out simultaneously for all wavelengths, even temporal fluctuations of individual parameters, which are caused, for example, by the pulse beat and hardly to be avoided eye movements, have no influence on the measurement accuracy. This simplifies the measurement significantly.
  • the relative dispersion ⁇ n stO ff (K ⁇ ) n stOff (k, ⁇ ) -n Sto ff (k, ⁇ 0 ) as a function of the substance concentration k and relative to the reference wavelength ⁇ 0 .
  • the relative dispersion for five aqueous humor components for each of the indicated concentration is shown. It is plotted along the x-axis and along the y-axis in rad the
  • L ' ⁇ 2 ⁇ L 'relative dispersion times (hereinafter also referred to as the relative dispersion phase).
  • L ' ⁇ is a known length to be considered for obtaining the relative dispersion shown, due to the measurement described below.
  • the maximum wavelength difference is 895 nm (point P2).
  • the measured values were obtained by arranging in each case a water-filled cuvette with a thickness L 'of 5 mm in a Michelson interferometer arrangement in both arms. For example, one of the two cuvettes was added with NaCl until a concentration of 6.5 g / l was reached. Then the phase changes were measured for the specified wavelength differences. After the relative dispersion phase is directly proportional to the concentration in the relevant concentration range, the relative dispersion phase for NaCl as a function of the substance concentration and the wavelength ⁇ in relation to the reference wavelength ⁇ 0 is therefore known after measurement for a concentration.
  • the relative dispersion for alcohol not being shown here for ease of illustration since it is qualitatively similar to the relative dispersion of NaCl but has significantly greater absolute values for the dispersion phase ,
  • the Determination of the relative dispersion with the same wavelengths used in the device according to the invention is made individually for each of the remaining materials, the relative dispersion for alcohol not being shown here for ease of illustration since it is qualitatively similar to the relative dispersion of NaCl but has significantly greater absolute values for the dispersion phase .
  • FIG. 5 shows the relative dispersion phase for water for a length of 40 ⁇ m.
  • the evaluation module 4 carries out a linear superposition with the known relative dispersions of six individual substances (FIG. 5) with the concentration of the individual substances as parameters and the relative dispersion of water with the water length as parameters in such a way that they come from them resulting relative total dispersion having the values of relative dispersion (according to formula 1) determined as functional values.
  • the resulting parameters then correspond to the concentrations of the substances in the aqueous humor (or, in the case of water, the parameter value of the water segment corresponds to).
  • the described path is preferably chosen here, in which one determines the length L of the anterior chamber with an accuracy of, for example, ⁇ 10% and, during the mathematical determination as a substance, takes into account the relative dispersion of water.
  • the length L can be measured in advance, for example, with known measuring devices. As a rule, a single determination suffices for an eye and a person, since the length L of the anterior chamber can be determined with the desired accuracy of e.g. ⁇ 10% is considered to be a substantially constant value for a person.
  • the anterior chamber length is usually in the range of 1, 5 to 6 mm.
  • the length L can also be derived directly from the determined refractive index difference values. It is assumed that only the length of the anterior chamber (and thus the length of the aqueous humor passed through the laser radiation) determines the measured relative dispersion values or the measured phase. Thus, the influence of the substances on the phase is neglected, which is possible here because the absolute influence of the substances on the phase is about 10% and the sugar concentration should also be determined with an accuracy of 10%.
  • To calculate the length of the anterior chamber one starts from the relative dispersion phase of water as a function of the passing length in the water.
  • the evaluation module 4 can determine the relative total dispersion by varying the length L (in formula 1), in which the determined values of the relative dispersion phase are contained as function values.
  • the length L can be measured.
  • subtraction the measured values in reflection at the front of the eye lens 35 on the one hand and on the back of the cornea 34 on the other hand
  • Influence of the dispersion of the cornea on the dispersion measurement in reflection at the front of the eye lens 35 are calculated out.
  • the absolute maximum intensity (zero order) is measured.
  • higher interference orders are measured. This can be determined, for example, by measuring over a certain period of time. Since already due to the normal eye movements and thickness variations of the anterior chamber (eg due to the pulse beat) during the measurement, a variation of the length of the measuring arm 30 of the Interferometermod ⁇ ls 2 occurs, which leads to a passage of several interference maxima, is preferably continuously measured by means of the detection module 3, so that the variations in intensity are also detected. It can therefore be determined, for example, by simply counting the maximum intensity which interference order has just been measured.
  • the relative dispersion can be determined at a first time. If in the consequence only changes of the concentration of the
  • the relative dispersion determined at the first time can be subtracted in the case of a new measurement.
  • the change can be measured very accurately relative to the first time, without having to measure the dispersion of the cornea, if this dispersion should not be included in the dispersion signal of the aqueous humor.
  • a passive migration of the focus can preferably be exploited, which occurs, for example, solely due to the pulse beat of the person whose aqueous humor concentration is to be measured.
  • the focusing can be effected by manually moving the eye A to and from the beam splitter 27.
  • the intensity of the interference radiation is continuously measured as a function of wavelength, so that the phase can also be determined continuously.
  • the maximum and minimum of the measured intensity for each wavelength may be determined by interpolating an envelope, as the amplitude changes due to confocality and coherence.
  • Each measured value of the detectors 43 to 50 is then related to the local amplitude and from this the phase is determined.
  • This described passive migration of focus can of course also be carried out in the above-described reference measurement at the interface between cornea and aqueous humor.
  • a dispersion compensation body into the reference arm.
  • This may be, for example, a solid of known thickness and dispersion, tempered water of known thickness and / or water of known thickness with temperature measurement.
  • a selective dispersion compensation for each wavelength for example dispersive elements in the form of a grating, a prism and / or a dichroic can be used.
  • a splitting of the beam paths for each wavelength is generated by the dispersive element, so that the reference arm is divided into n lower arms.
  • Each forearm has an end mirror that allows the length of each forearm to be adjusted independently of the lengths of the remaining forearms.
  • dispersion compensation for each wavelength can be achieved, which facilitates concentration determination.
  • the resulting compensation of the dispersion is taken into account in the subsequent computational determination of the sugar concentration.
  • the dispersion compensation is advantageous here, since the relatively large proportion of the phase shift produced, which is caused by the aqueous humor and does not provide any information about the sugar concentration, can be almost completely compensated, whereby the measurement accuracy can be increased.
  • a plurality of (here 8) separate laser light sources are precisely measured or referenced via the cavity unit 25, the ⁇ / 4 unit 22, the polarizer 21 and the detectors 55.
  • This has the advantage, among other things, that this solution is extremely cost-effective.
  • stabilized lasers can also be used. In this case, no separate measurement of wavelength and intensity is necessary.
  • the cost of such a device is significantly higher due to the stabilized lasers compared to the solution shown in FIG.
  • the elements 21, 22 and 25 are essentially used in FIG. However, one can omit the elements 21 and 22, if the facing sides of the glass elements 51, 52 are no longer aligned perpendicular to the incident beam 20, but at an angle of unequal
  • Beam separation achieved so that the reflected radiation is no longer colinear to the incident beam 20.
  • the determination of the sugar concentration may be performed as follows.
  • the patient holds his eye A in front of the device in the position shown in Fig. 1. If the device is compact enough, the patient can also hold the device in front of his eye.
  • the eye is illuminated with the illumination beam 20, with the focus actively or passively traveling through the aqueous humor / eye lens interface, measuring all the signals from the detectors 43 through 50 and 55. From the measured values, the evaluation module 4 determines the relative dispersion for seven wavelength differences.
  • the known relative dispersions of the individual substances (Figure 5) are linearly combined with the concentration of the individual substances as parameters and the relative dispersion for water with the water length as parameters such that the resulting total relative dispersion covers the determined relative dispersion values (according to formula 1).
  • the calculated coefficient for glucose is a measure of the glucose concentration in the aqueous humor.
  • the dispersion of the cornea 33 influences the measured dispersion since the measuring bundle 28 also passes through the cornea 33.
  • the influence of the cornea can be measured by focusing the measuring beam 28 on the interface between the back of the cornea 33 and the aqueous humor 34.
  • a passive migration of the focus of the measuring beam 28 through this interface can also be used in this case.
  • the thus measured relative dispersion of the cornea 33 is subtracted from the measured dispersion when focusing on the interface between aqueous humor 34 and the front of the lens 35, so that a difference Dispersion is present.
  • the linear superposition is then carried out so that the total dispersion has the measured values of the difference dispersion determined.
  • a higher absolute accuracy of the measurement of sugar concentration is achieved.
  • Fig. 6 a further embodiment of the measuring device according to the invention is shown, which is a modification of the measuring device of Fig. 1. Therefore, like elements are designated by like reference numerals, and to avoid unnecessary repetition, reference is made to the corresponding description above regarding these elements.
  • the measuring device of Fig. 6 differs from the measuring device of Fig. 1 substantially only in that the cavity unit 25 is disposed between the divider 19 and the polarizer 21 in the embodiment of Fig. 6 with respect to the beam generating module 1. Further, the cavity resonator 25 is arranged so that the facing sides of the glass elements 51 and 52 are no longer aligned perpendicular to the incident beam 20, as indicated in the enlarged side view of the cavity unit 25 in Fig. 7.
  • the dividers 13 to 19 are not shown in FIG. 7 in the same way as in FIG. 4, and the beam path is shown schematically only for one laser diode (here the diode 5) and thus only for one wavelength.
  • the intensity of the back-reflected radiation can be measured selectively. From this measured intensity, in turn, the wavelength of the laser radiation in the beam 20, which is coupled into the interferometer module, can be calculated.
  • the measuring arm and reference arm 30, 31 of the interferometer module 2 have the same structure as in the embodiment of Fig. 1. However, in the measuring arrangement of Fig. 6, the interference radiation is detected, which runs from the beam splitter 27 to the deflecting mirror 26, which thus by superimposing the at the beam splitter 27 to mirror 26 towards reflected Measuring beam 28 is generated with the beam splitter 27 transmitted reference beam 29.
  • the propagation direction of the interference radiation is indicated by the arrow P3.
  • the interference radiation is circularly polarized, since the coupled into the interferometer module 2 beam is circularly polarized due to the polarizer 21 and the achromatic ⁇ / 4 element 22 through which the beam 20 before coupling into the interferometer module 2 runs.
  • the interference radiation which now runs in the opposite direction to the direction of the radiation beam 20 in the beam generation module 1, is deflected at the mirrors 26, 24, passes through the diaphragm 56 between the mirrors 24 and 23 and then impinges on the mirror 23 on the ⁇ / 4. Element 22. After passing through the element 22, the circular polarization of the interference radiation is converted into a linear polarization, but the polarization direction is rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of the radiation beam 20 coming from the polarizer 21 to the ⁇ / 4 unit 22. As a result of this rotation of the linear polarization direction, a deflection downwards takes place in the polarizer 21 (FIG.
  • the interference radiation strikes the mutually facing sides of the glass elements 51 and 52 as perpendicularly as possible.
  • the interference radiation thus passes through the cavity unit 25 and then encounters a detector 43 which is disposed below the detector 55. Since a respective detector 55 for measuring the intensity of the supplied laser radiation and a detector 43-50 for measuring the intensity of the interference radiation of the corresponding wavelength is arranged below each laser diode 5-12, the intensity in the radiation beam and the intensity can thus be determined for each of the eight wavelengths the interference radiation are measured.
  • the structure can, of course, be chosen so that only the laser radiation coming from the laser diodes 5-12 passes through the cavity unit 25 and that the interference radiation no longer passes through the cavity resonator 25.
  • the dichroic dividers 13 to 19 are thus used both for the generation of the laser radiation (ie for the beam generation module 1) and for the detection and thus for the detection module 3. Therefore, as compared with the embodiment of Fig. 1, a plurality of optical elements (here, for example, elements 37-42) can be saved, resulting in a less expensive, more compact and lighter measuring device. Furthermore, it has been found that the influence of unwanted spurious radiation in the construction of Fig. 6 is lower and that the adjustment is easier, since the laser diodes 5 - 12 and the detectors 55 and 43 - 50 are arranged locally very close to each other. With the described method, not only the sugar concentration in a measurement on the aqueous humor can be determined, but for example, the alcohol concentration, so that the measuring device described can be used for example as an alcohol tester.

Abstract

The invention relates to a method for measuring the concentration of at least one substance from a group of n substances contained in a sample material and influencing the dispersion of the sample material. According to said method, a bundle of rays containing electromagnetic radiation with a discreet wavelength spectrum is split into a measuring bundle and a reference bundle, the bundle of rays having n+1 different wavelengths. The measuring bundle is guided through the sample material and the reference bundle which is not guided through the sample material is positioned above the measuring bundle in order to generate interference radiation. The intensity of the interference radiation is measured simultaneously and selectively for each of the n+1 wavelengths, n pairs of wavelengths from the n+1 wavelengths being formed in such a way that the wavelength difference of each pair is different from all wavelength differences of the other pairs. A differential value between the refractive index of the sample material for one wavelength of the pair and the refractive index of the sample material for the other wavelength of the pair is determined respectively from the measured intensities for each of the n pairs. A relative dispersion is prepared for each of the n substances, which only describes the influence of the individual substance on the dispersion of the sample material as a function of the wavelength difference and the concentration of the corresponding substance. A complete dispersion comprising the determined refractive index differences as functional values is prepared by linear superposition of the n relative dispersions with the concentration of the individual substances as a parameter, thereby enabling the concentration of the at least one substance to be determined.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Method and device for measuring the concentration of at least one substance from a group of n located in a sample material and the dispersion of the
Probenmaterials beeinflussenden StoffenSample materials affecting substances
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, insbesondere zur Messung der Glukosekonzentration im Kammerwasser des Auges.The present invention relates to a method and a device for measuring the concentration of at least one substance from a group of n substances in a sample material and influencing the dispersion of the sample material, in particular for measuring the glucose concentration in the aqueous humor of the eye.
Eine solche nicht invasive Messung des Glukosegehaltes wird aufgrund der nicht invasiven Durchführung bevorzugt. So treten bei der herkömmlichen Standard-Blutzucker-Messung auf Basis der Glukose-Oxidation immer wieder Schwierigkeiten auf, da dieses Verfahren eine Blutentnahme aus dem Körper erfordert und somit ein invasives Verfahren ist.Such non-invasive measurement of glucose content is preferred because of non-invasive performance. Thus, the conventional standard blood sugar measurement based on the glucose oxidation repeatedly encounter difficulties, since this method requires a blood sample from the body and thus is an invasive procedure.
Bisher bekannte nicht invasive Verfahren weisen jedoch häufig den Nachteil auf, daß Sie einen komplexen optischen Aufbau benötigen, häufig sind lange Meßzeiten notwendig und ist die Auswertung der Meßergebnisse mathematisch äußerst aufwendig und komplex.However, previously known non-invasive methods often have the disadvantage that they require a complex optical design, often long measurement times are necessary and the evaluation of the measurement results is mathematically extremely complex and complex.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Messung der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen bereitzustellen, mit dem in einfacher Art, schnell und genau die Konzentration gemessen werden kann. Ferner soll noch eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mit der das Verfahren zum Messen der Konzentration ausgeführt werden kann.Proceeding from this, it is an object of the invention to provide a method for measuring the concentration of at least one substance from a group of n in a sample material and the dispersion of the sample material influencing substances, with the simple, fast and accurate concentration can be measured , Furthermore, a device is to be provided with which the method for measuring the concentration can be carried out.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, bei dem a) ein Strahlenbündel, das elektromagnetische Strahlung mit einem diskreten Wellenlängenspektrum aufweist, in ein Meß- und ein Referenzbündel aufgeteilt wird, wobei das Strahlenbündel n+1 verschiedene Wellenlängen aufweist, b) das Meßbündel durch das Probenmaterial geführt und danach mit dem nicht durch das Probenmaterial geführte Referenzbündel zur Erzeugung von Interferenzstrahlung überlagert wird, c) die Intensität der Interferenzstrahlung gleichzeitig und selektiv für jede der n+1 Wellenlängen gemessen wird, d) n Paare von Wellenlängen aus den n+1 Wellenlängen so gebildet werden, daß die Wellenlängendifferenz jedes Paares verschieden ist zu allen Wellenlängendifferenzen der anderen Paare, e) aus den gemessenen Intensitäten für jedes der n Paare jeweils ein Differenzwert zwischen der Brechzahl des Probenmaterials für die eine Wellenlänge des Paares und der Brechzahl des Probenmaterials für die andere Wellenlänge des Paares ermittelt wird, f) für jeden der n Stoffe eine relative Dispersion bereitgestellt wird, die nur den Einfluß des einzelnen Stoffes auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Konzentration des entsprechenden Stoffes beschreibt, g) eine Gesamtdispersion, die die ermittelten Brechzahldifferenzen als Funktionswerte aufweist, durch lineare Superposition der n relativen Dispersionen mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter und somit die Konzentration des zumindest einen Stoffes ermittelt wird.According to the invention, the object is achieved by a method for measuring the concentration of at least one substance from a group of n substances located in a sample material and influencing the dispersion of the sample material, in which a) a beam having electromagnetic radiation with a discrete wavelength spectrum is divided into a measuring and a reference beam, wherein the beam n + 1 has different wavelengths, b) guided the measuring beam through the sample material and then with the not by the sample material c) the intensity of the interference radiation is measured simultaneously and selectively for each of the n + 1 wavelengths, d) n pairs of wavelengths from the n + 1 wavelengths are formed so that the wavelength difference of each pair is different for all the wavelength differences of the other pairs, e) from the measured intensities for each of the n pairs a difference between the refractive index of the sample material for the one wavelength of the pair and the refractive index of the sample material for the other wavelength of the pair is determined each of the a relative dispersion is provided which describes only the influence of the individual substance on the dispersion of the sample material as a function of the wavelength difference and the concentration of the corresponding substance, g) an overall dispersion which has the determined refractive index differences as functional values by linear superposition of the n relative dispersions with the concentration of the individual substances as parameters and thus the concentration of the at least one substance is determined.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Konzentration des zumindest einen Stoffes analytisch zu berechnen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist keine Fourier-Transformation durchzuführen. Des weiteren ist eine äußerst kurze Meßdauer ausreichend. Insgesamt kann die Berechnungszeit beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren um mehrere Größenordnungen (beispielsweise um den Faktor 1.000) kürzer sein.With this method, it is possible to calculate the concentration of the at least one substance analytically. In the method according to the invention, no Fourier transformation is to be carried out. Furthermore, an extremely short measurement time is sufficient. Overall, the calculation time in the method according to the invention compared to conventional methods by several orders of magnitude (for example, by a factor of 1,000) be shorter.
