DE4340072C2 - Vorrichtung zur Untersuchung von Gewebe mit Licht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von Gewebe mit Licht. Derartige Vorrichtungen können mit sichtba­ rem, NIR- oder IR-Licht arbeiten. Die Wellenlänge des sicht­ baren Lichtes liegt zwischen 380 und 780 nm, die von NIR- Licht, d. h. nahinfrarotem Licht, zwischen 780 nm und 1,5 µm und die von IR-Licht, also infrarotem Licht, zwischen 1,5 µm und 1 mm, wobei für Vorrichtungen der eingangs genannten Art der Wellenlängenbereich von 660 nm bis 1,2 µm besonders ge­ eignet ist.

Viele optische Eigenschaften von Gewebe, z. B. die Absorption, die Streuung und die spektralen Eigenschaften, lassen sich durch Einstrahlung von Licht bestimmen. Es ist daher bei­ spielsweise möglich, in der Mammadiagnostik Gewebeveränderun­ gen festzustellen, indem Licht in die Mamma eingestrahlt, das aus dieser austretende Licht detektiert und die so gewonnene Information in geeigneter Weise ausgewertet wird.

Bei bekannten Vorrichtungen (siehe z. B. DE 41 28 744 C1) tritt das Problem auf, daß sich die durch Detektion des austretenden Lichtes gewonnene Information nur unter Schwierigkeiten auswerten läßt, da der Kontrast zwischen etwaigen Inhomogenitäten und dem umgebenden Gewebe häufig zu gering ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die durch Detektion des austretenden Lichtes gewonnene Information bes­ ser auswertbar ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vor­ richtung zur Untersuchung von Gewebe mit Licht, aufweisend

• a) Mittel zum bidirektionalen Durchstrahlen zu untersuchenden Gewebes mit Licht, und
• b) Mittel zum Detektieren, die dazu vorgesehen sind, durch das zu untersuchende Gewebe transmittierte Anteile des von den Mitteln zum Detektieren ausgehenden Lichtes für beide Durchstrahlungsrichtungen zu detektieren.

Unter bidirektionaler Durchstrahlung soll hier verstanden werden, daß mit zwei entgegengesetzten Durchstrahlungsrich­ tungen gearbeitet wird, wobei die optische Achse für beide Durchstrahlungsrichtungen wenigstens im wesentlichen gleich ist. Bei der Durchstrahlung von Gewebe heben sich infolge der starken Streuung, der Licht in Gewebe unterliegt, Inhomogeni­ täten bzw. Absorber um so kontrastreicher von dem umgebenden Gewebe ab, je näher sie sich bei den Mitteln zum Detektieren, also derjenigen Oberfläche befinden, durch die das zu detek­ tierende Licht aus dem Gewebe austritt. Da im Falle der er­ findungsgemäßen Vorrichtung bidirektional durchstrahlt wird, ergibt sich außer für den Sonderfall, daß eine Inhomogenität für beide Durchstrahlungsrichtungen den gleichen Abstand zu den Mitteln zum Detektieren aufweist, für die beiden Durch­ strahlungsrichtungen ein unterschiedlicher Kontrast, mit dem sich die Inhomogenität von dem umgebenden Gewebe abhebt. Es steht also besser auswertbare Information zur Verfügung, da jeweils die günstigere, d. h. kontrastreichere Information herangezogen und der Auswertung zugrundegelegt werden kann. Zugleich wird eine Information darüber gewonnen, ob sich eine Inhomogenität dichter bei der einen oder der anderen den durchstrahlten Gewebebereich in Durchstrahlungsrichtung be­ grenzenden Fläche liegt.

Um zu verhindern, daß sich die Eigenschaften des durchstrahl­ ten Gewebes während der zwischen der Durchstrahlung in der einen und der anderen Durchstrahlungsrichtung verstreichenden Zeit signifikant ändern können, sieht eine Variante der Er­ findung vor, daß die bidirektionale Durchstrahlung wenigstens im wesentlichen quasi-gleichzeitig erfolgt. In diesem Zusam­ menhang ist gemäß einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß die Mittel zum Durchstrahlen das zu untersuchende Gewebe in beiden Durchstrahlungsrichtungen tatsächlich gleichzeitig durchstrahlen. Dabei kann eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Durchstrahlungsrichtungen dadurch vermieden werden, daß das Licht für die beiden Durchstrahlungsrichtungen je­ weils unterschiedlich moduliert ist. Vorzugsweise ist das Licht für die beiden Durchstrahlungsrichtungen mit unter­ schiedlichen Modulationsfrequenzen amplitudenmoduliert. In­ folge der unterschiedlichen Modulation ist es leicht möglich, für die beiden Durchstrahlungsrichtungen jeweils nur das zu­ gehörige Licht zu berücksichtigen, indem das Ausgangssignal der Mittel zum Detektieren in geeigneter Weise demoduliert wird.

Um gegenseitige Beeinflussungen der beiden Durchstrahlungs­ richtungen zu verhindern, können auch Blendenmittel vorgese­ hen sein, die alternierend für die eine oder die andere Durchstrahlungsrichtung das von den Mitteln zum Durchstrahlen ausgehende Licht von den Mitteln zum Detektieren fernhalten.

