DE1773227C3 - Photometrisches Gerät, insbesondere zur Bestimmung des Absorptionsvermögens einer Blutprobe - Google Patents
Photometrisches Gerät, insbesondere zur Bestimmung des Absorptionsvermögens einer BlutprobeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein photometrisches Gerät, insbesondere zur Bestimmung des Absorptionsvermögens
einer Blutprobe, mit einem photoelektrischen Meßwertgeber zur Erzeugung eines Meßsignals
und eines Referenzsignals unterschiedlicher Größe, einem Meßwertspeicher in Form eines Kondensators
für das größere Signal, einem mit dem Meßwertspeicher verbindbaren Entladekreis, einer Steuerschaltung zur
Herstellung der Verbindung zwischen Meßwertspeicher
-r, und Entladekreis zu einem bestimmten Zeitpunkt und
einer Meßwertvergleichseinrichtung zur Bestimmung der bis zur Entladung des Meßwertspeichers auf den
Pegel des kleineren Signals vergehenden Zeitspanne.
Aus der FR-PS 11 90 483 ist bereits ein photometri-
-,o sches Meßgerät bekannt. Nachteilig ist bei diesem
bekannten Gerät, daß sowohl der Meßwert für den Vergleichskörper als auch für den Probenkörper
gespeichert wird. Zur Speicherung dienen zwei Speicherkondensatoren. Die getrennte Ansteuerung
-,j dieser Speicher und die Notwendigkeit, zwei Speicher
verwenden zu müssen, bedingen einen unnötig hohen baulichen Aufwand. Das Meßergebnis aus den beiden zu
vergleichenden Meßwerten wird durch den Potentialvergleich an beiden Speicherkondensatoren gebildet.
mi Die beiden Speicherpotentiale werden auf einen Differenzverstärker gegeben. Solange eine Potentialdifferenz vorhanden ist, wird von diesem Verstärker ein
Stellmotor für den Schleifer eines Potentiometers angetrieben. Diese Speicherkondensatoren müssen mit
h-, Entladewiderständen verbunden sein. Wenn auch die
Zeitkonstante des hierdurch gebildeten /?C-Kreises jeweils sehr hoch gewählt wird, so wird trotzdem eine
Entladung der Speicherkondensatoren stattfinden, zu-
mindest dann, wenn verhältnismäßig lange Zeit notwendig ist, den Schleifer des Potentiometers in die
Abgleichposition zu bewegen. Es wird somit notwendig sein, von dem Vergleichskörper bzw. dem Probenkörper
nicht nur eine Messung vorzunehmen, sondern mehrmals hintereinander solche Messungen durchzuführen,
damit stets neue Meßwerte in die Speicherkondensatoren eingegeben werden. Diese Meßergebnisbildung
bedingt bei diesem bekannten Meßverfahren einen unnötig großen Zeitaufwand. Insbesondere wenn
Reihenuntersuchungen von Probenkörpern durchgeführt werden sollen, sind aber möglichst kurze
Meßzeiten für jeden einzelnen Probenkörper erwünscht.
Aus Kortüm, Kolorimetrie, Photometric und Spektrometrie,
Springer-Verlag, 1962, ist es bekannt, bei sogenannten Einstrahlphotometern für den Vergleichskörper und für die Probe jeweils nur einen Meßwert zu
erzeugen und den größeren Meßwert zu speichern. Hierzu wird eine Einstellung des Meßinstrumentes auf
100% bei der Messung des Vergleichskörpers vorgenommen.
Dieses bekannte Verfahren läßt sich aber auf das eingangs beschriebene Meßverfahren nicht anwenden.