Wesentlich ist, daß die Messung der Intensität der Interferenzstrahlung gleichzeitig für alle Wellenlängen durchgeführt wird. Damit kann eine äußerst hohe Genauigkeit erreicht werden, da zeitlich sich ändernde Parameter, die zu einer Änderung der Phase führen würden, nicht gemessen werden.It is essential that the measurement of the intensity of the interference radiation is carried out simultaneously for all wavelengths. Thus, an extremely high accuracy can be achieved because time-varying parameters that would lead to a change in the phase are not measured.
Durch die Bestimmung der Wellenlängendifferenz wird der Vorteil erreicht, daß solche Parameter des Probenmaterials und/oder der Meßanordnung für das Meß- und das Referenzbündel, die zwar die Phase verändern, aber nicht von der Wellenlänge abhängen, nicht bekannt sein müssen, da sich diese Parameter bei der Differenzbildung gegenseitig aufheben.By determining the wavelength difference, the advantage is achieved that such parameters of the sample material and / or the measuring arrangement for the measuring and the reference beam, although change the phase, but not dependent on the wavelength, need not be known because these parameters cancel each other in the difference formation.
Bei dem Probenmaterial kann es sich insbesondere um transparentes oder teiltransparentes Gewebe oder wäßrige Lösungen, wie z. B. das Kammerwasser des menschlichen Auges, handeln.The sample material may in particular be transparent or partially transparent tissue or aqueous solutions, such as. B. the aqueous humor of the human eye act.
Wenn die Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser gemessen wird, wird das Meßbündel bevorzugt an der Grenzfläche zwischen dem Kammerwasser und der Vorderseite der Augenlinse reflektiert. Insbesondere kann das Meßbündel auf diese Grenzfläche fokussiert werden. Ferner ist es bevorzugt, die an dieser Grenzfläche reflektierte Strahlung konfokal zu detektieren.When the concentration of a substance in the aqueous humor is measured, the measuring beam is preferably reflected at the interface between the aqueous humor and the front of the crystalline lens. In particular, the measuring beam can be focused on this interface. Furthermore, it is preferable to confocally detect the radiation reflected at this interface.
Ferner kann noch eine Messung mit einem an einer weiteren Grenzfläche zwischen der Rückseite der Cornea des Auges und dem Kammerwasser durchgeführt werden, um den Einfluß der Cornea (also den Einfluß auf die Phasenverschiebung bei Messung des reflektierten Meßbündels an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser und Augenlinse) auf die Messung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser zu berücksichtigen.Furthermore, a measurement can be carried out with a at a further interface between the back of the cornea of the eye and the aqueous humor to the influence of the cornea (ie the influence on the phase shift in measuring the reflected Meßbündels at the interface between aqueous humor and eye lens) to take into account the measurement of the concentration of a substance in the aqueous humor.
Natürlich ist es auch möglich, die Konzentration eines Stoffes in der Cornea zu messen. Dazu wird bevorzugt das an der weiteren Grenzfläche reflektierte Meßbündel (das insbesondere auf die weitere Grenzfläche fokussiert sein kann) verwendet.Of course it is also possible to measure the concentration of a substance in the cornea. For this purpose, the measuring beam which is reflected at the further boundary surface (which may in particular be focused on the further boundary surface) is preferably used.
Das Meßbündel kann in sich zurück reflektiert werden, so daß es zweimal durch das Probenmaterial geführt wird. Insbesondere kann eine an das Probenmaterial anschließende Grenzfläche als Spiegel dienen. Wenn es sich beim Probenmaterial um das Kammerwasser eines Auges handelt, kann die Grenzfläche die angrenzende Seite der Augenlinse sein.The measuring beam can be reflected back into itself so that it is passed twice through the sample material. In particular, an interface adjacent to the sample material can serve as a mirror. If the sample material is the aqueous humor of an eye, the interface may be the contiguous side of the eye lens.
Bei dem Verfahren können im Schritt a die n+1 Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel gemessen werden (bevorzugt gleichzeitig mit der Messung der Intensität der Interferenzstrahlung) und in den Schritten d und e können die gemessenen Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel verwendet werden.In the method, in step a, the n + 1 wavelengths and the intensities of the n + 1 wavelengths in the beam can be measured (preferably simultaneously with the measurement of the intensity of the interference radiation) and in steps d and e the measured wavelengths and the intensities of the n + 1 wavelengths are used in the beam.
Durch die Messung der Intensitäten und Wellenlängen der n+1 Wellenlängen ist es möglich, kostengünstige Laserdioden einzusetzen. Solche Laserdioden weisen zwar eine gewisse zeitliche Schwankung hinsichtlich Intensität und Wellenlänge der abgestrahlten Laserstrahlung auf. Da jedoch die aktuell vorliegenden Wellenlängen und Intensitäten im Strahlenbündel gemessen werden, sind diese Werte ausreichend genau bekannt, um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Messung der Konzentration des zumindest einen Stoffes durchzuführen.By measuring the intensities and wavelengths of the n + 1 wavelengths, it is possible to use inexpensive laser diodes. Although such laser diodes have a certain temporal variation in terms of intensity and wavelength of the emitted laser radiation. However, since the currently available wavelengths and intensities in the beam are measured, these values are known with sufficient accuracy to perform the measurement of the concentration of the at least one substance with the method according to the invention.
Insbesondere kann im Schritt d eine der n+1 Wellenlängen als Referenzwellenlänge ausgewählt werden, die in jedem der n Paare eine der beiden Wellenlängen ist. Damit werden alle Wellenlängendifferenzen auf dieselbe Referenzwellenlänge bezogen, was die Berechnung der Konzentrationen vereinfacht.In particular, in step d, one of the n + 1 wavelengths can be selected as the reference wavelength, which is one of the two wavelengths in each of the n pairs. Thus all wavelength differences are related to the same reference wavelength, which simplifies the calculation of the concentrations.
Das Meßbündel und das Referenzbündel können in zwei Arme einer Intereferometeranordnung nach Michelson eingekoppelt werden, wobei in dem Arm, in den das Meßbündel eingekoppelt wird, das Probenmaterial angeordnet wird. Damit läßt sich leicht die erforderliche Interferenzstrahlung erzeugen.The measuring beam and the reference beam can be coupled into two arms of a Michelson interferometer arrangement, the sample material being arranged in the arm into which the measuring beam is coupled. This makes it easy to generate the required interference radiation.
Das Meßbündel wird insbesondere konfokal detektiert. Dadurch werden unerwünschte Interferenzstrahlungen wirksam unterdrückt, was zu einer höheren Meßgenauigkeit führt.The measuring beam is detected in particular confocal. As a result, unwanted interference radiation is effectively suppressed, resulting in a higher measurement accuracy.
Die relativen Dispersionen werden bevorzugt jeweils bezogen auf eine der n+1 Wellenlängen bereitgestellt. Insbesondere kann die eine der n+1 Wellenlängen die Referenzwellenlänge sein, wodurch sich die Berechnung der Konzentration des zumindest einen Stoffes weiter vereinfacht.The relative dispersions are preferably provided in each case based on one of the n + 1 wavelengths. In particular, one of the n + 1 wavelengths may be the reference wavelength, thereby further simplifying the calculation of the concentration of the at least one substance.
Das Probenmaterial kann ein Hauptmedium aufweisen und zum Bereitstellen der relativen Dispersion kann jeweils für jeden Stoff die Phasenänderung für verschiedene Wellenlängen bei einer vorbestimmten Konzentration nur des einen Stoffes im Hauptmedium gemessen werden. Für diese Messung kann insbesondere eine Interferometer-Anordnung nach Michelson eingesetzt werden.The sample material may comprise a major medium, and to provide the relative dispersion, for each substance, the phase change for different wavelengths at a predetermined concentration of only one substance in the main medium may be measured. In particular, an interferometer arrangement according to Michelson can be used for this measurement.
Vor dem Schritt g kann die Länge der Strecke ermittelt werden, die das Meßbündel durch das Probenmaterial läuft. Die Länge wird dann im Schritt g berücksichtigt.Before step g, the length of the distance that the measuring beam passes through the sample material can be determined. The length is then taken into account in step g.
Die Ermittlung der Streckenlänge kann beispielsweise mit einem externen Gerät durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die Zuckerkonzentration im Kammerwasser des Auges einer Person bestimmt werden soll, können entsprechend bekannte Geräte zur Messung der Länge der Vorderkammer eingesetzt werden. Der gemessene Wert wird dann bevorzugt in einer Auswerteeinheit einer Vorrichtung gespeichert, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Ferner ist es möglich, eines der n Paare von Wellenlängen aus dem Schritt d auszuwählen. Dies wird dann mit einer bekannten Wasserdispersionsfunktion verglichen, die die Phasenverschiebung beim Durchlaufen einer Wasserstrecke vorbestimmter Länge als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Wasserstrecke beschreibt. Daraus kann dann auf die tatsächlich durchlaufene Länge in der Vorderkammer geschlossen werden.The determination of the route length can be carried out, for example, with an external device. For example, if the sugar concentration in the aqueous humor of a person's eye is to be determined, known devices for measuring the length of the anterior chamber can be used. The measured value is then preferably stored in an evaluation unit of a device with which the method according to the invention can be carried out. Further, it is possible to select one of the n pairs of wavelengths from step d. This is then compared with a known water dispersion function which describes the phase shift when passing through a water section of predetermined length as a function of the wavelength difference and the water path. From this, it is then possible to deduce the actually passed length in the anterior chamber.
Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise das Meßbündel fokussiert werden, wobei der Meßfokus von der Comearückseite zur Linsenvorderseite verschoben wird und dieses Verschieben direkt gemessen werden kann.Furthermore, with the method according to the invention, for example, the measuring beam can be focused, the measuring focus being shifted from the back of the comonomer to the front of the lens, and this displacement can be measured directly.
Es können natürlich mehr als n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel enthalten und auch wellenlängenselektiv detektiert werden. Bei der Verwendung von p Wellenlängen, wobei p > n+1 ist, kommt man in der Regel zu einem überbestimmten Gleichungssystem, das man dadurch lösen kann, daß man die Summe der Fehlerabweichungen minimiert.Of course, more than n + 1 wavelengths can be contained in the beam and also detected wavelength-selective. By using p wavelengths, where p> n + 1, one usually comes to an overdetermined system of equations, which can be solved by minimizing the sum of the error deviations.
Wenn p Wellenlängen verwendet werden, werden im Schritt d auch p Paare von Wellenlängen gebildet und wird im Schritt e für jedes der p Paare jeweils ein Differenzwert ermittelt. Im Schritt f werden natürlich immer noch n Dispersionen bereitgestellt, die im Schritt g für die lineare Superposition eingesetzt werden.If p wavelengths are used, p pairs of wavelengths are also formed in step d, and a difference value is determined for each of the p pairs in step e. In step f, of course, n dispersions are still provided, which are used in step g for the linear superposition.
Bei dem Verfahren kann das Probenmaterial ein Hauptmedium aufweisen, für das im Schritt f eine relative Dispersion bereitgestellt wird, die nur den Einfluß des Hauptmediums auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der vom Meßbündel zu durchlaufenden Strecke beschreibt, und bei dem im Schritt g zusätzlich zu den n relativen Dispersionen der n Stoffe mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter noch die relative Dispersion des Hauptmediums mit der zu durchlaufenden Strecke als Parameter zur Ermittlung der Konzentration des zumindest einen Stoffes berücksichtigt wird.In the method, the sample material may comprise a main medium for which in step f a relative dispersion is provided which describes only the influence of the main medium on the dispersion of the sample material as a function of the wavelength difference and the span to be traversed by the measuring beam, and in step g, in addition to the n relative dispersions of the n substances with the concentration of the individual substances as a parameter, the relative dispersion of the main medium with the route to be traversed is taken into account as a parameter for determining the concentration of the at least one substance.
Insbesondere können beispielsweise bei der Messung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser des Auges n+2 Wellenlängen im Strahlenbündel verwendet werden, wobei die zusätzliche (n+2.-te) Wellenlänge genutzt wird, um die Länge der Vorderkammer zu bestimmen.In particular, for example, when measuring the concentration of a substance in the aqueous humor of the eye, n + 2 wavelengths in the beam may be used, with the additional (n + 2nd) wavelength being used to determine the length of the anterior chamber.
Die einzelnen Wellenlängen des Strahlenbündels weisen insbesondere eine solche Bandbreite auf, daß ihre Kohärenzlänge größer ist als 0,1 mm. Wenn ihre Kohärenzlänge darüber hinaus auch noch kleiner als 5 mm ist, also im Bereich von 0,1 bis 5 mm liegt, kann bei der Bestimmung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser des Auges noch der zusätzliche Vorteil erreicht werden, daß bei Fokussierung des Meßbündels auf die Linsenvorderseite unerwünschte Reflexe an der Cornea zu keinem (oder zu einem sehr geringen) Beitrag zur Interferenzstrahlung aufgrund der angegebenen Kohärenzlänge führen.In particular, the individual wavelengths of the beam have a bandwidth such that their coherence length is greater than 0.1 mm. In addition, if their coherence length is even smaller than 5 mm, that is in the range of 0.1 to 5 mm, the additional advantage can be achieved when determining the concentration of a substance in the aqueous humor of the eye, that when focusing the Meßbündels on the Lens front side unwanted reflections on the cornea lead to no (or a very small) contribution to the interference radiation due to the specified coherence length.
Ferner kann das Referenzbündel im Schritt b durch einen Dispersionsreferenzeinheit geführt werden, der zumindest einen Teil der Dispersion des Probenmaterials kompensiert. Darunter wird hier verstanden, daß die Dispersionsreferenzeinheit dem Referenzbündel eine ähnliche Phasenverschiebung einprägt wie die Phasenverschiebung, die das Probenmaterial dem Meßbündel einprägt. Die Dispersion der Dispersionsreferenzeinheit ist natürlich bekannt und wird bei der Konzentrationsermittlung berücksichtigt.Furthermore, the reference beam in step b can be guided through a dispersion reference unit which compensates at least part of the dispersion of the sample material. This is understood here to mean that the dispersion reference unit imparts a similar phase shift to the reference beam as the phase shift that impresses the sample material to the measuring beam. The dispersion of the dispersion reference unit is of course known and is taken into account in the concentration determination.
Die Dispersionsreferenzeinheit ist insbesondere von Vorteil, wenn das Probenmaterial ein Hauptmedium aufweist (bei der Bestimmung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser eines Auges einer Person ist das Hauptmedium das Wasser im Kammerwasser), das eine relativ große Phasenänderung dem Meßbündel einprägt. In diesem Fall kann diese Phasenänderung, die relativ groß ist im Vergleich zur Phasenänderung, die durch die einzelnen Stoffe im Kammerwasser bedingt wird, zu großen Teilen durch die Dispersionsreferenzeinheit kompensiert werden.The dispersion reference unit is particularly advantageous if the sample material has a main medium (in the determination of the concentration of a substance in the aqueous humor of a person's eye, the main medium is the water in the aqueous humor), which imparts a relatively large phase change to the measuring beam. In this case, this phase change, which is relatively large compared to the phase change caused by the individual substances in the aqueous humor, can be largely compensated by the dispersion reference unit.
Die Dispersionsreferenzeinheit kann einen Dispersionsreferenzkörper aufweisen, der als transparenter Festkörper oder Flüssigkeit bekannter Dispersion (z.B. bei bekannter Dicke und Temperatur) ausgebildet sein kann. Bei einem Interferenzaufbau nach Michelson für den Schritt b) kann der Strahlteiler als Dispersionsreferenzkörper ausgebildet sein.The dispersion reference unit may comprise a dispersion reference body which may be formed as a transparent solid or liquid of known dispersion (e.g., of known thickness and temperature). In a Michelson interference setup for step b), the beam splitter can be designed as a dispersion reference body.
Die Dispersionsreferenzeinheit kann ferner so ausgebildet sein, daß das Referenzbündel wellenlängenabhängig in verschiedene Referenzteilbündel aufgeteilt wird, deren Dispersion jeweils wellenlängenabhängig kompensiert wird und die dann zu einem dispersionskompensierten Referenzbündel überlagert werden, das mit dem Meßbündel imThe dispersion reference unit can also be designed such that the reference beam is divided into different reference sub-beams as a function of wavelength, the dispersion of which is compensated in each case as a function of wavelength and then superimposed to form a dispersion-compensated reference beam, which is combined with the test beam in FIG
Schritt b) überlagert wird. Dies kann beispielsweise in einem Aufbau nach Michelson dazu genutzt werden, daß unterschiedliche Referenzarme mit unterschiedlichen Längen vorgesehen werden, so daß eine ausgezeichnete Dispersionskompensation durchgeführt werden kann.Step b) is superimposed. This can be used, for example, in a Michelson construction to provide different reference arms of different lengths, so that excellent dispersion compensation can be performed.