Gemäß einer Variante der Erfindung weisen die Mittel zum Durchstrahlen eine erste und eine zweite Lichtquelle und die Mittel zum Detektieren eine erste und eine zweite Detektor­ einrichtung auf, wobei von der ersten Lichtquelle das Licht in der einen Durchstrahlungsrichtung ausgeht und die erste Detektoreinrichtung zur Detektion durch das Gewebe transmit­ tierter Anteile des von der ersten Lichtquelle ausgehenden Lichtes vorgesehen ist, und wobei von der zweiten Lichtquelle das Licht in der anderen Durchstrahlungsrichtung ausgeht und die zweite Detektoreinrichtung zur Detektion durch das Gewebe transmittierter Anteile des von der zweiten Lichtquelle aus­ gehenden Lichtes vorgesehen ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann dann vorgesehen sein, daß die erste Licht­ quelle und die erste Detektoreinrichtung einerseits und die zweite Lichtquelle und die zweite Detektoreinheit anderer­ seits gleichzeitig aktiv sind. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die erste Lichtquelle und die erste Detektorein­ richtung einerseits oder die zweite Lichtquelle und die zwei­ te Detektoreinrichtung andererseits alternierend aktiv sind.

Weiter kann gemäß einer Variante der Erfindung vorgesehen sein, daß die Mittel zum Durchstrahlen eine Lichtquelle auf­ weisen, der Lichtleitmittel zugeordnet sind, die das Licht der Lichtquelle alternierend in der einen oder der anderen Durchstrahlungsrichtung aussenden. Auf diese Weise läßt sich der zu treibende technische Aufwand verringern. Dies gilt auch dann, wenn die Mittel zum Detektieren eine Detektorein­ richtung aufweisen, der Lichtleitmittel zugeordnet sind, die dazu vorgesehen sind, der Detektoreinrichtung alternierend bezüglich der eine oder der anderen Durchstrahlungsrichtung zu detektierendes Licht zuzuleiten.

Die Lichtleitmittel können beispielsweise Strahlteiler und Spiegel enthalten. Gemäß einer wegen ihrer technischen Ein­ fachheit bevorzugten Ausführung der Erfindung enthalten die Lichtleitmittel faseroptische Mittel, z. B. Lichtleitfasern. Die faseroptischen Mittel können auch ein Lichtleitfaserbün­ del enthalten, das wenigstens je eine von den Mitteln zum Durchstrahlen ausgehendes Licht einer Durchstrahlungsrichtung zu dem zu untersuchenden Gewebe und eine transmittierte Anteile Lichtes der jeweils anderen Durchstrahlungsrichtung zu den Mitteln zum Detektieren leitende Lichtleitfaser enthält. Insbesondere für den Fall, daß beiderseits des zu untersuchenden Gewebes derartige Lichtleitfaserbündel verwendet werden, ergibt sich ein besonders hohes Maß an Übereinstimmung der optischen Achsen für die beiden Durchstrahlungsrichtungen.

Um auch größere Gewebebereiche untersuchen zu können, sieht eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung vor, daß Ab­ tastmittel vorgesehen sind, mittels derer die bidirektionale Durchstrahlung des zu untersuchenden Gewebes in einer Vielzahl von Abtastpositionen erfolgt. Es besteht dann also die Möglichkeit, im Transmissionsverfahren sozusagen Bilder des zu untersuchenden Gewebebereiches zu erstellen. Dies geschieht mit Hilfe von Auswertemitteln, denen die Ausgangssignale der Mittel zum Detektieren zugeführt sind. Für den Fall, daß infolge abweichender optischer Achsen ein Versatz der beiden Durchstrahlungsrichtungen vorliegt, kann gemäß einer Variante der Erfindung vorgesehen sein, daß die Auswertemittel den Versatz eliminieren. Dies kann durch in der Bildverarbeitung gängige Verfahren geschehen. Besonders leicht läßt sich ein Versatz eliminieren, wenn der Versatz nach Betrag und Richtung gleich dem Versatz zwischen zwei benachbarten Abtastpositionen oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ist. Der Versatz zwischen den für die beiden Durchstrahlungsrichtungen erstellten Bildern läßt sich dann eliminieren, indem zu zueinander gehörigen Abtastpositionen gehörige Bildpunkte einander zugeordnet werden.

Um auch spektroskopische Untersuchungen durchführen zu kön­ nen, sieht eine Variante der Erfindung vor, daß die Mittel zum Durchstrahlen gleichzeitig Licht definierter unterschied­ licher Wellenlängen abgeben, wobei die Mittel zum Detektieren eine der Anzahl der unterschiedlichen Wellenlängen entspre­ chende Anzahl von Signalen abgeben, von denen jedes dem An­ teil des Lichtes einer der unterschiedlichen Wellenlängen an dem detektierten Anteil des von den Mitteln zum Durchstrahlen ausgehenden durch das Gewebe transmittierten Lichtes entspricht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 in grob schematischer, teilweise blockschalt­ bildartiger Darstellung erfindungsgemäße Vor­ richtungen,

Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung in grob schematischer, blockschaltbildartiger Darstellung,

Fig. 5 ein Detail der Vorrichtung gemäß Fig. 4, und

Fig. 6 eine Variante der Vorrichtung gemäß Fig. 4 und 5.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die beispielsweise zur Mammadiagnostik verwendet werden kann. Die Vorrichtung weist zwei Lichtquellen 1₁ und 1₂ auf, von denen jede kohärentes Licht der Wellenlänge λ₁ abgibt. Jede der Lichtquellen 1₁ und 1₂ enthält eine Halbleiter-Laserdiode und die jeweils zugehörige Stromversorgung. Beiden Lichtquel­ len 1₁ und 1₂ ist ein elektrischer Signalgenerator 2₁ und 2₂ zugeordnet, der der in der jeweiligen Lichtquelle 1₁ bzw. 1₂ enthaltenen Stromversorgung ein Wechselstromsignal fester Frequenz zuführt, mittels dessen der Versorgungsstrom der in der jeweiligen Lichtquelle 1₁ bzw. 1₂ enthaltenen Halbleiter- Laserdiode moduliert wird. Jeder der Signalgeneratoren 2₁ und 2₂ erzeugt ein Wechselstromsignal einer anderen Frequenz f₁ bzw. f₂. Da die Amplitude bzw. die Intensität des von den La­ serdioden abgegebenen Lichtes der Stromstärke ihres Versor­ gungsstromes im wesentlichen proportional ist, geben die Lichtquellen 1₁ und 1₂ also Licht der Wellenlänge λ₁ ab, das mit einer jeweils anderen Modulationsfrequenz f₁ bzw. f₂ am­ plitudenmoduliert ist.