Aus dem Prospekt Nr. 85 112 der Fa. Baird-Atomic, Ina, Cambridge Mass., V. St. An ist weiter ein »Direct
Reading Spectrometer« genanntes Emissionsspektrometer zur Analyse von Legierungen bekannt. Die
untersuchte Probe wird mit Hilfe des bekannten Gerätes zur Emission eines charakteristischen Spektrums
angeregt. Die mittels eines Gitters räumlich separierten und jeweils von einem nachzuweisenden
Element stammenden Spektrallinien werden über geeignet angebrachte Austrittsspalte jeweils einem
Photovervielfacher zugeführt. An diese Photovervielfacher sind jeweils Meßwertspeicher in Form von
Kondensatoren angeschlossen, welche entsprechend den an den Ausgängen der Photovervielfacher anstehenden
Signalen jeweils auf einen für die Intensität der betreffenden Linie und damit die Konzentration des
zugehörigen Elements charakteristischen Spannungswert aufgeladen werden.
Der von der Eisenlinie beaufschlagte Kondensator, der den höchsten Meßwert gespeichert enthält, dient als
Referenzwertspeicher und wird zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Beendigung des Speichervorganges so
lange entladen, bis sein Spannungswert auf den nächstkleineren Wert eines der übrigen Meßsignale,
z. B. des für Nickel charakteristischen Spannungswertes, abgesunken ist. Die Entladedauer wird in diesem Fall als
Maß für die gesuchte Ni-Konzentration verwendet und mittels einer durch einen Verstärker getriggerten Uhr
angezeigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Meßgerät dahingehend zu
verbessern, daß das Meßergebnis rascher und einfacher erhalten werden kann. Außerdem soll dieses Gerät
billiger herstellbar sein.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen,
Das erfindungsgemäße Meßgerät bietet den Vorteil, daß die Messung verhältnismäßig rasch ausführbar ist,
wobei das Meßergebnis aus einer Zeitmessung für die Entladung des Speichers vom gespeicherten größeren
Meßwert zum kleineren Meßwert gewonnen wird.
Ein solches Gerät kann verhältnismäßig billig aufgebaut werden, da nur tm einziger Speicher sowohl
für den Probenmeßwert als auch für den Vergleichsmeßwert notwendig ist. Auch die Verarbeitung durch
Vergleich dieser Meßwerte kann ohnt baulichen Aufwand erfolgen,
Das Gerät nach der Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise bei der Bestimmung des Hämoglobingehalts
einer Blutprobe verwendbar, jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Bekanntlich ist
Hämoglobin ein eisenhaltiges Proteinpigment, das in
in den roten Blutkörperchen des Menschen und bei vielen
anderen Formen tierischen Lebens gefunden wird. Die relative Menge des Hämoglobins in einer Blutprobe ist
einer der wichtigsten Parameter, welche für die Diagnose und die Behandlung verschiedener Krankhei-
li ten und Bedingungen verwendet wird, beispielsweise
Anämie. Bekannte Verfahren zur Bestimmung des Hämoglobingehalts bestehen darin, das Blut zu hämolysieren,
um die roten Blutkörperchen aufzubrechen und das Hämoglobin aus dem Inneren derselben freizusetzen,
und dann die erhaltene Suspension mit einem geeigneten Reagenz zu behandeln. Er: internationales
Komitee für Hämatoiogie hat Standardwerte aufgestellt.
Der Standard für die Messung von Hämoglobin unter Benutzung einer besonderen Wellenlänge des
2Ί Lichtes ist definiert durch die Formel
HGB = 36,77 D = 36.77 log,,, I(X)/T, (I)
in welcher
j<> HGB das Hämoglobin in Gramm je 100 ml ist
D die optische Dichte oder Extinktion eines
540-Nanometer-Lichtes in 1,00 cm Länge und
T die prozentuale Lichtdurchlässigkeit ist.
D ist vorstehend als gleich dem Logarithmus zur Basis
T die prozentuale Lichtdurchlässigkeit ist.