Bei dem Verfahren kann das Meßbündel in sich zurückreflektiert werden und dabei das Probenmaterial zweimal zu durchlaufen. Dies wird insbesondere bei einem Aufbau nach Michelson leicht erreicht.In the method, the measuring beam can be reflected back into itself and thereby pass through the sample material twice. This is easily achieved, especially in a construction according to Michelson.
Insbesondere wird dabei das Meßbündel in die Ebene fokussiert, in der es reflektiert wird. Bei der Bestimmung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser des Auges ist dies beispielsweise die Grenzfläche zwischen dem Kammerwasser und der Vorderseite der Augenlinse. Die Fokusposition kann dadurch festgelegt werden, daß die Fokuslänge verändert wird. Andererseits kann der Abstand zwischen dem zu untersuchenden Probenmaterial und der Ebene, in der das Meßbündel fokussiert wird, verändert werden.In particular, the measuring beam is focused in the plane in which it is reflected. When determining the concentration of a substance in the aqueous humor of the eye, this is for example the interface between the aqueous humor and the front of the Eye lens. The focus position can be determined by changing the focus length. On the other hand, the distance between the sample material to be examined and the plane in which the measuring beam is focused, can be changed.
Ferner kann die Interferenzstrahlung im wesentlichen entgegengesetzt zum Strahlenbündel verlaufen. In diesem Fall kann das Verfahren mit einer äußerst kompakten Meßvorrichtung verwirklicht werden.Furthermore, the interference radiation may be substantially opposite to the beam. In this case, the method can be realized with an extremely compact measuring device.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, mit einem Interferometermodul, das einen Meß- und einen Referenzarm aufweist, wobei das Probenmaterial im Meßarm angeordnet ist, einem dem Interferometermodul nachgeordneten Detektionsmodul, einem Strahlerzeugungsmodul, das ein Strahlenbündel erzeugt, das elektromagnetische Strahlung mit einem diskreten Wellenlängenspektrum mit n+1 verschiedenen Wellenlängen aufweist und das vom Interferometermodul in ein Meßbündel für den Meßarm und ein Referenzbündel für den Referenzarm aufgeteilt wird, wobei das Interferometermodul das Meßbündel durch das Probenmaterial führt und danach mit dem nicht durch das Probenmaterial geführte Referenzbündel aus dem Referenzarm zur Erzeugung von Interferenzstrahlung überlagert und dem Detektionsmodul zuführt, das die Intensität der Interferenzstrahlung gleichzeitig und selektiv für jede der n+1 Wellenlängen mißt, einem Auswertemodul, das n Paare von Wellenlängen aus den n+1 Wellenlängen so bildet, daß die Wellenlängendifferenz jedes Paares verschieden ist zu allen Wellenlängendifferenzen der anderen Paare, aus den gemessenen Intensitäten für jedes der n Paare jeweils ein Differenzwert zwischen der Brechzahl des Probenmaterials für die eine Wellenlänge des Paares und der Brechzahl des Probenmaterials für die andere Wellenlänge des Paares ermittelt, für jeden der n Stoffe eine relative Dispersion bereitstellt, die nur den Einfluß des einzelnen Stoffes auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Konzentration des entsprechenden Stoffes beschreibt, und eine Gesamtdispersion, die die ermittelten Brechzahldifferenzen als Funktionswerte aufweist, durch lineare Superposition der n relativen Dispersionen mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter und somit die Konzentration des zumindest einen Stoffes ermittelt.Furthermore, the object is achieved by a device for measuring the concentration of at least one substance from a group of n substances located in a sample material and influencing the dispersion of the sample material, with an interferometer module having a measuring arm and a reference arm, wherein the sample material in the Measuring arm is arranged, a the interferometer module downstream detection module, a beam generating module which generates a beam having electromagnetic radiation with a discrete wavelength spectrum with n + 1 different wavelengths and which is divided by the interferometer into a Meßbündel for the measuring arm and a reference beam for the reference wherein the interferometer module passes the measuring beam through the sample material and then superimposed with the not guided by the sample material reference bundle from the reference arm for generating interference radiation and the detection module, which measures the intensity of the interference radiation simultaneously and selectively for each of the n + 1 wavelengths, an evaluation module that forms n pairs of wavelengths from the n + 1 wavelengths such that the wavelength difference of each pair is different from all the wavelength differences of the other pairs, measured intensities for each of the n pairs each determined a difference value between the refractive index of the sample material for the one wavelength of the pair and the refractive index of the sample material for the other wavelength of the pair, for each of the n substances provides a relative dispersion, which only the influence of the individual Substance on the dispersion of the sample material as a function of the wavelength difference and the concentration of the corresponding substance, and a total dispersion having the determined refractive index differences as functional values, by linear superposition of the n relative dispersions with the concentration of the individual Substances are determined as parameters and thus the concentration of the at least one substance.
Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, die Konzentration des zumindest einen Stoffes mit hoher Genauigkeit zu messen, wobei der Aufbau der Vorrichtung insgesamt geringe Komplexität aufweist und die Meßzeit sehr gering sein kann. Bei der Vorrichtung kann das Strahlerzeugungsmodul die n+1 Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel gleichzeitig zur Intensitätsmessung der Interferenzstrahlung messen und das Auswertemodul kann die gemessenen Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel zur Ermittlung der Brechzahldifferenz verwenden. Damit ist es möglich, kostengünstige Laserdioden einzusetzen, da die zeitlichen Schwankungen hinsichtlich Intensität und Wellenlänge solcher kostengünstigen Laserdioden durch die Messung mittels des Strahlerzeugungsmoduls erfaßt werden und daher berücksichtigt werden können.With this device, it is possible to measure the concentration of the at least one substance with high accuracy, wherein the structure of the device has a low overall complexity and the measurement time can be very low. In the apparatus, the beam generating module can simultaneously measure the n + 1 wavelengths and the intensities of the n + 1 wavelengths in the beam for intensity measurement of the interference radiation, and the evaluation module can use the measured wavelengths and intensities of the n + 1 wavelengths in the beam to determine the refractive index difference. Thus, it is possible to use inexpensive laser diodes, since the temporal variations in intensity and wavelength of such low-cost laser diodes are detected by the measurement by means of the beam generation module and therefore can be considered.
Das Auswertemodul kann eine der n+1 Wellenlängen als Referenzwellenlänge auswählen, die in jedem der n Paare eine der beiden Wellenlängen ist. Dies vereinfacht die Berechnungen der Stoffkonzentration .The evaluation module can select one of the n + 1 wavelengths as the reference wavelength, which is one of the two wavelengths in each of the n pairs. This simplifies the calculations of the substance concentration.
Das Probenmaterial kann das Kammerwasser eines Auges sein, wobei dann das Mefibündel an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser und Augenlinse reflektiert wird. Damit kann sehr einfach die Zuckerkonzentration im Kammerwasser des Auges gemessen werden. Sofern die Abhängigkeit der Glukosekonzentration im Kammerwasser von der Glukosekonzentration im Blut bekannt ist, kann somit die Glukosekonzentration im Blut durch Messung der Glukosekonzentration im Kammerwasser des Auges bestimmt werden.The sample material may be the aqueous humor of an eye, in which case the Mefibündel is reflected at the interface between aqueous humor and eye lens. This makes it very easy to measure the sugar concentration in the aqueous humor of the eye. If the dependence of the glucose concentration in the aqueous humor on the glucose concentration in the blood is known, the glucose concentration in the blood can thus be determined by measuring the glucose concentration in the aqueous humor of the eye.
Insbesondere detektiert das Detektionsmodul das Meßbündel konfokal. Dies erhöht die Meßgenauigkeit.In particular, the detection module confocally detects the measuring beam. This increases the accuracy of measurement.
Das Interferometermodul weist insbesondere einen Aufbau nach Michelson auf. Mit diesem Aufbau läßt sich leicht die erforderliche Meßgenauigkeit erreichen.The interferometer module has in particular a structure according to Michelson. With this structure, the required measurement accuracy can be easily achieved.
Das Auswertemodul kann jede der n relativen Dispersionen jeweils bezogen auf eine n+1 Wellenlängen bereitstellen. Insbesondere stellt das Auswertemodul die n relative Dispersion in Bezug auf die Referenzwellenlänge bereit.The evaluation module may provide each of the n relative dispersions, each related to an n + 1 wavelength. In particular, the evaluation module provides the n relative dispersion with respect to the reference wavelength.
Das Probenmaterial kann ein Hauptmedium aufweisen, wobei zum Bereitstellen der relativen Dispersion jeweils für jeden Stoff die Phasenänderung für verschiedene Wellenlängen bei einer vorbestimmten Konzentration nur des einen Stoffes im Hauptmedium gemessen wird. Für diese Messung kann ein herkömmliches Interferometer eingesetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, die erfindungsgemäß Vorrichtung dazu zu nutzen. In diesem Fall kann sowohl der Referenzarm als auch der Meßarm durch einen Endspiegel abgeschlossen werden. Im Referenz und Meßarm wird jeweils das Hauptmedium von bestimmter Dicke eingeführt, wobei im Meßarm oder im Referenzarm dem Hauptmedium der eine Stoff mit der vorbestimmten Konzentration zugeführt wird. Dann kann für verschiedene Wellenlängen die relative Dispersion gemessen werden.The sample material may comprise a main medium, wherein to provide the relative dispersion for each substance, the phase change for different wavelengths at a predetermined concentration of only one substance in the main medium is measured. For this measurement, a conventional interferometer can be used. However, it is also possible to use the device according to the invention for this purpose. In this case, both the reference arm and the measuring arm can be completed by an end mirror. In the reference and Meßarm the main medium of a certain thickness is introduced in each case, wherein in the measuring arm or in the reference arm the main medium of a substance is supplied with the predetermined concentration. Then, for different wavelengths, the relative dispersion can be measured.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner die Länge der Strecke ermitteln, die das Meßbündel durch das Probenmaterial läuft, und das Auswertemodul kann die Länge bei der Ermittlung der Brechzahldifferenzen berücksichtigen.The device according to the invention can also determine the length of the distance that the measuring beam passes through the sample material, and the evaluation module can take into account the length in determining the refractive index differences.
Das Strahlerzeugungsmodul kann eine Meßeinheit aufweisen, die laufend die einzelnen Wellenlängen mißt. Damit ist es möglich, relativ kostengünstige Laserdioden einzusetzen, deren tatsächliche Wellenlänge stets gemessen wird.The beam generation module may comprise a measuring unit which continuously measures the individual wavelengths. This makes it possible to use relatively inexpensive laser diodes whose actual wavelength is always measured.
Zur Messung der Wellenlänge kann beispielsweise an zwei Positionen im Strahlverlauf des Strahlenbündels für jede der Wellenlängen einen Teil der Strahlung ausgekoppelt werden, wobei die an beiden Positionen ausgekoppelte Strahlung so überlagert wird, daß Interferenzstrahlung erzeugt wird. Die Intensität dieser Interferenzstrahlung wird wellenlängenabhängig gemessen. Aus der genauen Kenntnis des Abstandes der beiden Positionen kann die exakte Wellenlänge berechnet werden. Insbesondere können zwei planparallele Grenzflächen an den beiden Positionen angeordnet werden. Dies läßt sich besonders einfach durch einen Hohlraumresonator verwirklichen, der in Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels zwei voneinander beabstandete und parallel zueinander ausgerichtete Grenzflächen aufweist. Diese können beispielsweise durch keilförmige Platten verwirklicht werden, wobei die einander zugewandten Seiten der keilförmigen Platten parallel zueinander ausgerichtet sind. Die keilförmigen Platten sind bevorzugt mit einer planparallelen Abstandsschicht um den Strahlquerschnitt herum aus dem gleichen Material verschweißt, so daß ein luftdicht verschlossener Innenraum vorliegt, in dem sich Gas bzw. Luft befinden kann oder in dem sich Vakuum befindet. Die keilförmigen Platten sowie die Abstandsschicht sind so dimensioniert und aus einem solchen Material gebildet, daß sich der Abstand der einander zugewandten Seiten z.B. um nicht mehr als 10"6 verändert.For measuring the wavelength, for example, at two positions in the beam path of the beam for each of the wavelengths a portion of the radiation can be coupled, wherein the decoupled at both positions radiation is superimposed so that interference radiation is generated. The intensity of this interference radiation is measured as a function of wavelength. From the exact knowledge of the distance of the two positions, the exact wavelength can be calculated. In particular, two plane-parallel interfaces can be arranged at the two positions. This can be realized in a particularly simple manner by means of a cavity resonator which has two spaced-apart and parallel aligned interfaces in the propagation direction of the radiation beam. These can be realized for example by wedge-shaped plates, wherein the mutually facing sides of the wedge-shaped plates are aligned parallel to each other. The wedge-shaped plates are preferably welded with a plane-parallel spacer layer around the beam cross-section of the same material, so that an airtight interior closed, in which gas or air can be located or in which there is a vacuum. The wedge-shaped plates and the spacer layer are dimensioned and formed from such a material that the distance between the facing sides, for example, by not more than 10 "6 changed.
Ferner kann im Referenzarm des Interferometermoduls eine Dispersionsreferenzeinheit eingebracht sein, die einen Teil der Dispersion im Meßarm kompensiert (als dem Referenzbündel eine ähnliche Phasenverschiebung einprägt wie das Probenmaterial dem Meßbündel). Dies ist insbesondere bei der Messung der Konzentration eines Bestandteils im Kammerwasser eines Auges einer Person von Vorteil, da der Dispersionsreferenzkörper in diesem Fall bevorzugt so ausgelegt ist, daß er die Phasenänderung, die durch das Durchlaufen der Kammerwasserstrecke alleine (also des Kammerwassers ohne die weiteren Bestandteile) so gut wie vollständig kompensiert. Der Dispersionsreferenzkörper kann beispielsweise ein transparenter Festkörper oder eine Flüssigkeit jeweils mit bekannter Dicke, Temperatur und Dispersion sein. Bei einem Aufbau nach Michelson kann der Dispersionsreferenzkörper der Strahlteiler zur Aufteilung des Strahlenbündels in Meß- und Referenzbündel sein.Furthermore, in the reference arm of the interferometer module, a dispersion reference unit can be introduced, which compensates a part of the dispersion in the measuring arm (as the reference beam imprinted a similar phase shift as the sample material to the measuring beam). This is particularly advantageous in the measurement of the concentration of a component in the aqueous humor of a person's eye, since the dispersion reference body in this case is preferably designed so that it can change the phase by passing through the aqueous chamber alone (ie the aqueous humor without the other components ) as well as completely compensated. The dispersion reference body may include, for example be transparent solid or a liquid each having a known thickness, temperature and dispersion. In a Michelson setup, the dispersion reference body may be the beam splitter for splitting the beam into measurement and reference beams.
Es ist jedoch auch möglich, ein dispersives Element im Referenzarm anzuordnen, das das Referenzbündel wellenlängenabhängig aufspaltet und somit das Referenzbündel in mehrere Referenzunterarme einkoppelt. Die Länge jedes Referenzunterarmes kann individuell (beispielsweise über die Lage des Endspiegels) verstellt werden, wodurch eine ausgezeichnete Dispersionskompensation erreicht werden kann. Natürlich kann in zumindest einem Teilarm wiederum ein Dispersionsreferenzkörper angeordnet sein. In diesem Fall kann (muß aber nicht) die Länge des entsprechenden Teilarms nicht verstellbar sein.However, it is also possible to arrange a dispersive element in the reference arm, which splits the reference beam as a function of wavelength and thus couples the reference beam into a plurality of reference lower arms. The length of each reference lower arm can be adjusted individually (for example via the position of the end mirror), whereby an excellent dispersion compensation can be achieved. Of course, in at least one subarm again a dispersion reference body can be arranged. In this case, the length of the corresponding partial arm can not (but need not) be adjustable.
Bevorzugt entspricht die Anzahl der Referenzunterarme der Anzahl der Wellenlängen. Zur Aufspaltung kann das dispersive Element z.B. als Prisma, dichroitischer Spiegel oder als Gitter ausgebildet sein.The number of reference lower arms preferably corresponds to the number of wavelengths. For splitting, the dispersive element may be e.g. be designed as a prism, dichroic mirror or as a grid.
Generell können die Zusammenführung oder Aufspaltung der einzelnen Strahlungen hier über dichroitische Teiler, über ein Gitter oder über ein Prisma erfolgen.In general, the merging or splitting of the individual radiations can take place here via dichroic dividers, via a grating or via a prism.