Das von den Lichtquellen 1₁ und 1₂ abgegebene Licht wird über faseroptische Lichtwellenleiter 3₁ bzw. 3₂ dem zu untersu­ chenden Gewebe, d. h. dem Objekt 6, beispielsweise einer Mamma, zugeführt. Das Objekt 6 ist zwischen zwei planen, par­ allel zueinander angeordneten, für das Licht der Lichtquellen 1₁ und 1₂ im wesentlichen transparenten Kompressionsplatten 15 und 16 angeordnet.

Die Enden der Lichtwellenleiter 3₁ und 3₂, die die Lichtaus­ trittszonen der Vorrichtung bilden, sind einander annähernd gegenüberliegend auf unterschiedlichen Seiten des Objektes 6 angeordnet, und zwar derart, daß, wenn man von der optischen Streuung in dem Gewebe des Objektes 6 absieht, die von dem Licht der beiden Lichtquellen 1₁ und 1₂ - in entgegengesetz­ ter Richtung - durchlaufenen Gewebebereiche, anders als dies aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 1 dargestellt ist, sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden. Ein zu un­ tersuchender Gewebebereich des Objektes 6 kann also mit von den Lichtquellen 1₁ und 1₂ stammendem Licht bidirektional durchstrahlt werden.

Zur Detektion der durch das Objekt 6 transmittierten Anteile des eingestrahlten Lichtes sind zwei Photomultiplier 7₁ und 7₂ vorgesehen, denen die aus dem Objekt 6 austretenden An­ teile des transmittierten Lichtes über faseroptische Licht­ wellenleiter 5₁ bzw. 5₂ zugeführt ist. Die freien Enden der Lichtwellenleiter 5₁ und 5₂, die die Lichteintrittszonen der Vorrichtung bilden, sind ebenso wie die freien Enden der Lichtleiter 3₁ und 3₂ möglichst dicht bei dem zu untersuchen­ den Objekt 6, d. h. bei der entsprechenden Kompressionsplatte 15 bzw. 16, angeordnet.

Es versteht sich, daß mittels des Photomultipliers 7₁ der durch das Objekt 6 transmittierte Anteil des von der Licht­ quelle 1₁ stammenden Lichtes und mittels des Photomultipliers 7₂ der durch das Objekt in entgegengesetzter Richtung trans­ mittierte Anteil des von der Lichtquelle 1₂ stammenden Lich­ tes detektiert werden soll. Die Ausgangssignale der Photomul­ tiplier 7₁ und 7₂ sind einem Bandpaßfilter 8₁ bzw. 8₂ zuge­ führt. Die Mittenfrequenzen der Bandpaßfilter 8₁ und 8₂ sind derart gewählt, daß sie möglichst exakt mit den Frequenzen f₁ bzw. f₂ übereinstimmen, mit denen das Licht der Lichtquellen 1₁ bzw. 1₂ amplitudenmoduliert ist. Am Ausgang der Bandpaß­ filter 8₁ und 8₂ stehen also Signale zur Verfügung, die aus­ schließlich die durch das Objekt 6 transmittierten Anteile des Lichtes der Lichtquelle 1₁ bzw. der Lichtquelle 1₂ reprä­ sentieren. Diejenigen Anteile der Ausgangssignale der Pho­ tomultiplier 7₁ und 7₂, die das Umgebungslicht und von der Lichtquelle 1₂ bzw. 1₁ stammendes Licht repräsentieren, kön­ nen die Bandpaßfilter 8₁ bzw. 8₂ nicht passieren.

Den Bandpaßfiltern 8₁ und 8₂ sind Signalverarbeitungsmittel in Form je einer Signalaufbereitungsschaltung 9₁ bzw. 9₂ nachgeschaltet, die eine dem jeweiligen Untersuchungsfall an­ gepaßte Signalaufbereitung, beispielsweise durch Gleichrich­ tung, Glättung oder Integration, bewirken. Die Ausgangssigna­ le der Signalaufbereitungsschaltungen 9₁ und 9₂ sind einem 2 : 1-Analog-Multiplexer 10 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 11 verbunden ist. Die digitalen Ausgangsdaten des Analog/Digital-Wandlers 11 gelan­ gen zu einer elektronischen Recheneinrichtung 12, die u. a. der Steuerung der Vorrichtung dient und an die eine der Be­ dienung der Meßvorrichtung dienende Tastatur 13 und ein Moni­ tor 14 angeschlossen sind.

Um Daten bezüglich größerer Bereiche des Objektes 6 sammeln zu können, sind die Lichtwellenleiter 3₁ und 5₂ einerseits und 3₂ und 5₁ andererseits an einem Träger 17 angebracht, der mittels einer Verstelleinheit 18, die von der elektronischen Recheneinrichtung 12 gesteuert wird, derart verstellt werden kann, daß die Lichtaustritts- und die Lichteintrittszonen der Meßvorrichtung nach Art einer Abtastbewegung gemeinsam rela­ tiv zu dem Objekt 6 verstellt werden können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß im Zuge der Abtastbewegung Daten für 100 Stellungen des Trägers 17 gesammelt werden, welche Stellungen matrixartig in jeweils zehn Zeilen und Spalten an­ geordnet sind und sowohl in Zeilen- als auch in Spaltenrich­ tung jeweils den gleichen Abstand voneinander aufweisen. Die bei der vorzugsweise mäanderartigen Abtastbewegung erhaltenen Daten stellt die elektronische Recheneinrichtung 12 auf dem Monitor 14 vorzugsweise graphisch dar, wobei unterschiedliche Intensitäten des detektierten Lichtes durch unterschiedliche Grau- oder Farbwerte veranschaulicht werden.