D ist vorstehend als gleich dem Logarithmus zur Basis
D 10 von 100, dividiert durch die prozentuale Durchlässigkeit
des Lichtes, angegeben. Die gewählte Wellenlänge kann durch die Verwendung bestimmter Filter erhalten
werden, die Länge des Strahls kann durch einen Faktor in den Resultaten eingestellt werden, und die Funktion
■fo ist logarithmisch.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich a ,s den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieien näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Gerätes gemäß einer
Ausführungsform,
F i g. 2 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform,
-,η F i g. 3A und 3B Diagramme zu der Speicherstellung
nach Fig.2, betrieben nach zwei geringfügig verschiedenen
Modi,
F i g. 4 ein Blockschaltbild eines Gerätes gemäß einer zweiten A'.isführungsform,
-,-, Fig.5 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild der
Ausführungsform nad, F i g. 4 und,
Fig.6 ein Diagramm, welches die Spannung an verschiedenen SteUen des Gerätes nach Fig. 5 zu
aufeinanderfolgenden Zeitpunkten zeigt.
Mi Es wird zuerst auf F i g. 1 Bezug genommen, in
welcher in Blockform ein elektrooptischer Meßwertumwandler 10 dargestellt ist. Dieser Meßwertumwandler
kann verschiedene Formen haben und verschiedene Arten von Eingängen verarbeiten, um sein Ziel zu
hl erreichen, nämlich die Lieferung von zwei aufeinanderfolgenden
elektrischen Ausgängen, von denen der eine die Lichtdurchlässigkeit eines Bezugsmediums darstellt,
während der andere die Lichtdurchlässigkeit der
verdünnten Blutprobe darstellt. In einer einfachen Form
können eine lichtelektrische Zelle und eine Beleuchtungsquelle auf entgegengesetzten Seiten eines schmalen
Kanals fest angeordnet sein, in welchen aufeinanderfolgend eine Bezugszelle R und dann eine Probenzelle S,
welche die verdünnte Blutprobe enthält, tritt. Die Bezugszelle kann eine Volumen eines Verdünnungsmittels
enthalten, das seinerseits das herkömmliche salinische, konservierend wirkende Hämoglobin-Reagens
und ein hämolysierendes Material enthält. Ein Verdünnungsmittel von einer solchen Zusammensetzung
würde eine bestimmte optische Dichte haben, durch welche eine relative Menge der durch die
Photozelle hindurchtretende Beleuchtung absorbiert wird. Durch die Verwendung eines Volumens des
Verdünnungsmittels als Bezugsgröße und durch die Verwendung einer gemeinsamen Verdünnungsmittelquelle
sowohl für die Bezugszelle als auch für die wandlers 10 betätigt wird.
Der Ausgang 22 der Steuereinrichtung ist dem Eingang einer Steuerschaltung 26 gemeinsam, so daß
sowohl die Empfangsschaltung 16 als auch die Steuerschaltung 26 während der Meßwertumwandlung
des Inhalts der Probenzelle S gleichzeitig getriggert werden.
Die Steuerschaltung 26 besitzt einen Ausgang 28, der mit dem Entsperrungseingang E einer bistabilen
Vorrichtung 30 gekoppelt ist. Ferner ist die Speicherschaltung 12 mit einem Sperreingang D der bistabilen
Vorrichtung 30 über eine Leitung 32 gekoppelt. Auf diese Weise wird die bistabile Vorrichtung in den
Durchlaßzustand geschaltet, wenn das Signal von der Probenzelle der Speicherschaltung zugeführt wird, und
nach einer Zeitdauer, welche dem Unterschied zwischen der Dichte des Bezugsmediums und derjenigen des
Probenmediums proportional ist, in den Sperrzustand
Dichte des Verdünnungsmittels infolge seiner Zusammensetzung, Temperatur usw. keine grundsätzlichen
Abweichungen in der vergleichenden Farbüberwachung erzeugen.