Das Strahlerzeugungsmodul kann beispielsweise n+1 Strahlquellen aufweisen. Es kann für jede der Strahlungsquellen die tatsächliche Wellenlänge laufend gemessen werden. Die Messung kann beispielsweise mit der oben beschriebenen Hohlraumresonatoreinheit durchgeführt werden, wobei diese eine Meßgenauigkeit der Wellenlängen von 10"6 garantieren sollte. Die Länge des Innenraums der Hohlraumresonatoreinheit sollte sich also zeitlich nicht ändern bzw. nicht mehr als 10"6 ändern.The beam generation module can have, for example, n + 1 beam sources. For each of the radiation sources, the actual wavelength can be continuously measured. The measurement can be carried out for example with the above-described Hohlraumresonatoreinheit, said "should guarantee. 6, the length of the interior of the Hohlraumresonatoreinheit so should not vary with time and not more than 10" a measurement accuracy of the wavelengths of 10 change. 6
Alternativ ist es möglich, daß zumindest eine der Strahlungsquellen wellenlängenstabilisiert ist, z.B. ein wellenlängenstabilisierter Laser. In diesem Fall könnte sich die Länge des Innenraums der Hohlraumresonatoreinheit zeitlich ändern, da diese Länge über den wellenlängenstabilisierten Laser normiert werden kann und somit die Wellenlängen der restlichen Strahlungsquellen äußerst genau bestimmt werden können.Alternatively, it is possible that at least one of the radiation sources is wavelength stabilized, e.g. a wavelength stabilized laser. In this case, the length of the interior of the Hohlraumresonatoreinheit could change over time, since this length can be normalized by the wavelength-stabilized laser and thus the wavelengths of the remaining radiation sources can be determined very accurately.
Insbesondere weist die Vorrichtung noch ein Fokussiermodul auf, mit dem die Fokuslage des Meßbündels in Ausbreitungsrichtung veränderbar ist. Insbesondere ist das Fokussiermodul so ausgebildet, daß das Meßbündel zumindest auf die Rückseite der Cornea und auf die Vorderseite der Augenlinse fokussiert werden kann. Bevorzugt wird dies dadurch realisiert, daß das gesamte Interferometermodul relativ zum Probenmaterial bewegt wird. Alternativ kann das Probenmaterial auch relativ zum Interferometermodul bewegt werden. Bei der Bestimmung der Konzentration eines Bestandteils des Kammerwassers eines Auges einer Person kann die gemessene Konzentration des Bestandteils mit z.B. der Konzentration dieses Bestandteiles im Blut der Person verglichen werden. Die Konzentration im Blut wird in der Regel invasiv zu bestimmen sein. Wenn z.B. der Zuckergehalt im Blut bestimmt werden soll, kann der Zuckergehalt im Kammerwasser des Auges bestimmt werden. Mit der gleichzeitig durchgeführten invasiven Blutzuckerbestimmung erhält man dann einen Korrekturfaktor oder eine Korrekturfunktion, die es erlaubt, ausgehend von der gemessenen Zuckerkonzentration im Kammerwasser auf die Blutzuckerkonzentration oder den Blutzuckerspiegel umzurechnen. Der Korrekturfaktor bzw. die Korrekturfunktion kann insbesondere im Auswertemodul der Meßvorrichtung abgespeichert sein.In particular, the device also has a focusing module with which the focus position of the measuring beam can be changed in the direction of propagation. In particular, the focusing module is designed so that the measuring beam can be focused at least on the back of the cornea and on the front of the eye lens. This is preferably realized by moving the entire interferometer module relative to the sample material. Alternatively, the sample material may also be moved relative to the interferometer module. In determining the concentration of a constituent of the aqueous humor of an individual's eye, the measured concentration of the constituent may be compared with, for example, the concentration of that constituent in the person's blood. The concentration in the blood will usually be invasive to determine. If, for example, the sugar content in the blood is to be determined, the sugar content in the aqueous humor of the eye can be determined. With the invasive blood sugar determination carried out at the same time, a correction factor or a correction function is then obtained, which makes it possible to convert the blood sugar concentration or the blood sugar level based on the measured sugar concentration in the aqueous humor. The correction factor or the correction function can be stored in particular in the evaluation module of the measuring device.
Die Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Interferenzstrahlung im wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zum Strahlenbündel im Strahlerzeugungsmodul verläuft, so daß gleiche optische Elemente für die Führung des Strahlenbündels als auch für die Führung der Interferenzstrahlung eingesetzt werden können. Dies führt zu einer Einsparung an optischen Bauelementen, wodurch die Vorrichtung insgesamt kleiner, leichter und kostengünstiger wird.The device may also be designed so that the interference radiation extends substantially in the opposite direction to the beam in the beam generating module, so that the same optical elements for guiding the beam and for guiding the interference radiation can be used. This leads to a saving of optical components, whereby the device is smaller, lighter and cheaper overall.
Natürlich können bei der beschriebenen Vorrichtung, in gleicher Weise wie oben im Zusammenhang mit dem Meßverfahren beschrieben wurde, mehr als n+1 Wellenlängen eingesetzt werden.Of course, in the described device, more than n + 1 wavelengths can be used in the same way as described above in connection with the measuring method.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere so ausgebildet sein, daß mit ihr das erfindungsgemäße Verfahren und die Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführbar sind.The device according to the invention may in particular be designed so that the method according to the invention and the developments of the method according to the invention can be carried out with it.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhalber noch näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the drawings by way of example. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßenFig. 1 is a schematic view of a first embodiment of the invention
Vorrichtung;Contraption;
Fig. 2 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Auges A von Fig. 1 ; Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Hohlraumresonatoreinheit 25 von Fig. 1 ; Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Teils des Strahlerzeugungsmoduls 1 von Fig. 1 ; Fig. 5 eine Diagramm mit relativen Dispersionen von einzelnen Kammerwasserbestandteilen; Fig. 6 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 7 eine schematische Seitenansicht eines Teils des Strahlerzeugungs- und Meßmoduls von Fig. 6.Fig. 2 is an enlarged fragmentary view of the eye A of Fig. 1; FIG. 3 is an enlarged view of the cavity resonator unit 25 of FIG. 1; FIG. Fig. 4 is a schematic side view of a part of the beam generation module 1 of Fig. 1; Fig. 5 is a graph showing relative dispersions of individual aqueous humor components; Fig. 6 is a schematic view of a second embodiment of the device according to the invention, and FIG. 7 is a schematic side view of a portion of the beam generating and measuring module of FIG. 6. FIG.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von mehreren sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen so ausgebildet, daß mit ihr die Glucosekonzentration im Kammerwasser eines Auges A einer Person gemessen werden kann.In the embodiment shown in Fig. 1, the inventive device for measuring the concentration of at least one substance from a group of several in a sample material and the dispersion of the sample material influencing substances is designed so that with it the glucose concentration in the aqueous humor of an eye A of Person can be measured.
Bei dieser Messung wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich mit ändernder Glucose- bzw. Zuckerkonzentration im Kammerwasser die Brechzahl des Kammerwassers ändert. Jedoch sind noch weitere Bestandteile im Kammerwasser, wie z.B. NaCI, Albumin, Lactat, Alkohol und Harnstoff, deren Konzentrationen auch schwanken, was auch zu einer Änderung der Brechzahl des Kammerwassers führt. Der Einfluß der weiteren Bestandteile des Kammerwassers auf die Brechzahl kann jedoch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart berücksichtigt werden, daß die gewünschte Zuckerkonzentration gemessen werden kann.In this measurement, the fact is exploited that changes with changing glucose or sugar concentration in the aqueous humor, the refractive index of the aqueous humor. However, other ingredients are still present in the aqueous humor, e.g. NaCl, albumin, lactate, alcohol and urea, whose concentrations also vary, which also leads to a change in the refractive index of the aqueous humor. However, the influence of the further components of the aqueous humor on the refractive index can be taken into account with the device according to the invention such that the desired sugar concentration can be measured.
Dazu wird erfindungsgemäß mit der Vorrichtung, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird, für verschiedene Wellenlängen gleichzeitig eine durch das Kammerwasser bedingte Phasenverschiebung interferometrisch gemessen. Um den durch den Zucker bedingten Anteil der Phasenverschiebung und daraus die Zuckerkonzentration zu ermitteln, wird von dem bekannten Einfluß, den Zucker und jeder der weiteren Bestandteile alleine in Abhängigkeit seiner Konzentration auf die Brechzahl des Kammerwassers aufweist, ausgegangen. Rechnerisch kann dann ausgehend vom dem bekannten Einfluß der einzelnen Stoffe und der gemessenen Phasenverschiebung die Konzentration jedes der Stoffe und somit auch die Zuckerkonzentration ermittelt werden. Der Anteil des Kammerwassers an der Phasenverschiebung wird dabei auch berücksichtigt, da dieser in der Regel schon aufgrund einer geringfügigen Änderung der Länge der Vorderkammer, die z.B. aufgrund von Temperaturänderungen oder wegen des Pulsschlages der Person auftritt, nicht konstant ist.For this purpose, according to the invention with the device, as will be described in more detail below, at the same time a phase shift caused by the aqueous humor is measured interferometrically for different wavelengths. In order to determine the portion of the phase shift caused by the sugar and hence the sugar concentration, it is assumed that the known influence, the sugar and each of the further components alone, as a function of its concentration on the refractive index of the aqueous humor. Calculated can then be determined from the known influence of the individual substances and the measured phase shift, the concentration of each of the substances and thus also the sugar concentration. The proportion of aqueous humor in the phase shift is also taken into account, since this is usually due to a slight change in the length of the anterior chamber, e.g. due to temperature changes or because of the pulse beat of the person, is not constant.
Die Vorrichtung weist hierfür ein Strahlerzeugungsmodul 1 , ein Interferometermodul 2, ein Detektionsmodul 3 sowie ein Auswertemodul 4 auf.For this purpose, the device has a beam generation module 1, an interferometer module 2, a detection module 3 and an evaluation module 4.
Das Strahlerzeugungsmodul 1 umfaßt bei der hier beschriebenen Ausführungsform acht Laserdioden 5 bis 12, die jeweils einen Laserstrahl mit einer anderen Wellenlänge abgeben. Die verwendeten Laserdioden 5 bis 12 geben Laserstrahlen mit den Wellenlängen 405 nm, 445 nm,In the embodiment described here, the beam generation module 1 comprises eight laser diodes 5 to 12, each of which emits a laser beam with a different wavelength. The laser diodes 5 to 12 used laser beams with the wavelengths 405 nm, 445 nm,
475 nm, 532 nm, 632 nm, 780 nm, 980 nm sowie 1300 nm ab. Diese acht Laserstrahlen mit den acht verschiedenen Wellenlängen werden mittels nicht gezeigten Linsen kollimiert und über dichroitische Teiler 13 bis 19 zu einem Strahlenbündel 20 überlagert.475 nm, 532 nm, 632 nm, 780 nm, 980 nm and 1300 nm. These eight laser beams with the eight different wavelengths are collimated by means not shown lenses and superimposed on dichroic divider 13 to 19 to a beam 20.
Das Strahlenbündel 20 wird über die Elemente 21 bis 26 und 56, die nachfolgend noch näher erläutert werden, auf einen Strahlteiler 27 des Interferometermoduls 2 gelenkt. Der Strahlteiler 27 teilt das Strahlenbündel 20 in ein Meßbündel 28, das zu dem sich im Meßarm 30 des Interferometermoduls 2 befindenden Auge A gelenkt wird, und in ein Referenzbündel 29, das in einen Referenzarm 31 des Interferometermoduls 2 gelenkt wird. Der Referenzarm 31 weist einen Endspiegel 32 auf, der das Referenzbündel 29 zurück zum Strahlteiler 27 reflektiert.The beam 20 is directed via the elements 21 to 26 and 56, which will be explained in more detail below, to a beam splitter 27 of the interferometer module 2. The beam splitter 27 splits the beam 20 into a measuring beam 28, which is directed to the eye A located in the measuring arm 30 of the interferometer module 2, and into a reference beam 29, which is directed into a reference arm 31 of the interferometer module 2. The reference arm 31 has an end mirror 32 which reflects the reference beam 29 back to the beam splitter 27.
Im Meßarm 30 läuft das Meßbündel 28, wie insbesondere der vergrößerten Ausschnittsdarstellung des Auges A in Fig. 2 zu entnehmen ist, durch die Cornea 33, das Kammerwasser 34 in der Vorderkammer des Auges A und wird an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser 34 und Augenlinse 35 in sich zurückreflektiert, so daß das Meßbündel 28 bis zum Strahlteiler 27 läuft und dort mit dem vom Endspiegel 32 zurück reflektierten Referenzbündel 29 kolinear überlagert wird.In the measuring arm 30, the measuring beam 28, as shown in particular the enlarged detail view of the eye A in Fig. 2, through the cornea 33, the aqueous humor 34 in the anterior chamber of the eye A and is at the interface between aqueous humor 34 and eye lens 35 in reflected back, so that the measuring beam 28 runs to the beam splitter 27 and is superimposed co-linear there with the reference beam 29 reflected back from the end mirror 32.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Strahlenbündel 20 bzw. Meßbündel 28 auf die Vorderseite als Augenlinse 35 fokussiert. Die beiden Spiegel 23, 24 und die Lochblende 56 bewirken eine konfokale Filterung des Strahlenbündels 20, um die Kolinearität der Laserstrahlen im Strahlenbündel 20 sicherzustellen.In the described embodiment, the beam 20 or Meßbündel 28 is focused on the front as an eye lens 35. The two mirrors 23, 24 and the pinhole diaphragm 56 cause confocal filtering of the beam 20 to ensure the colinearity of the laser beams in the beam 20.
Die optischen Längen des Meß- und Referenzarms 30, 31 sind so gewählt, daß die mittels des Strahlteilers 27 überlagerten Meßbündel 28 und Referenzbündel 29 miteinander interferieren, so daß Interferenzstrahlung 36 erzeugt wird (Fig. 1 ). Die Intensität der Interferenzstrahlung 36 wird in dem Detektionsmodul 3 selektiv für jede der acht Wellenlängen gemessen.The optical lengths of the measuring and reference arm 30, 31 are chosen so that the superimposed by means of the beam splitter 27 Meßbündel 28 and reference beams 29 interfere with each other, so that interference radiation 36 is generated (Fig. 1). The intensity of the interference radiation 36 is measured in the detection module 3 selectively for each of the eight wavelengths.
Dazu wird die Interferenzstrahlung 36 über einen Hohlspiegel 37 durch eine Blende 38 geführt. Der Hohlspiegel 37 und die Blende 38 dienen zur konfokalen Unterdrückung von unerwünschter Interferenzstrahlung, also Interferenzstrahlung, die nicht durch das an der Augenlinse 35 reflektierte Meßbündel 28 und am Endspiegel 32 reflektierte Referenzbündel 29 erzeugt wurde. Die so konfokal detektierte Interferenzstrahlung 36 wird an einem weiteren Hohlspiegel 39 reflektiert, der die Interferenzstrahlung 36 als paralleles Strahlenbündel auf ein Prisma 40 lenkt, das aufgrund seiner Dispersion die verschiedenen Wellenlängen im Interferenzstrahlenbündel unterschiedlich stark ablenkt.For this purpose, the interference radiation 36 is guided via a concave mirror 37 through a diaphragm 38. The concave mirror 37 and the diaphragm 38 are used for confocal suppression of unwanted interference radiation, that is to say interference radiation which has not been generated by the reference beam 28 reflected at the eye lens 35 and the reference beam 29 reflected at the end mirror 32. The interference radiation 36 thus detected confocally is reflected at a further concave mirror 39, which directs the interference radiation 36 as a parallel beam onto a prism 40, which deflects the different wavelengths in the interference beam due to its dispersion to different degrees.
Die aus dem Prisma 40 austretende und wellenlängenabhängig aufgefächerte Interferenzstrahlung 36 trifft auf einen konkaven Fokussierspiegel 41 , der die Interferenzstrahlung direkt oder über den Polygonspiegel 42 auf acht separate Detektoren 43, 44, 45, ... 50 lenkt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist vom Fokussierspiegel 41 bis hin zu den Detektoren 43-50 nur noch die jeweilige Strahlachse für jede der acht Wellenlängen eingezeichnet. Die so gemessenen Intensitätswerte sind ein Maß für die Phasenverschiebung zwischen dem Meßbündel 28 und dem Referenzbündel 29 und damit auch ein Maß für den Zuckerspiegel im Kammerwasser und werden dem Auswertemodul 4 zugeführt.The interference radiation 36 emerging from the prism 40 and fanned as a function of the wavelength strikes a concave focusing mirror 41 which detects the Interference radiation directly or via the polygon mirror 42 to eight separate detectors 43, 44, 45, ... 50 directs. To simplify the illustration, only the respective beam axis for each of the eight wavelengths is drawn from the focusing mirror 41 to the detectors 43-50. The intensity values thus measured are a measure of the phase shift between the measuring beam 28 and the reference beam 29 and thus also a measure of the sugar level in the aqueous humor and are supplied to the evaluation module 4.
Ferner werden dem Auswertemodul 4 noch die Intensitäten und genauen Wellenlängen der Laserstrahlen der acht Laserdioden 5-12 zugeführt (also der in das Interferometermodul 2 eingekoppelten Laserstrahlung), die wie folgt gemessen werden.In addition, the intensities and precise wavelengths of the laser beams of the eight laser diodes 5-12 are supplied to the evaluation module 4 (ie, the laser radiation coupled into the interferometer module 2), which are measured as follows.
Die von den Laserdioden 5-12 erzeugte Laserstrahlung ist linear polarisiert und wird durch einen Polarisator 21 (hier ein Rochon-Prisma oder ein Wollastonprisma) geführt, aus dem das Strahlenbündel linear polarisiert austritt und dann durch ein achromatisches λ/4-Element 22 (hier z.B. ein Fresnelrhombus oder ein K-Prisma) läuft, das die Polarisation in zirkuläre Polarisation umwandelt. Das Strahlenbündel 20 mit zirkularer Polarisation wird über die beiden konkaven Umlenkspiegel 23 und 24 auf eine Hohlraumresonatoreinheit 25 gelenkt.The laser radiation generated by the laser diodes 5-12 is linearly polarized and is passed through a polarizer 21 (here a Rochon prism or a Wollaston prism), from which the beam emerges linearly polarized and then through an achromatic λ / 4 element 22 (here eg a Fresnel rhombus or a K prism), which converts the polarization into circular polarization. The radiation beam 20 with circular polarization is directed via the two concave deflection mirrors 23 and 24 onto a cavity resonator unit 25.