Da bei der Durchstrahlung von Gewebe mit Licht eine Inhomoge­ nität um so kontrastreicher dargestellt wird, je näher sie sich bei derjenigen Begrenzungsfläche des Objektes befindet, der der Detektor bzw. die Lichteintrittszone zugeordnet ist, und im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Objekt 6 bidirektional durchstrahlt wird, werden bei der Abtastung des Objektes 6 sozusagen zwei bezüglich der Darstellung einer In­ homogenität, beispielsweise eines Tumors T, unterschiedlich kontrastreiche "Bilder" angefertigt, von denen das eine der einen und das andere der anderen Durchstrahlungsrichtung zu­ geordnet ist. Die zu den beiden Bildern gehörigen Daten spei­ chert die elektronische Recheneinrichtung 12 in einer solcher Weise, daß sie jederzeit in der Lage ist zu erkennen, welche Daten zu welchem der beiden Bilder gehören.

In einer ersten Betriebsweise der Vorrichtung stellt die elektronische Recheneinrichtung 12 gleichzeitig zwei Bilder auf dem Monitor 14 dar, die den beiden Durchstrahlungsrich­ tungen entsprechen. Mittels eines Lichtgriffels 19 kann eine Bedienperson nun dasjenige Bild auswählen, auf dem die je­ weils interessierende Inhomogenität kontrastreicher darge­ stellt ist. Das entsprechende Bild wird dann allein in ver­ größertem Format auf dem Monitor 14 angezeigt.

In einer zweiten Betriebsweise besteht die Möglichkeit, mit­ tels des Lichtgriffels 19 in einem der beiden Bilder einen oder mehrere Bereiche zu markieren, worauf die elektronische Recheneinrichtung 12 aus dem anderen Bild die entsprechenden Bereiche aus- und statt dessen die markierte Bereiche ein­ blendet. Diese Betriebsweise ist insbesondere dann von Vor­ teil, wenn mehrere Inhomogenitäten vorhanden sind, die teils in dem einen und teils in dem anderen Bild kontrastreicher dargestellt sind, da dann eine oder mehrere in dem einen Bild weniger kontrastreich dargestellten Inhomogenitäten durch die entsprechenden Ausschnitte des anderen Bildes ersetzt werden kann bzw. können.

In einer weiteren Betriebsweise der Vorrichtung wertet die elektronische Recheneinrichtung 12 mit an sich bekannten Me­ thoden der Bildverarbeitung die beiden unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen entsprechenden Bilder aus und bil­ det aus den Daten beider Bilder ein einziges, maximal kontra­ streiches Bild, das auf dem Monitor 14 angezeigt wird.

Aus den vorstehenden Ausführungen wird deutlich, daß die bi­ direktionale Durchstrahlung des Objektes 6 gleichzeitig er­ folgt, was selbstverständlich von Vorteil ist, da für die einzelnen Abtastpositionen die den beiden Durchstrahlungs­ richtungen entsprechenden Daten gleichzeitig und damit unter identischen Bedingungen ermittelt werden. Unter Umständen kann aber an der Oberfläche des Objektes 6 reflektiertes Licht der Lichtquelle 1₁ bzw. der Lichtquelle 1₂ zu Überbe­ lichtungen des Photomultipliers 7₂ bzw. 7₁ führen, mit der Folge, daß Meßfehler auftreten und unter Umständen sogar ei­ ner der beiden bzw. beide Photomultiplier 7₁, 7₂ beschädigt werden. Um hier Abhilfe zu schaffen, kann einerseits vorgese­ hen sein, daß die elektronische Recheneinrichtung 12 die Lichtquellen 1₁ und 1₂ in nicht näher dargestellter Weise al­ ternierend aktiviert. Alternativ besteht die Möglichkeit, an dem Träger 17 angebrachte, in Fig. 1 schematisch angedeutete Blendenmittel 20 bzw. 21 vorzusehen, die ähnlich einem Kame­ raverschluß aufgebaut sein können und alternierend derart be­ stätigt werden, daß das Licht der Lichtquelle 1₁ von dem Pho­ tomultiplier 7₂ bzw. das Licht der Lichtquelle 1₂ von dem Photomultiplier 7₁ ferngehalten wird. Auch die alternierende Betätigung der Blendenmittel 20 bzw. erfolgt in nicht darge­ stellter Weise durch die elektronische Recheneinrichtung 12. Im Falle der Fig. 1 sind die Blendenmittel 20 und 21 zwischen dem Objekt 6 und dem freien Ende der Lichtleitfaser 5₁ bzw. 5₂ angeordnet. Selbstverständlich besteht auch die Möglich­ keit, die Blendenmittel 20 bzw. 21 zwischen dem Objekt 6 und den freien Enden der Lichtleitfasern 3₂ und 3₁ anzuordnen. Weiter besteht die Möglichkeit, ein Blendenmittel dem freien Ende einer der Lichtleitfasern 3₁ oder 3₂ zuzuordnen und das andere Blendenmittel dem freien Ende eines des zu der jeweils anderen Durchstrahlungsrichtung gehörigen Lichtwellenleiters 5₁ bzw. 5₂ zuzuordnen.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen zunächst dadurch, daß nur eine Lichtquelle 1 mit Signalgenerator 2 vorgesehen ist, die mit der Frequenz f₁ amplitudenmoduliertes Licht der Wellenlänge λ₁ erzeugt, daß nur ein Photomultiplier 7, ein Bandpaßfilter 8 mit der Mit­ tenfrequenz f₁ und eine Signalaufbereitungsschaltung 9 vor­ handen sind und daß der Multiplexer 10 fehlt.