Wie in der vergrößerten Querschnittsdarstellung in Fig. 3 ersichtlich ist, wird ein Hohlraum zwischen einem vorderen und hinteren Glaselement 51 , 52 gebildet, der durchAs can be seen in the enlarged cross-sectional view in Fig. 3, a cavity between a front and rear glass element 51, 52 is formed by
Abstandselemente 53 und 54, die ebenfalls aus Glas hergestellt sind, nach außen abgedichtet ist. Die Elemente 52 bis 54 sind alle aus einem speziellen Glas hergestellt, das eine äußerst geringe Ausdehnung bei Temperaturänderungen aufweist. Die einander zugewandten Seiten des vorderen und hinteren Glaselements 51 und 52 sind parallel zueinander ausgerichtet und weisen eine Reflektivität von ungefähr 4% auf.Spacers 53 and 54, which are also made of glass, sealed to the outside. The elements 52 to 54 are all made of a special glass which has a very low expansion with temperature changes. The facing sides of the front and rear glass elements 51 and 52 are aligned parallel to each other and have a reflectivity of about 4%.
Wie in Fig. 3 angedeutet ist, wird daher an diesen beiden Seiten jeweils ein gewisser Teil des Strahlenbündels 20 in sich zurückreflektiert. Die zurückreflektierten Anteile interferieren miteinander und werden über die Spiegel 24 und 23 zur λ/4-Einheit 22 geführt wird, die die zirkuläre Polarisation dieser Strahlung in lineare Polarisation umwandelt, wobei die Polarisationsrichtung um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung des vom Polarisator 21 zur λ/4-Einheit 22 kommenden Strahlenbündels 20 gedreht ist. Aufgrund dieser gedrehten linearen Polarisation lenkt der Polarisator 21 das zurückreflektierte Licht nach unten ab, wie in der Seitenansicht von Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Das zurückreflektierte Licht trifft daher nicht auf die Laserdiode 5, sondern auf den unterhalb der Laserdiode 5 angeordneten Detektor 55, der die Intensität der zurückreflektierten Strahlung mißt. Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist unterhalb jeder Laserdiode 5 bis 12 ein Detektor 55 angeordnet, so daß aufgrund der diochroitischen Teiler 13 bis 19 für jede Wellenlänge selektiv die Intensität der zurückreflektierten Strahlung gemessen werden kann. Aus der gemessenen Intensität kann für jede Laserdiode 5-12 die Wellenlänge der Laserstrahlung im Strahlenbündel 20, das in das Interferometermodul 2 eingekoppelt wird, berechnet werden. Dazu werden natürlich die Meßwerte der Detektoren 55 dem Auswertemodul 4 über nicht eingezeichnete Leitungen zugeführt.As indicated in Fig. 3, therefore, a certain part of the beam 20 is reflected back on both sides in each case. The reflected portions interfere with each other and are guided via the mirrors 24 and 23 to the λ / 4 unit 22, which converts the circular polarization of this radiation into linear polarization, the polarization direction being 90 ° to the polarization direction of the polarizer 21 to the λ / 4 unit 22 coming beam 20 is rotated. Due to this rotated linear polarization, the polarizer 21 deflects the reflected-back light downwards, as shown diagrammatically in the side view of FIG. The back-reflected light therefore does not strike the laser diode 5 but the detector 55 arranged below the laser diode 5, which measures the intensity of the back-reflected radiation. In the embodiment of Fig. 1, a detector 55 is disposed below each laser diode 5 to 12 so that, due to the diochroic splitters 13 to 19, the intensity of the back-reflected radiation can be selectively measured for each wavelength. From the measured intensity, the wavelength of the laser radiation in the beam 20, which is coupled into the interferometer module 2, can be calculated for each laser diode 5-12. For this purpose, of course, the measured values of the detectors 55 are supplied to the evaluation module 4 via lines not shown.
Da der Abstand der einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51 und 52 bekannt ist, kann aus der gemessenen Intensität die tatsächliche Wellenlänge der jeweiligen Laserstrahlung berechnet werden. Die Genauigkeit der Messung der tatsächlichen Wellenlänge hängt von der Genauigkeit ab, mit der der Abstand der beiden zueinander gewandten Seiten der Glaselemente 51 und 52 bekannt ist. Da die Glaselemente eine äußerst geringe Wärmeausdehnung aufweisen und die Hohlraumresonatoreinheit 25 noch bevorzugt auf konstanter Temperatur gehalten werden kann, um Temperaturänderungen im eingeschlossenen Hohlraum zu vermeiden, ist der Abstand der beiden Seiten mit einer Genauigkeit 1 x 10"6 bekannt. Somit können auch die Wellenlängen mit dieser Genauigkeit gemessen werden, so daß selbst schnelle zeitliche Schwankungen der Wellenlängen synchron zur Messung der Interferenzsignale im Detektormodul 3 gemessen werden können.Since the distance of the mutually facing sides of the glass elements 51 and 52 is known, the actual wavelength of the respective laser radiation can be calculated from the measured intensity. The accuracy of the measurement of the actual wavelength depends on the accuracy with which the distance of the two mutually facing sides of the glass elements 51 and 52 is known. Since the glass elements have an extremely low thermal expansion and the cavity resonator unit 25 can still preferably be kept at a constant temperature in order to avoid temperature changes in the enclosed cavity, the distance between the two sides is known with an accuracy of 1.times.10.sup.- 6 be measured with this accuracy, so that even rapid time fluctuations of the wavelengths can be measured synchronously to the measurement of the interference signals in the detector module 3.
Die einander abgewandten Seiten des vorderen und hinteren Glaselementes 51 , 52 sind gegenüber den einander zugewandten Seiten so geneigt, daß die an den einander abgewandten Seiten reflektierte Strahlung nicht in den Detektor 55 gelangt (sie wird zum größten Teil schon durch die Blende 56 abgehalten), so daß diese Strahlung die Messung der Intensität der an den einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51 , 52 reflektierten Strahlung nicht beeinflußt.The opposite sides of the front and rear glass element 51, 52 are inclined relative to the sides facing each other so that the radiation reflected on the opposite sides of the radiation does not enter the detector 55 (it is for the most part already held by the aperture 56), so that this radiation does not affect the measurement of the intensity of the radiation reflected at the mutually facing sides of the glass elements 51, 52.
Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es somit möglich, die Intensität und Wellenlänge der einzelnen Laserstrahlen der Laserdioden 5-12 äußerst genau zu messen und ferner die Intensität der Interferenzstrahlung 36 für die verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig zu messen.With the device described, it is thus possible to measure the intensity and wavelength of the individual laser beams of the laser diodes 5-12 extremely accurately and also to simultaneously measure the intensity of the interference radiation 36 for the different wavelengths.
Mit diesen Meßwerten und der Kenntnis der Länge L der Vorderkammer, die vom Meßbündel 28 durchlaufen wird, kann man Brechzahldifferenzwerte Δn(λ) = n(λ)-n(λo) aus folgender Formel berechnen:With these measured values and the knowledge of the length L of the anterior chamber, which is traversed by the measuring beam 28, one can calculate refractive index difference values Δn (λ) = n (λ) -n (λo) from the following formula:
An(λ) (1 )
Figure imgf000017_0001
wobei l(λ) die gemessene Intensität der Interferenzstrahlung ist, lo(λ) die Intensität der entsprechenden Wellenlänge im einfallenden Strahlenbündel 20 und n(λ) die wellenlängenabhängige Brechzahl des Kammerwassers ist. Δn(λ) kann als relative Dispersion des Kammerwassers bezogen auf eine Referenzwellenlänge X0 bezeichnet werden. Aufgrund der Tatsache, daß hier nur die Brechzahldifferenzwerte bestimmt werden, müssen die Parameter, die zwar die Phase verändern, aber nicht von der Wellenlänge abhängen, nicht bekannt sein, da diese Parameter sich bei der Differenzbildung gegenseitig aufheben. Da die Messung für alle Wellenlängen gleichzeitig durchgeführt wird, haben selbst zeitliche Schwankungen einzelner Parameter, die z.B. durch den Pulsschlag und kaum zu vermeidende Augenbewegungen bedingt sind, keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit. Dies vereinfacht die Messung deutlich.
An (λ) (1)
Figure imgf000017_0001
where l (λ) is the measured intensity of the interference radiation, l o (λ) is the intensity of the corresponding wavelength in the incident beam 20 and n (λ) is the wavelength-dependent refractive index of the chamber water. Δn (λ) can be referred to as a relative dispersion of the aqueous humor with respect to a reference wavelength X 0 . Due to the fact that only the refractive index difference values are determined here, the parameters which change the phase but do not depend on the wavelength need not be known, since these parameters cancel each other out during the subtraction. Since the measurement is carried out simultaneously for all wavelengths, even temporal fluctuations of individual parameters, which are caused, for example, by the pulse beat and hardly to be avoided eye movements, have no influence on the measurement accuracy. This simplifies the measurement significantly.
Ferner ist für verschiedene im Kammerwasser enthaltene Stoffe, deren Konzentration schwanken kann und die die Brechzahl des Kammerwassers dabei ändern, die relative Dispersion ΔnstOff (K λ) = nstOff (k, λ)-nStoff (k, λ0) in Abhängigkeit der Stoffkonzentration k und relativ zur Bezugswellenlänge λ0 bekannt. In Fig. 5 ist die relative Dispersion für fünf Kammerwasserbestandteile für jeweils die angegebene Konzentration dargestellt. Dabei ist entlang der x-Achse aufgetragen und entlang der y-Achse in rad dieFurthermore, for various substances contained in the aqueous humor, whose concentration can vary and which change the refractive index of the aqueous humor, the relative dispersion Δn stO ff (K λ) = n stOff (k, λ) -n Sto ff (k, λ 0 ) as a function of the substance concentration k and relative to the reference wavelength λ 0 . In Fig. 5, the relative dispersion for five aqueous humor components for each of the indicated concentration is shown. It is plotted along the x-axis and along the y-axis in rad the
Wellenläng endifferenzWavelength difference
2πL' relative Dispersion mal (im folgenden auch als relative Dispersionsphase bezeichnet). L' λ ist eine bekannte Länge, die aufgrund der nachfolgend beschriebenen Messung zur Gewinnung der gezeigten relativen Dispersion zu berücksichtigen ist. Wie in Fig. 5 ersichtlich ist, treffen sich alle Kurven im Punkt P1 , der der relativen Dispersion für λ = A0 entspricht, wobei hier A0 = 405 nm. Die maximale Wellenlängendifferenz beträgt 895 nm (Punkt P2).2πL 'relative dispersion times (hereinafter also referred to as the relative dispersion phase). L 'λ is a known length to be considered for obtaining the relative dispersion shown, due to the measurement described below. As can be seen in FIG. 5, all the curves meet at point P1, which corresponds to the relative dispersion for λ = A 0 , where here A 0 = 405 nm. The maximum wavelength difference is 895 nm (point P2).
Die Meßwerte wurden dadurch gewonnen, daß in einer Interferometeranordnung nach Michelson in beiden Armen jeweils eine mit Wasser gefüllte Cuvette mit einer Dicke L' von 5 mm angeordnet war. Eine der beiden Cuvetten wurde z.B. NaCI zugegeben, bis eine Konzentration von 6,5 g/l erreicht wurde. Dann wurde für die angegebenen Wellenlängendifferenzen die Phasenänderungen gemessen. Nachdem in dem hier relevanten Konzentrationsbereich die relative Dispersionsphase direkt proportional zur Konzentration ist, ist daher nach Messung für eine Konzentration die relative Dispersionsphase für NaCI als Funktion der Stoffkonzentration und der Wellenlänge λ in Bezug zur Referenzwellenlänge λ0 bekannt. Die gleiche Bestimmung der relativen Dispersion wird einzeln für jeden der restlichen Stoffe durchgeführt, wobei hier zur Vereinfachung der Darstellung die relative Dispersion für Alkohol nicht eingezeichnet ist, da sie qualitativ ähnlich zur relativen Dispersion von NaCI ist, aber deutlich größere absolute Werte für die Dispersionsphase aufweist. Bevorzugt wird die Bestimmung der relativen Dispersion mit den gleichen Wellenlängen durchgeführt, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden.The measured values were obtained by arranging in each case a water-filled cuvette with a thickness L 'of 5 mm in a Michelson interferometer arrangement in both arms. For example, one of the two cuvettes was added with NaCl until a concentration of 6.5 g / l was reached. Then the phase changes were measured for the specified wavelength differences. After the relative dispersion phase is directly proportional to the concentration in the relevant concentration range, the relative dispersion phase for NaCl as a function of the substance concentration and the wavelength λ in relation to the reference wavelength λ 0 is therefore known after measurement for a concentration. The same determination of relative dispersion is made individually for each of the remaining materials, the relative dispersion for alcohol not being shown here for ease of illustration since it is qualitatively similar to the relative dispersion of NaCl but has significantly greater absolute values for the dispersion phase , Preferably, the Determination of the relative dispersion with the same wavelengths used in the device according to the invention.
Wie Fig. 5 zu entnehmen ist, ist ferner eine relative Dispersion für reines Wasser (H2O), also Wasser ohne eines der Kammerwasserbestandteile, eingezeichnet. Diese relative Dispersion ist nicht abhängig von einer Konzentration, sondern von der Länge der durchlaufenden Wasserstrecke. In Figur 5 ist die relative Dispersionsphase für Wasser für eine Länge von 40 μm eingezeichnet. Diese relative Referenzdispersionsphase wurde dadurch ermittelt, daß in einer Interferometeranordnung nach Michelson in beiden Armen jeweils eine mit Wasser gefüllte Cuvette angeordnet war, wobei eine erste Cuvette 5 mm (= L') dick war und die zweite Cuvette um 40 μm dicker war als die erste Cuvette. Damit ist es möglich, den Einfluß der Vorderkammerlänge zu berücksichtigen, da die relative Dispersion von Wasser direkt proportional zur Wasserlänge ist. Sofern hier von der Konzentration eines Stoffes gesprochen wird, ist bei Wasser stets die zu durchlaufende Wasserstrecke gemeint.As can be seen from FIG. 5, a relative dispersion for pure water (H 2 O), that is to say water without any of the components of the aqueous humor, is also shown. This relative dispersion is not dependent on a concentration, but on the length of the passing waterway. FIG. 5 shows the relative dispersion phase for water for a length of 40 μm. This relative reference dispersion phase was determined by arranging in each case a water-filled cuvette in a Michelson interferometer arrangement, with a first cuvette being 5 mm thick (= L ') and the second cuvette being 40 μm thicker than the first cuvette cuvette. This makes it possible to consider the influence of the anterior chamber length, since the relative dispersion of water is directly proportional to the water length. As far as the concentration of a substance is mentioned here, the water to be traversed is always meant for water.
Zur Ermittlung der Zuckerkonzentration führt das Auswertemodul 4 eine lineare Superposition mit den bekannten relativen Dispersionen sechs einzelnen Stoffe (Fig. 5) mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter sowie der relativen Dispersion von Wasser mit der Wasserlänge als Parameter so durch, daß die daraus sich ergebende relative Gesamtdispersion die ermittelten Werte der relativen Dispersion (gemäß Formel 1) als Funktionswerte aufweist. Die sich dabei ergebenden Parameter entsprechen dann den Konzentrationen der Stoffe im Kammerwasser (bzw. bei Wasser entspricht der Parameterwert der Wasserstrecke).In order to determine the sugar concentration, the evaluation module 4 carries out a linear superposition with the known relative dispersions of six individual substances (FIG. 5) with the concentration of the individual substances as parameters and the relative dispersion of water with the water length as parameters in such a way that they come from them resulting relative total dispersion having the values of relative dispersion (according to formula 1) determined as functional values. The resulting parameters then correspond to the concentrations of the substances in the aqueous humor (or, in the case of water, the parameter value of the water segment corresponds to).
Anders gesagt, wird ein lineares Gleichungssystem mit m Gleichungen und m Unbekannten aufgestellt, das analytisch gelöst werden kann. Es ist somit möglich, z.B. die Glukosekonzentration im Kammerwasser durch eine einzige, schnelle Messung genau zu bestimmen. Wenn zur gleichen Zeit die Zuckerkonzentration im Blut der Person mit einem bekannten invasiven Verfahren ermittelt wird, kann man daraus für die Person z.B. den Umrechnungsfaktor bestimmen, um von der Glucosekonzentration im Kammerwasser auf die Glucosekonzentration im Blut umzurechnen. Dieser Umrechnungsfaktor kann z.B. im Auswertemodul 4 abgespeichert werden und kann in Zukunft benutzt werden, um die Glucosekonzentration im Blut nicht-invasiv für diese Person mit dem beschriebenen Verfahren und/oder der beschriebenen Vorrichtung zu bestimmen.In other words, a linear equation system with m equations and m unknowns is set up, which can be solved analytically. It is thus possible, e.g. To accurately determine the glucose concentration in the aqueous humor by a single, rapid measurement. At the same time, if the sugar concentration in the person's blood is determined by a known invasive method, it can be deduced from it for the person e.g. determine the conversion factor to convert from the glucose concentration in the aqueous humor to the glucose concentration in the blood. This conversion factor can e.g. be stored in the evaluation module 4 and can be used in the future to non-invasively determine the blood glucose concentration for this person with the described method and / or the device described.
Bei der oben angegebenen Formel 1 für die relative Dispersion des Kammerwassers wurde die Kenntnis der Länge L der Vorderkammer des Auges A vorausgesetzt. Nachdem jedoch, wie oben beschrieben wurde, auch die relative Dispersionsphase von Wasser bei der rechnerischen Ermittlung der Zuckerkonzentration berücksichtigt wird, langt eine ungefähre Kenntnis (z.B. ± 10 %) der Länge L. Der Fehler von z.B. ± 10 % wird bei der rechnerischen Ermittlung durch die Berücksichtigung der relativen Dispersionsphase von Wasser kompensiert. Dies ist insofern vorteilhaft, da somit die Länge L zum Zeitpunkt der Messung äußerst genau bestimmt werden kann. Würde man die relative Dispersion von Wasser nicht berücksichtigen, müßte man die Länge L mit äußerst hoher Genauigkeit zum Meßzeitpunkt kennen. Da jedoch schon durch den Pulsschlag der Person während der Messung eine zu berücksichtigende Änderung der Länge L auftritt, müßte man zum Meßzeitpunkt auch die Länge L mit einer weiteren Vorrichtung äußerst exakt messen, was kaum möglicht ist, und wenn ja, dann nur mit sehr großem Aufwand. Daher wird hier bevorzugt der beschriebene Weg gewählt, bei dem man die Länge L der Vorderkammer mit einer Genauigkeit von z.B. ± 10 % bestimmt und während der rechnerischen Bestimmung als einen Stoff die relative Dispersion von Wasser berücksichtigt.In the above formula 1 for the relative dispersion of the aqueous humor, the knowledge of the length L of the anterior chamber of the eye A was assumed. However, since, as described above, the relative dispersion phase of water in the computational Determining the sugar concentration is taken into account, an approximate knowledge (eg ± 10%) of the length L. The error of eg ± 10% is compensated in the computational determination by taking into account the relative dispersion phase of water. This is advantageous in that therefore the length L at the time of measurement can be determined extremely accurately. If one did not consider the relative dispersion of water, one would have to know the length L with extremely high accuracy at the time of measurement. However, since even by the pulse of the person during the measurement to be taken into account a change in the length L, one would have to measure extremely accurately at the measurement time, the length L with another device, which is hardly possible, and if so, then only with very large Effort. Therefore, the described path is preferably chosen here, in which one determines the length L of the anterior chamber with an accuracy of, for example, ± 10% and, during the mathematical determination as a substance, takes into account the relative dispersion of water.
Die Länge L kann beispielsweise mit bekannten Meßgeräten vorab gemessen werden. Dabei reicht in der Regel für ein Auge und eine Person eine einzige Bestimmung, da die Länge L der Vorderkammer mit der gewünschten Genauigkeit von z.B. ± 10 % als im wesentlichen konstanter Wert für eine Person anzusehen ist. Die Vorderkammerlänge liegt üblicherweise im Bereich von 1 ,5 bis 6 mm.The length L can be measured in advance, for example, with known measuring devices. As a rule, a single determination suffices for an eye and a person, since the length L of the anterior chamber can be determined with the desired accuracy of e.g. ± 10% is considered to be a substantially constant value for a person. The anterior chamber length is usually in the range of 1, 5 to 6 mm.
Ferner kann die Länge L auch direkt aus den ermittelten Brechzahldifferenzwerten abgeleitet werden. Dabei wird angenommen, daß nur die Länge der Vorderkammer (und somit die von der Laserstrahlung durchlaufene Länge im Kammerwasser) die gemessenen relativen Dispersionswerte bzw. die gemessene Phase bestimmt. Es wird also der Einfluß der Stoffe auf die Phase vernachlässigt, was hier deshalb möglich ist, da der absolute Einfluß der Stoffe auf die Phase ca. 10 % beträgt und die Zuckerkonzentration auch nur mit einer Genauigkeit von 10 % ermittelt werden soll. Zur Berechnung der Länge der Vorderkammer wird von der relativen Dispersionsphase von Wasser als Funktion der durchlaufenden Länge im Wasser ausgegangen. Das Auswertemodul 4 kann durch Variation der Länge L (in Formel 1 ) die relative Gesamtdispersion ermitteln, bei der die ermittelten Werte der relativen Dispersionsphase als Funktionswerte enthalten sind.Furthermore, the length L can also be derived directly from the determined refractive index difference values. It is assumed that only the length of the anterior chamber (and thus the length of the aqueous humor passed through the laser radiation) determines the measured relative dispersion values or the measured phase. Thus, the influence of the substances on the phase is neglected, which is possible here because the absolute influence of the substances on the phase is about 10% and the sugar concentration should also be determined with an accuracy of 10%. To calculate the length of the anterior chamber, one starts from the relative dispersion phase of water as a function of the passing length in the water. The evaluation module 4 can determine the relative total dispersion by varying the length L (in formula 1), in which the determined values of the relative dispersion phase are contained as function values.
Ferner ist es möglich, zusätzlich zu der beschriebenen Messung an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser 34 und der Augenlinse 35 an der Grenzfläche zwischen der Hinterseite der Cornea 33 und dem Kammerwasser 34 zu messen. Dies ist beispielsweise durch eine aktive kalibrierte Fokusverschiebung möglich. Damit kann einerseits direkt die Länge L gemessen werden. Andererseits kann durch Differenzbildung (der Meßwerte bei Reflexion an der Vorderseite der Augenlinse 35 einerseits und an der Rückseite der Cornea 34 andererseits) der Einfluß der Dispersion der Cornea auf die Dispersionsmessung bei Reflexion an der Vorderseite der Augenlinse 35 herausgerechnet werden.Further, in addition to the measurement described above, it is possible to measure at the interface between aqueous humor 34 and the crystalline lens 35 at the interface between the posterior surface of the cornea 33 and the aqueous humor 34. This is possible, for example, with an active calibrated focus shift. Thus, on the one hand directly the length L can be measured. On the other hand, by subtraction (the measured values in reflection at the front of the eye lens 35 on the one hand and on the back of the cornea 34 on the other hand) of Influence of the dispersion of the cornea on the dispersion measurement in reflection at the front of the eye lens 35 are calculated out.
Bei der bisherigen Beschreibung wurde stets davon ausgegangen, daß das absolute Intensitätsmaximum (nullte Ordnung) gemessen wird. Es ist jedoch auch möglich, daß höhere Interferenzordnungen gemessen werden. Dies kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, daß über eine gewisse Zeit gemessen wird. Da schon aufgrund der normalen Augenbewegungen und Dickenschwankungen der Vorderkammer (z.B. aufgrund des Pulsschlages) während der Messung eine Variation der Länge des Meßarms 30 des Interferometermodυls 2 auftritt, die zu einem Durchlaufen von mehreren Interferenzmaxima führt, wird mittels des Detektionsmoduls 3 bevorzugt laufend gemessen, so daß die Variationen in der Intensität auch erfaßt werden. Es kann daher beispielsweise durch einfaches Abzählen von der maximalen Intensität festgestellt werden, welche Interferenzordnung gerade gemessen wurde.In the previous description, it was always assumed that the absolute maximum intensity (zero order) is measured. However, it is also possible that higher interference orders are measured. This can be determined, for example, by measuring over a certain period of time. Since already due to the normal eye movements and thickness variations of the anterior chamber (eg due to the pulse beat) during the measurement, a variation of the length of the measuring arm 30 of the Interferometermodυls 2 occurs, which leads to a passage of several interference maxima, is preferably continuously measured by means of the detection module 3, so that the variations in intensity are also detected. It can therefore be determined, for example, by simply counting the maximum intensity which interference order has just been measured.
Es hat sich femer gezeigt, daß die lineare Superposition der bekannten relativen Dispersion der einzelnen Stoffe mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter nur für die in Frage kommenden Interferenzordnungen nacheinander durchgeführt werden muß. Eine falsch angenommene Interferenzordnung führt dann zu einer relativen Gesamtdispersion, deren Verlauf sich von der zu erwartenden relativen Gesamtdispersion schon qualitativ deutlich unterscheidet. Es läßt sich somit durch Durchprobieren der relevanten Interferenzordnungen leicht die richtige Interferenzordnung herausfinden.It has also been found that the linear superposition of the known relative dispersion of the individual substances with the concentration of the individual substances as parameters must be carried out successively only for the interference orders in question. A wrongly assumed interference order then leads to a relative total dispersion, the course of which already qualitatively clearly differs from the expected relative total dispersion. It is thus easy to find out the correct order of interference by testing the relevant interference orders.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann die relative Dispersion zu einem ersten Zeitpunkt bestimmt werden. Wenn in der Folge nur Änderungen der Konzentration derWith the described method, the relative dispersion can be determined at a first time. If in the consequence only changes of the concentration of the
Kammerwasserbestandteile in Bezug zur Konzentration zum ersten Zeitpunkt zu bestimmen sind, kann bei einer erneuten Messung die zum ersten Zeitpunkt bestimmte relative Dispersion abgezogen werden. Damit läßt sich sehr genau die Änderung relativ zum ersten Zeitpunkt messen, ohne die Dispersion der Cornea messen zu müssen, wenn diese Dispersion nicht in das Dispersionssignal des Kammerwassers eingehen soll.If aqueous humor components are to be determined in relation to the concentration at the first time, the relative dispersion determined at the first time can be subtracted in the case of a new measurement. Thus, the change can be measured very accurately relative to the first time, without having to measure the dispersion of the cornea, if this dispersion should not be included in the dispersion signal of the aqueous humor.
Bei der Dispersionsmessung und der beschriebenen Fokussierung des Meßbündels 28 auf die Vorderseite der Augenlinse 35 kann bevorzugt ein passives Wandern des Fokus ausgenutzt werden, was beispielsweise allein aufgrund des Pulsschlages der Person, dessen Kammerwasserkonzentration gemessen werden soll, auftritt. Ferner kann die Fokussierung durch ein manuelles Heran- und Wegführen des Auges A zu bzw. vom Strahlteiler 27 bewirkt werden. Während des Wandems des Fokus wird laufend die Intensität der Interferenzstrahlung wellenlängenabhängig gemessen, so daß auch laufend die Phase bestimmt werden kann. Dazu kann beispielsweise das Maximum und das Minimum der gemessenen Intensität für jede Wellenlänge ggf. durch Interpolation einer Einhüllenden, da sich die Amplitude aufgrund der Konfokalität und Kohärenz ändert, bestimmt werden. Jeder Meßwert der Detektoren 43 bis 50 wird dann auf die lokale Amplitude bezogen und daraus wird die Phase bestimmt.In the dispersion measurement and the described focusing of the measuring beam 28 on the front of the eye lens 35, a passive migration of the focus can preferably be exploited, which occurs, for example, solely due to the pulse beat of the person whose aqueous humor concentration is to be measured. Further, the focusing can be effected by manually moving the eye A to and from the beam splitter 27. During the movement of the focus, the intensity of the interference radiation is continuously measured as a function of wavelength, so that the phase can also be determined continuously. To For example, the maximum and minimum of the measured intensity for each wavelength may be determined by interpolating an envelope, as the amplitude changes due to confocality and coherence. Each measured value of the detectors 43 to 50 is then related to the local amplitude and from this the phase is determined.
Dieses beschriebene passive Wandern des Fokus kann natürlich auch bei der oben beschriebenen Referenzmessung an der Grenzfläche zwischen Cornea und Kammerwasser durchgeführt werden.This described passive migration of focus can of course also be carried out in the above-described reference measurement at the interface between cornea and aqueous humor.
Die bereits beschriebenen und im nachfolgenden noch beschriebenen Ausführungsformen und Weiterbildungen können beliebig untereinander kombiniert werden.The embodiments and developments described above and described below can be combined with one another as desired.
So ist es z.B. ferner möglich, in den Referenzarm einen Dispersions-Kompensationskörper einzubringen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Festkörper bekannter Dicke und Dispersion, temperiertes Wasser bekannter Dicke und/oder Wasser bekannter Dicke mit Temperaturmessung handeln. Ferner ist es möglich, für jede Wellenlänge eine selektive Dispersionskompensation durchzuführen, dazu können beispielsweise dispersive Elemente in Form eines Gitters, eines Prismas und/oder eines Dichroids eingesetzt werden. So kann z.B. durch das dispersive Element eine Aufspaltung der Strahlverläufe für jede Wellenlänge erzeugt werden, so daß der Referenzarm in n Unterarme aufgeteilt wird. Jeder Unterarm weist einen Endspiegel auf, mit dem die Länge jedes Unterarms unabhängig von den Längen der restlichen Unterarme eingestellt werden kann. Somit kann eine ausgezeichnete Dispersionskompensation für jede Wellenlänge erreicht werden, was die Konzentrationsbestimmung erleichtert. Die bewirkte Kompensation der Dispersion wird bei der nachfolgenden rechnerischen Bestimmung der Zuckerkonzentration berücksichtigt. Die Dispersionskompensation ist hier von Vorteil, da der relativ große Anteil der erzeugten Phasenverschiebung, der durch das Kammerwasser bewirkt wird und keine Aussage über die Zuckerkonzentration liefert, fast vollständig kompensiert werden kann, wodurch die Meßgenauigkeit erhöht werden kann.So it is e.g. Furthermore, it is possible to introduce a dispersion compensation body into the reference arm. This may be, for example, a solid of known thickness and dispersion, tempered water of known thickness and / or water of known thickness with temperature measurement. Furthermore, it is possible to carry out a selective dispersion compensation for each wavelength, for example dispersive elements in the form of a grating, a prism and / or a dichroic can be used. Thus, e.g. a splitting of the beam paths for each wavelength is generated by the dispersive element, so that the reference arm is divided into n lower arms. Each forearm has an end mirror that allows the length of each forearm to be adjusted independently of the lengths of the remaining forearms. Thus, excellent dispersion compensation for each wavelength can be achieved, which facilitates concentration determination. The resulting compensation of the dispersion is taken into account in the subsequent computational determination of the sugar concentration. The dispersion compensation is advantageous here, since the relatively large proportion of the phase shift produced, which is caused by the aqueous humor and does not provide any information about the sugar concentration, can be almost completely compensated, whereby the measurement accuracy can be increased.
Bei der bisher in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform werden mehrere (hier 8) separate Laserlichtquellen über die Hohlraumresonatoreinheit 25, die λ/4-Einheit 22, den Polarisator 21 und die Detektoren 55 genau vermessen bzw. referenziert. Dies hat u.a. den Vorteil, daß diese Lösung äußerst kostengünstig ist. Natürlich können auch stabilisierte Laser eingesetzt werden. In diesem Fall ist keine separate Messung der Wellenlänge und der Intensität notwendig. Jedoch sind die Kosten für eine solche Vorrichtung aufgrund der stabilisierten Laser deutlich höher im Vergleich zu der in Fig. 1 gezeigten Lösung. Anstatt der einzelnen Laserlichtquellen 5 bis 12, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurden, kann z.B. auch eine oder mehrere breitbandige Lichtquellen zur Erzeugung der gewünschten Laserstrahlung eingesetzt werden, die Laserstrahlung in einem oder mehreren Bändern abgibt bzw. abgeben. Aus diesem Band bzw. Bändern können dann die gewünschten Wellenlängen extrahiert werden (beispielsweise durch Filter, Gitter oder Prismen). Die extrahierten Wellenlängen können dann wiederum entweder stabilisiert oder referenziert (wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde) werden.In the embodiment previously described in connection with FIG. 1, a plurality of (here 8) separate laser light sources are precisely measured or referenced via the cavity unit 25, the λ / 4 unit 22, the polarizer 21 and the detectors 55. This has the advantage, among other things, that this solution is extremely cost-effective. Of course, stabilized lasers can also be used. In this case, no separate measurement of wavelength and intensity is necessary. However, the cost of such a device is significantly higher due to the stabilized lasers compared to the solution shown in FIG. Instead of the individual laser light sources 5 to 12 which have been described in connection with FIG. 1, it is also possible, for example, to use one or more broadband light sources to generate the desired laser radiation which emits or emits laser radiation in one or more bands. From this band or bands then the desired wavelengths can be extracted (for example by filters, grids or prisms). The extracted wavelengths may in turn be either stabilized or referenced (as described in connection with FIG. 1).