Um das Objekt 6 dennoch bidirektional durchstrahlen zu kön­ nen, sind zwei Umschalteinrichtungen 22, 23 vorgesehen, bei denen es sich um optomechanische oder elektrooptische Schal­ ter handeln kann. Der Umschalter 22, mit dem die Lichtquelle 1 über einen vorzugsweise faseroptischen Lichtwellenleiter 24 verbunden ist, dient dazu, das Licht der Lichtquelle 1 wahl­ weise in den Lichtwellenleiter 3₁ oder den Lichtwellenleiter 3₂ einzukoppeln und somit von der einen oder anderen Seite des Objektes 6 her in dieses einzustrahlen. Der Umschalter 23, der mit dem Photomultiplier 7 über einen vorzugsweise fa­ seroptischen Lichtwellenleiter 25 verbunden ist, dient dazu, den Photomultiplier 7 wahlweise mit dem Lichtwellenleiter 5₁ oder dem Lichtwellenleiter 5₂ zu verbinden. Die Umschalter werden in nicht dargestellter Weise von der elektronischen Recheneinrichtung 12 derart alternierend betätigt, daß entwe­ der über die Lichtleitfaser 3₁ das Licht der Lichtquelle 1 in das Objekt 6 eingestrahlt und die mittels des Lichtwellenlei­ ters 5₁ empfangenen, durch das Objekt 6 transmittierten An­ teile des Lichtes dem Photomultiplier 7 zugeführt werden oder das Licht der Lichtquelle 1 über den Lichtwellenleiter 3₂ dem Objekt 6 zugeführt wird und die mittels des Lichtwellenlei­ ters 5₂ empfangenen, durch das Objekt 6 transmittierten An­ teile dem Photomultiplier 7 zugeführt werden. Die Umschaltung erfolgt mit einer Frequenz von beispielsweise 200 Hz. Es wird also deutlich, daß das Objekt 6 quasi-gleichzeitig bidirek­ tional durchstrahlt wird.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 bietet den Vorteil eines verrin­ gerten Aufwandes, da der für die beiden Umschalter 22 und 23 zu treibende Aufwand geringer ist, als die Einsparungen, die dadurch erreicht werden, daß nur eine Lichtquelle 1, ein Pho­ tomultiplier 7, ein Bandpaßfilter 8, eine Signalaufberei­ tungsschaltung 9 und kein Multiplexer benötigt werden.

Wie anhand der Ausführungsform gemäß Fig. 3 beispielhaft deutlich wird, besteht auch die Möglichkeit, von Mischformen zwischen den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2. So ist die Ausführungsform gemäß Fig. 3 "senderseitig" analog zur Fig. 2 aufgebaut, d. h., es ist nur eine Lichtquelle 1 vorhan­ den, deren Licht mittels des Umschalters 22 wahlweise in den Lichtwellenleiter 3₁ oder den Lichtwellenleiter 3₂ eingekop­ pelt werden kann. "Empfangsseitig" ist die Ausführungsform gemäß Fig. 3 analog zu der gemäß Fig. 1 ausgebildet, d. h. es sind zwei Photomultiplier 7₁ und 7₂, zwei Bandpaßfilter 8₁ und 8₂, zwei Signalaufbereitungsschaltungen 9₁ und 9₂ und ein 2 : 1-Analog-Multiplexer 10 vorgesehen. Da nur eine Lichtquelle 1 verwendet wird, deren Licht mit der Frequenz f₁ amplituden­ moduliert ist, haben beide Bandpaßfilter 8₁ und 8₂ die Mit­ tenfrequenz f₁.

Es kann auch eine Vorrichtung realisiert werden, die "senderseitig" gemäß Fig. 1 und "empfängerseitig" gemäß Fig. 2 ausgebildet ist.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 dadurch, daß anstelle der Lichtwellenleiter 3₁ und 3₂ sowie 5₁ und 5₂ zwei Lichtleitfaserbündel 26 und 27 vorgesehen sind, die jeweils aus einer Anzahl von p Lichtleitfasern zusammengesetzt sind.

Die zentrale Lichtleitfaser 26₁ des Lichtleitfaserbündels 26 und die zentrale Lichtleitfaser 27₁ des Lichtleitfaserbündels 27 sind mit dem Umschalter 22 verbunden und entsprechen in ihrer Funktion den Lichtwellenleitern 3₁ und 3₂ des Ausfüh­ rungsbeispieles gemäß Fig. 2. Die verbleibenden Lichtleitfa­ sern 26₂ bis 26p bzw. 27₂ bis 27p der Lichtleitfaserbündel 26 und 27 sind mit dem Umschalter 23 verbunden und entsprechen in ihrer Funktion den Lichtwellenleitern 5₁ und 5₂ des Aus­ führungsbeispieles gemäß Fig. 2. Das freie Ende des Licht­ leitfaserbündels 26 ist übrigens in Fig. 5 vergrößert darge­ stellt, wobei 21 Lichtleitfasern 26₁ bis 26₂₁ vorgesehen sind (p=21), von denen in der Fig. 5 nur einige mit Bezugszeichen versehen sind, und die zentrale Lichtleitfaser 26₁ schraf­ fiert dargestellt ist.