Zur Messung bzw. Referenzierung der Wellenlängen werden in Fig. 1 im wesentlichen die Elemente 21 , 22 und 25 genutzt. Man kann jedoch die Elemente 21 und 22 weglassen, wenn die einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51 , 52 nicht mehr senkrecht zum einfallenden Strahlenbündel 20 ausgerichtet sind, sondern unter einem Winkel von ungleichFor measuring or referencing the wavelengths, the elements 21, 22 and 25 are essentially used in FIG. However, one can omit the elements 21 and 22, if the facing sides of the glass elements 51, 52 are no longer aligned perpendicular to the incident beam 20, but at an angle of unequal
90°. Mit einem solchen Schrägstellen der Hohlraumresonatoreinheit 25 wird die gewünschte90 °. With such a tilting of the cavity unit 25, the desired
Strahlseparation erreicht, so daß die reflektierte Strahlung nicht mehr kolinear zum einfallenden Strahlenbündel 20 ist.Beam separation achieved so that the reflected radiation is no longer colinear to the incident beam 20.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung kann die Bestimmung der Zuckerkonzentration zum Beispiel wie folgt durchgeführt werden. Der Patient hält sein Auge A vor das Gerät in der in Fig. 1 gezeigten Position. Wenn das Gerät kompakt genug ist, kann der Patient auch das Gerät vor sein Auge halten. Das Auge wird mit dem Beleuchtungsstrahlenbündel 20 beleuchtet, wobei der Fokus aktiv oder passiv durch die Kammerwasser / Augenlinse-Grenzfläche wandert, und dabei alle Signale der Detektoren 43 bis 50 sowie 55 gemessen werden. Aus den Meßwerten ermittelt das Auswertemodul 4 die relative Dispersion für sieben Wellenlängendifferenzen. Unter Kenntnis der Länge L der Vorderkammer werden die bekannten relativen Dispersionen der einzelnen Stoffe (Fig. 5) mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter sowie die relative Dispersion für Wasser mit der Wasserlänge als Parameter linear so kombiniert, daß die sich daraus ergebende relative Gesamtdispersion die ermittelten relativen Dispersionswerte (gemäß Formel 1) abdeckt. Der dabei ermittelte Koeffizient für Glucose ist ein Maß für die Glucosekonzentration im Kammerwasser.For example, in the apparatus shown in Fig. 1, the determination of the sugar concentration may be performed as follows. The patient holds his eye A in front of the device in the position shown in Fig. 1. If the device is compact enough, the patient can also hold the device in front of his eye. The eye is illuminated with the illumination beam 20, with the focus actively or passively traveling through the aqueous humor / eye lens interface, measuring all the signals from the detectors 43 through 50 and 55. From the measured values, the evaluation module 4 determines the relative dispersion for seven wavelength differences. Knowing the length L of the anterior chamber, the known relative dispersions of the individual substances (Figure 5) are linearly combined with the concentration of the individual substances as parameters and the relative dispersion for water with the water length as parameters such that the resulting total relative dispersion covers the determined relative dispersion values (according to formula 1). The calculated coefficient for glucose is a measure of the glucose concentration in the aqueous humor.
Bei dem beschriebenen Vorgehen beeinflußt die Dispersion der Cornea 33 die gemessene Dispersion, da das Meßbündel 28 auch durch die Cornea 33 läuft. Um diesen Einfluß zu eliminieren, kann der Einfluß der Cornea dadurch gemessen werden, daß das Meßbündel 28 auf die Grenzfläche zwischen der Rückseite der Cornea 33 und dem Kammerwasser 34 fokussiert wird. Dabei kann auch in diesem Fall ein passives Wandern des Fokus des Meßbündels 28 durch diese Grenzfläche genutzt werden. Die so gemessene relative Dispersion der Cornea 33 wird von der gemessenen Dispersion bei Fokussierung auf die Grenzfläche zwischen Kammerwasser 34 und Vorderseite der Linse 35 abgezogen, so daß eine Differenz- Dispersion vorliegt. Die lineare Überlagerung wird dann so durchgeführt, daß die Gesamtdispersion die Meßwerte der ermittelten Differenz-Dispersion aufweist. Damit wird eine höhere absolute Genauigkeit der Messung der Zuckerkonzentration erreicht.In the procedure described, the dispersion of the cornea 33 influences the measured dispersion since the measuring bundle 28 also passes through the cornea 33. In order to eliminate this influence, the influence of the cornea can be measured by focusing the measuring beam 28 on the interface between the back of the cornea 33 and the aqueous humor 34. In this case, a passive migration of the focus of the measuring beam 28 through this interface can also be used in this case. The thus measured relative dispersion of the cornea 33 is subtracted from the measured dispersion when focusing on the interface between aqueous humor 34 and the front of the lens 35, so that a difference Dispersion is present. The linear superposition is then carried out so that the total dispersion has the measured values of the difference dispersion determined. Thus, a higher absolute accuracy of the measurement of sugar concentration is achieved.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung gezeigt, die eine Abwandlung der Meßvorrichtung von Fig. 1 ist. Daher sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen wird auf die entsprechende obige Beschreibung bezüglich dieser Elemente verwiesen.In Fig. 6, a further embodiment of the measuring device according to the invention is shown, which is a modification of the measuring device of Fig. 1. Therefore, like elements are designated by like reference numerals, and to avoid unnecessary repetition, reference is made to the corresponding description above regarding these elements.
Die Meßvorrichtung von Fig. 6 unterscheidet sich hinsichtlich des Strahlerzeugungsmoduls 1 von der Meßvorrichtung von Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die Hohlraumresonatoreinheit 25 bei der Ausführungsform von Fig. 6 zwischen dem Teiler 19 und dem Polarisator 21 angeordnet ist. Ferner ist der Hohlraumresonator 25 so angeordnet, daß die einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51 und 52 nicht mehr senkrecht zum einfallenden Strahlenbündel 20 ausgerichtet sind, wie in der vergrößerten Seitenansicht der Hohlraumresonatoreinheit 25 in Fig. 7 angedeutet ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in Fig. 7 in gleicher Weise wie in Fig. 4 die Teiler 13 bis 19 nicht eingezeichnet und der Strahlenverlauf nur für eine Laserdiode (hier die Diode 5) und somit nur für eine Wellenlänge schematisch darstellt.The measuring device of Fig. 6 differs from the measuring device of Fig. 1 substantially only in that the cavity unit 25 is disposed between the divider 19 and the polarizer 21 in the embodiment of Fig. 6 with respect to the beam generating module 1. Further, the cavity resonator 25 is arranged so that the facing sides of the glass elements 51 and 52 are no longer aligned perpendicular to the incident beam 20, as indicated in the enlarged side view of the cavity unit 25 in Fig. 7. In order to simplify the illustration, the dividers 13 to 19 are not shown in FIG. 7 in the same way as in FIG. 4, and the beam path is shown schematically only for one laser diode (here the diode 5) and thus only for one wavelength.
Durch die in Fig. 7 schematisch gezeigte Schrägstellung der Hohlraumresonatoreinheit 25 treffen die an den einander zugewandten Seiten des vorderen und hinteren Glaselementes 51 und 52 reflektierten und miteinander interferierenden Anteile des Strahlenbündels 20 auf den unterhalb der Diode 5 angeordneten Detektor 55. Nachdem unter jeder Laserdiode 5 - 12 ein solcher Detektor 55 angeordnet ist, kann in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 wegen der dichroitischen Teiler 13 bis 19 für jede Wellenlänge selektiv die Intensität der zurückreflektierten Strahlung gemessen werden. Aus dieser gemessenen Intensität kann wiederum die Wellenlänge der Laserstrahlung im Strahlenbündel 20, das in das Interferometermodul eingekoppelt wird, berechnet werden.Due to the oblique position of the cavity resonator unit 25 schematically shown in FIG. 7, the portions of the radiation beam 20 reflected and mutually interfering on the facing sides of the front and rear glass elements 51 strike the detector 55 arranged below the diode 5. After each laser diode 5 In the same way as in the embodiment of FIG. 1, because of the dichroic splitters 13 to 19, for each wavelength, the intensity of the back-reflected radiation can be measured selectively. From this measured intensity, in turn, the wavelength of the laser radiation in the beam 20, which is coupled into the interferometer module, can be calculated.
Das Strahlenbündel 20 bzw. der überwiegende Anteil des Strahlenbündels 20, für das die Intensität jeder Wellenlänge in der beschriebenen Weise gemessen wird, läuft über die Elemente 21 , 22, die Spiegel 23, 24 und 26 sowie die Blende 56 zum Strahlteiler 27 des Interferometermoduls 2. Der Meßarm und Referenzarm 30, 31 des Interferometermoduls 2 sind gleich aufgebaut wie bei der Ausführungsform von Fig. 1. Jedoch wird bei der Meßanordnung von Fig. 6 die Interferenzstrahlung detektiert, die vom Strahlteiler 27 zum Umlenkspiegel 26 läuft, die also durch Überlagerung des am Strahlteiler 27 zum Spiegel 26 hin reflektierten Meßbündels 28 mit dem am Strahlteiler 27 transmittierten Referenzbündel 29 erzeugt wird. Die Ausbreitungsrichtung der Interferenzstrahlung ist durch den Pfeil P3 angedeutet.The beam 20 or the predominant portion of the beam 20, for which the intensity of each wavelength is measured in the manner described, passes through the elements 21, 22, the mirrors 23, 24 and 26 and the diaphragm 56 to the beam splitter 27 of the interferometer module second The measuring arm and reference arm 30, 31 of the interferometer module 2 have the same structure as in the embodiment of Fig. 1. However, in the measuring arrangement of Fig. 6, the interference radiation is detected, which runs from the beam splitter 27 to the deflecting mirror 26, which thus by superimposing the at the beam splitter 27 to mirror 26 towards reflected Measuring beam 28 is generated with the beam splitter 27 transmitted reference beam 29. The propagation direction of the interference radiation is indicated by the arrow P3.
Die Interferenzstrahlung ist zirkulär polarisiert, da auch das in der Interferometermodul 2 eingekoppelte Strahlenbündel zirkulär polarisiert ist aufgrund des Polarisators 21 und des achromatischen λ/4-Elementes 22, durch das das Strahlenbündel 20 vor der Einkopplung in das Interferometermodul 2 läuft.The interference radiation is circularly polarized, since the coupled into the interferometer module 2 beam is circularly polarized due to the polarizer 21 and the achromatic λ / 4 element 22 through which the beam 20 before coupling into the interferometer module 2 runs.
Die Interferenzstrahlung, die nun in entgegengesetzter Richtung zur Richtung des Strahlenbündels 20 im Strahlerzeugungsmodul 1 läuft, wird an den Spiegeln 26, 24 umgelenkt, durchläuft die Blende 56 zwischen den Spiegeln 24 und 23 und trifft dann über den Spiegel 23 auf das λ/4-Element 22. Nach Durchlaufen des Elementes 22 ist die zirkuläre Polarisation der Interferenzstrahlung in eine lineare Polarisation umgewandelt, wobei jedoch die Polarisationsrichtung um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung des vom Polarisator 21 zur λ/4-Einheit 22 kommenden Strahlenbündels 20 gedreht ist. Aufgrund dieser Drehung der linearen Polarisationsrichtung erfolgt in dem Polarisator 21 eine Ablenkung nach unten (Fig. 7), die hier so gewählt ist, daß die Interferenzstrahlung möglichst senkrecht auf die einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51 und 52 trifft. Die Interferenzstrahlung durchläuft somit die Hohlraumresonatoreinheit 25 und trifft dann auf einen Detektor 43, der unterhalb des Detektors 55 angeordnet ist. Nachdem unter jeder Laserdiode 5 - 12 jeweils ein Detektor 55 zur Messung der Intensität der zugeführten Laserstrahlung und ein Detektor 43 - 50 zu Messung der Intensität der Interferenzstrahlung der entsprechenden Wellenlänge angeordnet ist, kann somit für jede der acht Wellenlängen die Intensität im Strahlenbündel und die Intensität der Interferenzstrahlung gemessen werden.The interference radiation, which now runs in the opposite direction to the direction of the radiation beam 20 in the beam generation module 1, is deflected at the mirrors 26, 24, passes through the diaphragm 56 between the mirrors 24 and 23 and then impinges on the mirror 23 on the λ / 4. Element 22. After passing through the element 22, the circular polarization of the interference radiation is converted into a linear polarization, but the polarization direction is rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of the radiation beam 20 coming from the polarizer 21 to the λ / 4 unit 22. As a result of this rotation of the linear polarization direction, a deflection downwards takes place in the polarizer 21 (FIG. 7), which is chosen here so that the interference radiation strikes the mutually facing sides of the glass elements 51 and 52 as perpendicularly as possible. The interference radiation thus passes through the cavity unit 25 and then encounters a detector 43 which is disposed below the detector 55. Since a respective detector 55 for measuring the intensity of the supplied laser radiation and a detector 43-50 for measuring the intensity of the interference radiation of the corresponding wavelength is arranged below each laser diode 5-12, the intensity in the radiation beam and the intensity can thus be determined for each of the eight wavelengths the interference radiation are measured.
Der Aufbau kann natürlich so gewählt werden, daß nur die von den Laserdioden 5 - 12 kommende Laserstrahlung durch die Hohlraumresonatoreinheit 25 läuft und daß die Interferenzstrahlung nicht mehr durch den Hohlraumresonator 25 läuft.The structure can, of course, be chosen so that only the laser radiation coming from the laser diodes 5-12 passes through the cavity unit 25 and that the interference radiation no longer passes through the cavity resonator 25.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform werden somit die dichroitischen Teiler 13 bis 19 sowohl für die Erzeugung der Laserstrahlung (also für das Strahlerzeugungsmodul 1 ) als auch für die Detektion und somit für das Detektionsmodul 3 verwendet. Daher können im Vergleich zu der Ausführungsform von Fig. 1 eine Vielzahl von optischen Elementen (hier z.B. Elemente 37 - 42) eingespart werden, was zu einer kostengünstigeren, kompakteren und leichteren Meßvorrichtung führt. Ferner hat sich gezeigt, daß der Einfluß von unerwünschter Störstrahlung bei dem Aufbau von Fig. 6 geringer ist und daß die Justierung einfacher ist, da die Laserdioden 5 - 12 und die Detektoren 55 sowie 43 - 50 örtlich sehr nah beieinander angeordnet sind. Mit dem beschriebenen Verfahren läßt sich nicht nur die Zuckerkonzentration bei einer Messung am Kammerwasser ermitteln, sondern beispielsweise auch die Alkoholkonzentration, so daß die beschriebene Meßvorrichtung beispielsweise auch als Alkoholtestgerät eingesetzt werden kann. In the embodiment shown in FIG. 6, the dichroic dividers 13 to 19 are thus used both for the generation of the laser radiation (ie for the beam generation module 1) and for the detection and thus for the detection module 3. Therefore, as compared with the embodiment of Fig. 1, a plurality of optical elements (here, for example, elements 37-42) can be saved, resulting in a less expensive, more compact and lighter measuring device. Furthermore, it has been found that the influence of unwanted spurious radiation in the construction of Fig. 6 is lower and that the adjustment is easier, since the laser diodes 5 - 12 and the detectors 55 and 43 - 50 are arranged locally very close to each other. With the described method, not only the sugar concentration in a measurement on the aqueous humor can be determined, but for example, the alcohol concentration, so that the measuring device described can be used for example as an alcohol tester.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, bei dem a) ein Strahlenbündel, das elektromagnetische Strahlung mit einem diskreten Wellenlängenspektrum aufweist, in ein Meß- und ein Referenzbündel aufgeteilt wird, wobei das Strahlenbündel n+1 verschiedene Wellenlängen aufweist, b) das Meßbündel durch das Probenmaterial geführt und danach mit dem nicht durch das Probenmaterial geführte Referenzbündel zur Erzeugung von Interferenzstrahlung überlagert wird, c) die Intensität der Interferenzstrahlung gleichzeitig und selektiv für jede der n+11. A method for measuring the concentration of at least one substance from a group of n in a sample material and the dispersion of the sample material influencing substances, wherein a) a beam having electromagnetic radiation with a discrete wavelength spectrum, in a measuring and a B) the measuring beam is passed through the sample material and then superimposed with the not guided by the sample material reference beam to produce interference radiation c) the intensity of the interference radiation simultaneously and selectively for each the n + 1
Wellenlängen gemessen wird, d) n Paare von Wellenlängen aus den n+1 Wellenlängen so gebildet werden, daß die Wellenlängendifferenz jedes Paares verschieden ist zu allen Wellenlängendifferenzen der anderen Paare, e) aus den gemessenen Intensitäten für jedes der n Paare jeweils ein Differenzwert zwischen der Brechzahl des Probenmaterials für die eine Wellenlänge des Paares und der Brechzahl des Probenmaterials für die andere Wellenlänge des Paares ermittelt wird, f) für jeden der n Stoffe eine relative Dispersion bereitgestellt wird, die nur den Einfluß des einzelnen Stoffes auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Konzentration des entsprechenden Stoffes beschreibt, g) eine Gesamtdispersion, die die ermittelten Brechzahldifferenzen als Funktionswerte aufweist, durch lineare Superposition der n relativen Dispersionen mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter und somit die Konzentration des zumindest einen Stoffes ermittelt wird. Wavelengths is measured, d) n pairs of wavelengths from the n + 1 wavelengths are formed such that the wavelength difference of each pair is different from all the wavelength differences of the other pairs, e) from the measured intensities for each of the n pairs each a difference value between the Refractive index of the sample material for which one wavelength of the pair and the refractive index of the sample material for the other wavelength of the pair is determined; f) for each of the n substances a relative dispersion is provided which only influences the influence of the individual substance on the dispersion of the sample material describes the wavelength difference and the concentration of the corresponding substance, g) a total dispersion which has the determined refractive index differences as functional values, by linear superposition of the n relative dispersions with the concentration of the individual substances as parameters and thus the concentration of the at least one substance is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem im Schritt a) die n+1 Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel gemessen werden und in den Schritten d) und e) die gemessen Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel verwendet werden.2. The method of claim 1, wherein in step a) the n + 1 wavelengths and the intensities of the n + 1 wavelengths in the beam are measured and in steps d) and e) the measured wavelengths and the intensities of the n + 1 wavelengths be used in the beam.
3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem im Schritt d) eine der n+1 Wellenlängen als Referenzwellenlänge ausgewählt wird und die Referenzwellenlänge in jedem der n Paare eine der beiden Wellenlängen ist.3. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step d) one of the n + 1 wavelengths is selected as the reference wavelength and the reference wavelength in each of the n pairs is one of the two wavelengths.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Probenmaterial das Kammerwasser eines Auges ist und das Meßbündel an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser und Augenlinse reflektiert wird.4. The method according to any one of the above claims, wherein the sample material is the aqueous humor of an eye and the measuring beam is reflected at the interface between aqueous humor and eye lens.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Meßbündel konfokal detektiert wird.5. The method according to any one of the above claims, wherein the measuring beam is detected confocally.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem jede der n relativen Dispersionen jeweils bezogen auf eine der n+1 Wellenlängen bereitgestellt wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein each of the n relative dispersions is provided in each case with respect to one of the n + 1 wavelengths.