Die freien Enden der Lichtleitfaserbündel 26 und 27 fungieren also je nach Durchstrahlungsrichtung als Lichtaustritts- oder Lichteintrittszone. Die freien Enden der Lichtleitfaserbündel 26 und 27 sind in dem Träger 17 derart aufgenommen, daß bei Abwesenheit eines Objektes 6 das aus der zentralen Lichtleit­ faser 26₁ bzw. 27₁ austretende Licht in die jeweils andere zentrale Lichtleitfaser 27₁ bzw. 26₁ eintritt. Dadurch ist im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, wo geringfügige Abweichungen des in den beiden Durchstrah­ lungsrichtungen von dem Licht durchlaufenen Gewebes vorlie­ gen, eine exakt bidirektionale Durchstrahlung möglich.

Infolge des Umstandes, daß eine Vielzahl von Lichtleitfasern 26₂ bis 26 _p bzw. 27₂ bis 27 _p dazu dient, aus dem Objekt 6 austretende Anteile des transmittierten Lichtes aufzunehmen, ergibt sich ein verbesserter Signal-Störabstand. Der trans­ mittierte Anteil des Lichtes tritt nämlich infolge von Streu­ ungserscheinungen nicht an einer der Einstrahlstellen gegen­ überliegenden und dieser in ihrer Größe entsprechenden Stel­ le, sondern in einem letztere Stelle umgebenden größeren Be­ reich aus dem Objekt 6 aus.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von der gemäß den Fig. 4 und 5 nochmals dadurch, daß auch spektrosko­ pische Untersuchungen möglich sind. Hierzu ist eine Anzahl von Lichtquellen 1₁ bis 1 _n vorgesehen, die Licht unterschied­ licher Wellenlängen λ₁ bis λ_n erzeugen, das mit Hilfe der Si­ gnalgeneratoren 2₁ bis 2 _n mit unterschiedlichen Frequenzen f₁ bis f_n amplitudenmoduliert ist. Das Licht der Lichtquellen 1₁ bis 1 _n wird über insbesondere faseroptische Lichtwellenleiter 28₁ bis 28 _n einem Lichtwellenleiter-Fan-In-Koppler 4 zuge­ führt, der n-Eingänge, mit denen jeweils einer der Lichtwel­ lenleiter 28₁ bis 28 _n verbunden ist, und einen Ausgang auf­ weist, an den der Lichtwellenleiter 24 angeschlossen ist.

Im Falle des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 6 wird also in das Objekt 6 Licht eingestrahlt, das sich durch die Überlage­ rung des von den Lichtquellen 1₁ bis 1 _n jeweils abgegebenen Lichtes mittels des Lichtwellenleiter-Fan-In-Kopplers 4 er­ gibt. Dem Objekt 6 wird also Licht der unterschiedlichen Wel­ lenlängen λ₁ bis λ_n für die jeweilige Durchstrahlungsrichtung an einem für alle Wellenlängen λ₁ bis λ_n jeweils gleichen Ort gleichzeitig zugeführt.

Um aus dem dem empfangenen Anteil des durch das Objekt 6 transmittierten Lichtes entsprechenden Signal des Photomulti­ plier 7, dessen zeitlicher Verlauf den zeitlichen Verlauf der Intensität des empfangenen Lichtes insoweit repräsentiert, als er der Amplituden-Hüllkurve des empfangenen Lichtes ent­ spricht, Signale bezüglich der Intensitäten des Lichtes der unterschiedlichen Wellenlängen λ₁ bis λ_n gewinnen zu können, sind Demodulatormittel in Form von Bandpaßfiltern 8₁ bis 8 _n vorgesehen. Deren Mittenfrequenzen f₁ bis f_n entsprechen mög­ lichst exakt den Modulationsfrequenzen f₁ bis f_n. An den Aus­ gängen der Bandpaßfilter 8₁ bis 8 _n stehen dann also elektri­ sche Signale zur Verfügung, die die Intensität der von den Lichtquellen 1₁ bis 1 _n stammenden Lichtanteile an dem empfan­ genen, durch das Objekt 6 transmittierten Anteil des diesem zugeführten Lichtes repräsentieren. Diese elektrischen Signa­ le gelangen jeweils zu einer Signalaufbereitungsschaltung 9₁ bis 9 _n, wo eine dem jeweiligen Untersuchungsfall angepaßte Signalaufbereitung erfolgt. Die Ausgangssignale der Signal­ aufbereitungsschaltungen 9₁ bis 9 _n sind einem n:1-Analog-Mul­ tiplexer 29 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Analog/Digital- Wandler 11 verbunden ist.

Der elektronischen Recheneinrichtung 12 steht also pro Abta­ stposition nicht ein den beiden Durchstrahlungsrichtungen entsprechendes Datenpaar, sondern eine der Anzahl n der un­ terschiedlichen Wellenlängen entsprechende Anzahl von Daten­ paaren zur Verfügung, von denen jedes für eine andere Wellen­ länge die beiden Durchstrahlungsrichtungen repräsentiert. Mit den aufgrund dieser Daten von der elektronischen Rechenein­ richtung 12 erstellten und nach Bedarf auf dem Monitor 14 an­ gezeigten Bildern kann in der zuvor beschriebenen Weise ver­ fahren werden. Dabei beschränkt sich die Zusammenfassung von aus unterschiedlichen Bildern stammende Bildinformation zu einem neuen, kontrastreicheren Bild nicht auf die Bilder ei­ nes zu einer der Wellenlängen λ₁ bis λ_n gehörigen Bildpaares. Vielmehr besteht auch die Möglichkeit, Bildinformation aus zu unterschiedlichen Wellenlängen λ₁ bis λ_n gehörigen Bildern zu einem neuen, kontrastreicheren Bild zusammenzusetzen.

Während im Falle der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 und 6 die Amplitudenmodulation des verwendeten Lichtes auch dazu dient, die Durchstrahlungsrichtung bzw. die jeweilige Wellenlänge λ₁ bis λ_n erkennen zu können, ist im Falle der übrigen Ausführungsbeispiele die Amplitudenmodulation des Lichtes nur vorgesehen, um Umgebungslichteinflüsse auszu­ schließen.

Im Falle der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 bis 3 kann übrigens vorgesehen sein, daß die Recheneinrichtung 12 den Versatz der beiden Durchstrahlungsrichtungen kompensiert. Dies ist sozusagen durch eine Koordinatentransformation ins­ besondere dann sehr leicht möglich, wenn der Versatz nach Be­ trag und Richtung dem Abstand zwischen zwei benachbarten Ab­ tastpositionen oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ent­ spricht.

Die im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen ausschließ­ lich beschriebene Amplitudenmodulation ist nicht das einzige brauchbare Modulationsverfahren, jedoch gestalten sich Modu­ lation und Demodulation im Falle der Amplitudenmodulation be­ sonders einfach.

Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele wird dem Pho­ tomultiplier 7 bzw. den Photomultiplieren 7₁ bis 7₂ das aus dem Objekt 6 austretende Licht jeweils über Lichtwellenleiter zugeführt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, in nicht dargestellter Weise den Photomultiplier 7 bzw. die Photomul­ tiplier 7₁ und 7₂ so anzuordnen, daß das aus dem Objekt 6 austretende Licht direkt aufgenommen werden kann. In diesem Falle müßten der Photomultiplier 7 bzw. die Photomultiplier 7₁ und 7₂ in geeigneter Weise an dem Träger 17 der Abtastmit­ tel angebracht werden. Die Mittel zum Detektieren können an­ stelle eines Photomultipliers auch eine Photodiode oder ein CCD aufweisen.

Statt des Monitors 14 kann als Anzeigemittel ein LED-, LCD- oder Plasma-Display vorgesehen sein.

Die im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebe­ nen Mittel zum Einstrahlen von Licht in das Objekt, die eine oder mehrere Lichtquellen, einen oder mehrere Signalgenerato­ ren, verschiedene Lichtwellenleiter, eventuell die Umschalter 22 und 23 sowie eventuell den Lichtwellenleiter-Fan-In-Kopp­ ler 4 enthalten, können andersartig ausgebildet sein. So kann beispielsweise die Einstrahlung des Lichtes auch mittels ei­ ner Spiegelanordnung bewerkstelligt werden.

Auch die Ausbildung der Abtastmittel ist nur beispielhaft zu verstehen. Ein anderer Aufbau der Abtastmittel sowie von der beschriebenen Abtastbewegung abweichende Abtastbewegungen sind möglich.

Um zu vermeiden, daß der bzw. die Photomultiplier durch eine direkte Bestrahlung mit dem an sich in das Objekt einzustrah­ lenden Licht überbelichtet werden, besteht die Möglichkeit, unter Zuhilfenahme einer geeigneten Sensoreinrichtung die Ab­ tastbewegung so zu steuern, daß von den an sich möglichen Ab­ tastpositionen nur solche Abtastpositionen angefahren werden, bei denen sichergestellt ist, daß sich das Objekt 6 zwischen Lichtaustritts- und Lichteintrittszone befindet.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Untersuchung von Gewebe mit Licht, aufwei­ send