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Probenmaterial ein Hauptmedium aufweist und zum Bereitstellen der relativen Dispersionen jeweils für jeden Stoff die Phasenänderung für verschiedenen Wellenlängen bei einer vorbestimmten Konzentration nur des einen Stoffes im Hauptmedium gemessen werden.A method according to any one of the preceding claims, wherein the sample material comprises a major medium and for providing the relative dispersions, for each substance, the phase change for different wavelengths at a predetermined concentration of only one substance in the main medium are measured.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem vor dem Schritt g) die Länge der Strecke ermittelt wird, die das Meßbündel durch das Probenmaterial läuft, und die Länge im Schritt g) berücksichtigt wird.8. The method according to any one of the above claims, wherein prior to step g) the length of the distance is determined, the measuring beam passes through the sample material, and the length in step g) is taken into account.
9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem im Schritt b) das Referenzbündel durch eine Dispersionsreferenzeinheit geführt wird, die zumindest einen Teil der Dispersion des9. The method according to any one of the above claims, wherein in step b) the reference beam is passed through a dispersion reference unit which comprises at least a portion of the dispersion of the
Probenmaterials kompensiert.Sample material compensated.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Referenzbündel durch einen Dispersionsreferenzköper der Dispersionsreferenzeinheit geführt wird.10. The method of claim 9, wherein the reference beam is passed through a dispersion reference body of the dispersion reference unit.
11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Referenzbündel wellenlängenabhängig in verschiedene Referenzteilbündel aufgeteilt wird, deren Dispersion jeweils wellenlängenabhängig kompensiert wird und die dann zu einem dispersionskompensierten Referenzbündel überlagert werden, das mit dem Meßbündel im Schritt b) überlagert wird.11. The method of claim 9, wherein the reference beam is wavelength-dependent divided into different reference sub-beams whose dispersion each is compensated wavelength dependent and are then superimposed to a dispersion-compensated reference beam, which is superimposed with the Meßbündel in step b).
12. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem im Schritt a) das erzeugte Strahlenbündel p verschiedene Wellenlängen aufweist, wobei p > n+1 , im Schritt d) p Paare von Wellenlängen gebildet werden und im Schritt e) für jedes der p Paare jeweils ein Differenzwert ermittelt wird.12. The method according to any of the preceding claims, wherein in step a) the generated beam p has different wavelengths, where p> n + 1, in step d) p pairs of wavelengths are formed and in step e) for each of the p pairs in each case a difference value is determined.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Probenmaterial ein Hauptmedium aufweist, für das im Schritt f) eine relative Dispersion bereitgestellt wird, die nur den Einfluß des Hauptmediums auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der vom Meßbündel im Hauptmedium zu durchlaufenden Strecke beschreibt, und bei dem im Schritt g) zusätzlich zu den n relativen Dispersionen der n Stoffe mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter noch die relative Dispersion des Hauptmediums mit der zu durchlaufenden Strecke als Parameter zur Ermittlung der Konzentration des zumindest eines Stoffes berücksichtigt wird.13. The method of claim 12, wherein the sample material comprises a main medium for which in step f) a relative dispersion is provided which only the influence of the main medium on the dispersion of the sample material as a function of the wavelength difference and to be traversed by the Meßbündel in the main medium Describes route, and in which in step g) in addition to the n relative dispersions of the n substances with the concentration of the individual substances as a parameter nor the relative dispersion of the main medium is taken into account with the route to be traversed as a parameter for determining the concentration of at least one substance ,
14. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Meßbündel in sich zurückreflektiert wird und dabei das Probenmaterial zweimal durchläuft.14. The method according to any one of the above claims, wherein the Meßbündel is reflected back in itself, while the sample material passes twice.
15. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Interferenzstrahlung im wesentlichen entgegengesetzt zum Strahlenbündel verläuft.15. The method according to any one of the above claims, wherein the interference radiation is substantially opposite to the beam.
16. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der zumindest eine Stoff Alkohol ist, so daß im Schritt g) die Alkoholkonzentration ermittelt wird.16. The method according to any one of the above claims, wherein the at least one substance is alcohol, so that in step g) the alcohol concentration is determined.
17. Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, mit einem Interferometermodul (2), das einen Meß- und einen Referenzarm (30, 31 ) aufweist, wobei das Probenmaterial im Meßarm (30) angeordnet ist, einem dem Interferometermodul (2) nachgeordneten Detektionsmodul (3), einem Strahlerzeugungsmodul (1 ), das ein Strahlenbündel (27) erzeugt, das elektromagnetische Strahlung mit einem diskreten Wellenlängenspektrum mit n+1 verschiedenen Wellenlängen aufweist und das vom Interferometermodul (3) in ein Meßbündel (28) für den Meßarm (30) und ein Referenzbündel (29) für den Referenzarm (31 ) aufgeteilt wird, wobei das lnterferometermodul (2) das Meßbündel (28) durch das Probenmaterial führt und danach mit dem nicht durch das Probenmaterial geführte Referenzbündel (29) aus dem Referenzarm (31 ) zur Erzeugung von Interferenzstrahlung (36) überlagert und dem Detektionsmodul (3) zuführt, das die Intensität der Interferenzstrahlung (36) gleichzeitig und selektiv für jede der n+1 Wellenlängen mißt, einem Auswertemodul (4), das n Paare von Wellenlängen aus den n+1 Wellenlängen so bildet, daß die Wellenlängendifferenz jedes Paares verschieden ist zu allen Wellenlängendifferenzen der anderen Paare, aus den gemessenen Intensitäten für jedes der n Paare jeweils ein Differenzwert zwischen der Brechzahl des Probenmaterials für die eine Wellenlänge des Paares und der Brechzahl des Probenmaterials für die andere Wellenlänge des Paares ermittelt, für jeden der n Stoffe eine relative Dispersion bereitstellt, die nur den Einfluß des einzelnen Stoffes auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Konzentration des entsprechenden Stoffes beschreibt, und eine Gesamtdispersion, die die ermittelten Brechzahldifferenzen als Funktionswerte aufweist, durch lineare Superposition der n relativen Dispersionen mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter und somit die Konzentration des zumindest einen Stoffes ermittelt.17. An apparatus for measuring the concentration of at least one substance from a group of n located in a sample material and the dispersion of the sample material influencing substances, with an interferometer module (2) having a measuring and a reference arm (30, 31), wherein the sample material is arranged in the measurement arm (30), a detection module (3) downstream of the interferometer module (2), a beam generation module (1) which generates a radiation beam (27) comprising electromagnetic radiation having a discrete wavelength spectrum with n + 1 different wavelengths and divided by the interferometer module (3) into a measuring beam (28) for the measuring arm (30) and a reference beam (29) for the reference arm (31), wherein the interferometer module (2) guides the measuring beam (28) through the sample material and then superimposes it with the reference beam (29) not guided by the sample material out of the reference beam (31) to generate interference radiation (36) and feeds it to the detection module (3), which measures the intensity of the interference radiation (36) simultaneously and selectively for each of the n + 1 wavelengths, an evaluation module (4) which forms n pairs of wavelengths from the n + 1 wavelengths such that the wavelength difference of each pair is different from all the wavelength differences the other pairs, from the measured intensities for each of the n pairs, each determining a difference value between the refractive index of the sample material for the one wavelength of the pair and the refractive index of the sample material for the other wavelength of the pair, for each of the n substances providing a relative dispersion, only the influence of the individual substance on the dispersion of the sample Mate describes rials as a function of the wavelength difference and the concentration of the corresponding substance, and a total dispersion having the determined refractive index differences as functional values, determined by linear superposition of the n relative dispersions with the concentration of the individual substances as parameters and thus the concentration of the at least one substance.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Strahlerzeugungsmodul (1 ) die n+1 Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel (20) gleichzeitig mit der Intensitätsmessung der Interferenzstrahlung mißt und das Auswertemodul (4) die gemessen Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel (20) zur Ermittlung der Brechzahldifferenzen verwendet.18. The apparatus of claim 17, wherein the beam generation module (1) measures the n + 1 wavelengths and the intensities of the n + 1 wavelengths in the beam (20) simultaneously with the intensity measurement of the interference radiation and the evaluation module (4) the measured wavelengths and the Intensities of the n + 1 wavelengths in the beam (20) used to determine the refractive index differences.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der das Strahlerzeugungsmodul zur Messung der n+1 Wellenlängen und Intensitäten an zwei Positionen im Strahlverlauf des Strahlenbündels (20) für jede der Wellenlängen einen Teil der Strahlung auskoppelt, die an beiden Positionen ausgekoppelte Strahlung so überlagert, daß Interferenzstrahlung erzeugt wird, und die Intensität der erzeugten Interferenzstrahlung wellenlängenabhängig mißt.19. The apparatus of claim 18, wherein the beam generating module for measuring the n + 1 wavelengths and intensities at two positions in the beam path of the beam (20) decouples a portion of the radiation for each of the wavelengths, the radiation coupled out at both positions superimposed so that Interference radiation is generated, and the intensity of the generated interference radiation wavelength-dependent measures.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der das Auswertemodul (4) eine der n+1 Wellenlängen als Referenzwellenlänge auswählt, die in jedem der n Paare eine der beiden Wellenlängen ist.20. Device according to one of claims 17 to 19, wherein the evaluation module (4) selects one of the n + 1 wavelengths as the reference wavelength, which is one of the two wavelengths in each of the n pairs.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der das Probenmaterial das Kammerwasser (34) eines Auges (A) ist und das Meßbündel an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser (34) und Augenlinse (35) reflektiert wird. 21. Device according to one of claims 17 to 20, wherein the sample material is the aqueous humor (34) of an eye (A) and the measuring beam at the interface between aqueous humor (34) and eye lens (35) is reflected.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , bei der das Detektionsmodul (3) das Meßbündel (28) konfokal detektiert.22. Device according to one of claims 17 to 21, wherein the detection module (3) detects the measuring beam (28) confocally.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei der das Auswertemodul (4) jede der n relativen Dispersionen jeweils bezogen auf eine der n+1 Wellenlängen bereitstellt.23. Device according to one of claims 17 to 22, wherein the evaluation module (4) provides each of the n relative dispersions in each case based on one of the n + 1 wavelengths.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, bei der das Probenmaterial ein Hauptmedium aufweist und zum Bereitstellen der relativen Dispersionen jeweils für jeden Stoff die Phasenänderung für verschiedenen Wellenlängen bei einer vorbestimmten Konzentration nur des einen Stoffes im Hauptmedium gemessen wird.24. An apparatus according to any one of claims 17 to 23, wherein the sample material comprises a main medium and for providing the relative dispersions for each substance, the phase change for different wavelengths at a predetermined concentration of only one substance in the main medium is measured.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei die Vorrichtung die Länge (L) der Strecke ermittelt, die das Meßbündel (28) durch das Probenmaterial läuft, und das Auswertemodul (4) die Länge (L) bei der Ermittlung der Brechzahldifferenzen berücksichtigt.25. Device according to one of claims 17 to 24, wherein the device determines the length (L) of the distance that the measuring beam (28) passes through the sample material, and the evaluation module (4) the length (L) in determining the refractive index differences considered.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, bei der im Referenzraum (31) eine Dispersionsreferenzeinheit angeordnet ist, durch die das Referenzbündel läuft und die zumindest einen Teil der Dispersion des Probenmaterials kompensiert.26. Device according to one of claims 17 to 25, wherein in the reference space (31) a dispersion reference unit is arranged, through which the reference beam passes and compensates at least part of the dispersion of the sample material.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Dispersionsreferenzeinheit einen Dispersionsreferenzkörper aufweist.27. The apparatus of claim 26, wherein the dispersion reference unit comprises a dispersion reference body.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Dispersionsreferenzeinheit den Referenzarm (31 ) in mehrere Referenzteilarme aufteilt und eine Aufteileinheit umfaßt, die das Referenzbündel wellenlängenabhängig in Referenzteilbündel aufteilt und in die einzelnen Referenzteilarme einkoppelt.28. The apparatus of claim 26, wherein the dispersion reference unit divides the reference arm (31) into a plurality of reference sub-arms and comprises a split unit which divides the reference beam wavelength-dependent into reference sub-beams and couples them into the individual reference sub-arms.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 28, bei der das Auswertemodul (4) als Konzentration des zumindest einen Stoffes die Alkoholkonzentration ermittelt. 29. Device according to one of claims 17 to 28, wherein the evaluation module (4) determines the concentration of alcohol as the concentration of the at least one substance.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8755855B2 (en) 2008-03-10 2014-06-17 Carl Zeiss Ag Method and device for measuring dissolved substances in human or animal intraocular fluid

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008020147A1 (en) 2008-04-22 2009-10-29 Carl Zeiss Ag Method for determination of m different wavelengths of m optical measuring beam bundles, involves producing output bundle from measuring beam bundles and reference beam bundles with known ten wavelengths
DE102008049083B3 (en) * 2008-09-26 2010-04-08 Carl Zeiss Ag Method for measuring concentration of e.g. blood sugar, present in aqueous fluid in person eye and influencing dispersion of fluid, involves focusing measured bundle on curvature center point of cornea front side of eye of person

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4439900A1 (en) * 1994-11-08 1996-05-09 Boehringer Mannheim Gmbh Measurement of glucose concn. in a biological sample
EP0807812A1 (en) * 1996-05-16 1997-11-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Glucose concentration measuring method and apparatus
US20030076508A1 (en) * 2001-09-20 2003-04-24 Cornsweet Tom N. Non-invasive blood glucose monitoring by interferometry
US20030233036A1 (en) * 2001-06-16 2003-12-18 Ansari Rafat R. Method and apparatus for the non-invasive measurement of blood glucose levels in humans
WO2004064628A1 (en) * 2003-01-23 2004-08-05 Carl Zeiss Meditec Ag Method and assembly for measuring a dispersion in transparent media
US20050190372A1 (en) * 2003-08-14 2005-09-01 Aristide Dogariu Interferometric sensor for characterizing materials
WO2006020408A2 (en) * 2004-08-11 2006-02-23 Glucolight Corporation Method and apparatus for monitoring glucose levels in a biological tissue
DE102005020911A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-16 Carl Zeiss Meditec Ag Polarized optical radiation`s polarization condition change measuring method, involves adjusting measured light polarization condition of light radiation based on value of polarization condition quantity
DE102005020912A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-30 Carl Zeiss Meditec Ag Optical radiation`s polarization direction rotation measurement method, for measuring e.g. blood sugar, involves determining rotary angle of polarization level and parameter value of concentration of material, from measurand value

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0827235B2 (en) * 1987-11-17 1996-03-21 倉敷紡績株式会社 Spectroscopic method for measuring sugar concentration
DE4126963A1 (en) * 1990-08-15 1992-02-20 Hitachi Ltd Optical measuring system with frequency converter - producing pairs of photons from light source and followed by beam splitter
DE4138222C1 (en) * 1991-11-21 1992-12-24 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De Integrated optical sensor for refractive index measurement esp. of liq. - has Mach-Zehnder interferometer formed from two arms of optical waveguide, and acousto=optical mode converter with continuously variable frequency
DE4317551C2 (en) * 1993-05-26 1997-02-20 Fraunhofer Ges Forschung Arrangement for measuring the concentration of optically active substances dissolved in a solution
US6015969A (en) * 1996-09-16 2000-01-18 The Regents Of The University Of California Multiple-wavelength spectroscopic quantitation of light-absorbing species in scattering media

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4439900A1 (en) * 1994-11-08 1996-05-09 Boehringer Mannheim Gmbh Measurement of glucose concn. in a biological sample
EP0807812A1 (en) * 1996-05-16 1997-11-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Glucose concentration measuring method and apparatus
US20030233036A1 (en) * 2001-06-16 2003-12-18 Ansari Rafat R. Method and apparatus for the non-invasive measurement of blood glucose levels in humans
US20030076508A1 (en) * 2001-09-20 2003-04-24 Cornsweet Tom N. Non-invasive blood glucose monitoring by interferometry
WO2004064628A1 (en) * 2003-01-23 2004-08-05 Carl Zeiss Meditec Ag Method and assembly for measuring a dispersion in transparent media
US20050190372A1 (en) * 2003-08-14 2005-09-01 Aristide Dogariu Interferometric sensor for characterizing materials
WO2006020408A2 (en) * 2004-08-11 2006-02-23 Glucolight Corporation Method and apparatus for monitoring glucose levels in a biological tissue
DE102005020911A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-16 Carl Zeiss Meditec Ag Polarized optical radiation`s polarization condition change measuring method, involves adjusting measured light polarization condition of light radiation based on value of polarization condition quantity
DE102005020912A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-30 Carl Zeiss Meditec Ag Optical radiation`s polarization direction rotation measurement method, for measuring e.g. blood sugar, involves determining rotary angle of polarization level and parameter value of concentration of material, from measurand value

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8755855B2 (en) 2008-03-10 2014-06-17 Carl Zeiss Ag Method and device for measuring dissolved substances in human or animal intraocular fluid
US9144400B2 (en) 2008-03-10 2015-09-29 Carl Zeiss Ag Method and device for measuring dissolved substances in human or animal intraocular fluid

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