• a) Mittel (1₁, 1₂, 3₁, 3₂; 1, 3₁, 3₂, 22, 24; 1, 22, 24, 26₁, 27₁; 1₁ bis 1 _n, 4, 22, 24, 26₁, 27₁, 28₁ bis 28 _n) zum bidirektionalen Durchstrahlen zu untersuchenden Gewebes mit Licht, und
• b) Mittel (5₁, 5₂, 7₁, 7₂, 8₁, 8₂; 5₁, 5₂, 7, 8, 23, 25; 5₁, 5₂, 7₁, 7₂, 8₁, 8₂; 7, 8, 23, 25, 26₂ bis 26 _p, 27₂ bis 27 _p; 7, 8₁ bis 8 _n, 23, 25, 26₂ bis 26 _p, 27₂ bis 27 _p) zum De­ tektieren, die dazu vorgesehen sind, Anteile des von den Mitteln (1₁, 1₂, 3₁, 3₂; 1, 3₁, 3₂, 22, 24; 1, 22, 24, 26₁, 27₁; 1₁ bis 1 _n, 4, 22, 24, 26₁, 27₁, 28₁ bis 28 _n) zum bidi­ rektionalen Durchstrahlen ausgehenden Lichtes für beide Durchstrahlungsrichtungen zu detektieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die bidirektionale Durchstrahlung wenigstens im wesentlichen quasi-gleichzeitig erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, deren Mittel (1₁, 1₂, 3₁, 3₂) zum Durchstrahlen in beiden Durchstrahlungsrichtungen gleichzeitig durchstrahlen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Licht für die beiden Durchstrahlungsrichtungen jeweils unterschiedlich mo­ duliert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Licht für die bei­ den Durchstrahlungsrichtungen mit unterschiedlichen Modula­ tionsfrequenzen (f₁, f₂) amplitudenmoduliert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche Blen­ denmittel (20, 21) aufweist, die alternierend für die eine oder die andere Durchstrahlungsrichtung das von den Mitteln (1₁, 1₂, 3₁, 3₂) zum Durchstrahlen ausgehende Licht von den Mitteln (5₁, 5₂, 7₁, 7₂, 8₁, 8₂) zum Detektieren fernhalten.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, deren Mittel (1₁, 1₂, 3₁, 3₂) zum Durchstrahlen eine erste und eine zweite Lichtquelle (1₁, 1₂) und deren Mittel (5₁, 5₂, 7₁, 7₂, 8₁, 8₂) zum Detektieren eine erste und eine zweite Detektorein­ richtung (7₁, 7₂) aufweisen, wobei von der ersten Lichtquelle (1₁) das Licht in der einen Durchstrahlungsrichtung ausgeht und die erste Detektoreinrichtung (7₁) zur Detektion von An­ teilen des von der ersten Lichtquelle (1₁) ausgehenden Lich­ tes vorgesehen ist, und wobei von der zweiten Lichtquelle (1₂) das Licht in der anderen Durchstrahlungsrichtung ausgeht und die zweite Detektoreinrichtung (7₂) zur Detektion von An­ teilen des von der zweiten Lichtquelle (1₂) ausgehenden Lich­ tes vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die erste Lichtquelle (1₁) und die erste Detektoreinrichtung (7₁) einerseits und die zweite Lichtquelle (1₂) und die zweite Detektoreinrich­ tung (7₂) andererseits gleichzeitig aktiv sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die erste Lichtquelle (1₁) und die erste Detektoreinrichtung (7₁) einerseits oder die zweite Lichtquelle (1₂) und die zweite Detektoreinrichtung (7₂) andererseits alternierend aktiv sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, deren Mittel (1, 3₁, 3₂, 22, 24; 1, 22, 24, 26₁, 27₁) zum Durchstrahlen eine Lichtquelle (1) aufweisen, der Lichtleitmittel (3₁, 3₂, 22, 24; 22, 24, 26₁, 27₁) zugeordnet sind, die das Licht der Lichtquelle (1) alternierend in der einen oder der anderen Durchstrahlungsrichtung aussenden.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 10, deren Mittel (5₁, 5₂, 7, 8, 23, 25; 7, 8, 23, 25, 26₂ bis 26 _p, 27₂ bis 27 _p; 7, 8₁ bis 8 _n, 23, 25, 26₂ bis 26 _p, 27₂ bis 27 _p) zum Detektieren eine Detektoreinrichtung (7) aufweisen, der Lichtleitmittel (5₁, 5₂, 23, 25; 23, 25, 26₂ bis 26 _p, 27₂ bis 27 _p) zugeordnet sind, die dazu vorgesehen sind der Detektoreinrichtung (7) alternierend bezüglich der eine oder der anderen Durchstrahlungsrichtung zu detektierendes Licht zuzuleiten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, deren Lichtleitmittel (5₁, 5₂, 23, 25; 23, 25, 26₂ bis 26 _p, 27₂ bis 27 _p) faseroptische Mittel (3₁, 3₂, 5₁, 5₂, 24, 25, 26, 27) enthalten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, deren faseroptischen Mittel (3₁, 3₂, 5₁, 5₂, 24, 25, 26, 27) ein Lichtleitfaserbündel (26, 27) enthalten, das wenigstens je eine von den Mitteln zum Durchstrahlen (1, 22, 24, 26₁, 27₁; 1₁ bis 1 _n, 4, 22, 24, 26₁, 27₁, 28₁ bis 28 _n) zum bidirektionalen Durchstrahlen ausgehendes Licht einer Durchstrahlungsrichtung und eine Anteile Lichtes der jeweils anderen Durchstrahlungsrichtung zu den Mitteln zum Detektieren leitende Lichtleitfaser (26₁ und 27₁ bzw. 26₂ bis 26 _p und 27₂ bis 27 _p) enthält.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die Abtastmittel (17, 18) aufweist, mittels derer die bidirektionale Durchstrahlung in einer Vielzahl von Abtastpositionen erfolgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die Aus­ wertemittel (12) aufweist, denen die Ausgangssignale der Mit­ tel (5₁, 5₂, 7₁, 7₂, 8₁, 8₂; 5₁, 5₂, 7, 8, 23, 25; 5₁, 5₂, 7₁, 7₂, 8₁, 8₂; 7, 8, 23, 25, 26₂ bis 26 _p, 27₂ bis 27 _p; 7, 8₁ bis 8 _n, 23, 25, 26₂ bis 26 _p, 27₂ bis 27 _p) zum Detektieren zugeführt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der für die beiden Durchstrahlungsrichtungen ein Versatz der optischen Achsen vorliegt und deren Auswertemittel (12) den Versatz eliminieren.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Versatz nach Betrag und Richtung gleich dem Versatz zwischen zwei benachbarten Abtastpositionen oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, deren Mit­ tel (1₁ bis 1 _n 4, 22, 24, 26₁, 27₁, 28₁ bis 28 _n) zum bidirek­ tionalen Durchstrahlen gleichzeitig Licht definierter unter­ schiedlicher Wellenlängen abgeben, wobei Signalverarbeitungs­ mittel vorgesehen sind, die anhand des Ausgangssignales der Mittel (7, 8₁ bis 8 _n, 23, 25, 26₂ bis 26 _p, 27₂ bis 27 _p) zum Detektieren eine der Anzahl der unterschiedlichen Wellenlän­ gen entsprechende Anzahl von Signalen bilden, von denen jedes dem Anteil des Lichtes einer der unterschiedlichen Wellenlän­ gen an dem detektierten Anteil des von den Mitteln (1₁ bis 1 _n, 4, 22, 24, 26₁, 27₁, 28₁ bis 28 _n) zum Durchstrahlen Lichtes entspricht.