Bei einer einfachen Form des Meßwertumwandlers 10 kann entweder ein eine Verdünnung simulierendes
Bezugsfilter. Luft, klares Wasser oder ein anderes Bezugsmedium bzw. eine andere Bezugssubstanz an
Stelle des Fluidvolumens des Verdünnungsmittels verwendet werden. Eine komplizierte Form des
Meßwertumwandlers arbeitet nach dem Prinzip einer Durchflußzelle und ermöglicht eine selbsttätig ablaufende
Behandlung bzw. Verarbeitung aufeinanderfolgender Blutproben. In der nachfolgenden Beschreibung der
Erfindung wird das das Bezugsmedium darstellende Signal als von höherer Spannung als diejenige der
Proben beschrieben, und zuerst der Speicherschaltung zugeführt. Dies ist der Fall, wenn das Bezugsmedium
eine höhere Lichtdurchlässigkeit als das Probenmedium hat. Die Erfindung ist jedoch auch arbeitsfähig, wenn die
relativen optischen Dichtegrade umgekehrt sind und zuerst der Meßwert der Probe umgewandelt wird.
Wie Fig. 1 zeigt, ist eine Speicherschaltung 12 mit
dem Meßwertumwandler 10 durch eine Leitung 14 gekoppelt, die den beiden Zellen R und 5gemeinsam ist.
Die Speicherschaltung ist so vorgesehen, daß zuerst der Ausgang aus der Bezugszelle R aufgenommen und
gespeichert wird. Da die Bezugsmedium-Färbungsdichte verhältnismäßig gering ist, findet nur eine geringfügige
Absorption statt, so daß ein Signal von einem verhältnismäßig hohen Wert umgewandelt und der
Speicherschaltung '2 zugeführt wird.
Mit der Speicherschaltung 12 ist eine Empfangsschaltung 16 durch eine Ausgangsleitung 18 gekoppelt. Die
Empfangsschaltung ist während der Zufuhr des Signals von der Bezugszelle R zur Speicherschaltung 12
unwirksam, jedoch ist während der Zufuhr des die Probe in der Zelle S darstellenden Signals die Empfangsschaltung
entsperrt, so daß sie als Ableitung für das in der Speicherschaltung 12 gespeicherte Bezugssignal wirkt.
Diese Steuerung wird durch eine Steuereinrichtung 20 über deren Ausgangsleitung 22 ermöglicht, welche als
Steuereingang für die Empfangsschaltung 16 dient Die Steuereinrichtung ist in Wirklichkeit ein selbsttätiges
Programmierzentrum, welches die verschiedenen Funktionen in dem vollautomatisierien System regelt. Durch
eine Schalt leitung 24 regeit die Steuereinrichtung ferner, weiche der Zellen R oder S durch die
Wandlerschaltungsanordnung innerhalb des Meßwert-
Wenn gewünscht, kann der hinsichtlich seiner Dauer gesteuerte Ausgang aus der bistabilen Vorrichtung 30
einer Analogform eines registrierenden Meßgerätes 34 zugeführt werden. Andernfalls oder sogar gemeinschaftlich
kann der zeitabhängige Ausgang aus der bistabilen Vorrichtung einem Impulsgenerator 36
eingeblendet und dann als Impulsreihe in einen Drucker 38 oder in eine andere digital orientierte Ausgangsvorrichtung
,Angeleitet werden.
Die schematische Darstellung der Fig.2 ermöglicht
ein noch mehr ins einzelne gehendes Verständnis der Arbeitsweise und de>
Zusammenwirkens des Meßwertumwandlers 10, der Speicherschaltung 12, der Empfangsschaltung
16 und der Steuerschaltung 26, welche Glieder durch gestrichelte Rechtecke gekennzeichnet
sind. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß diese elektrische Schaltungsanordnung stark
vereinfacht ist, jedoch ausreichend sein dürfte, dem Fachmann eine angemessene Anweisung zu geben, nach
der eine äquivalente Schaltungsanordnung, die auf den Markt gebracht werden kann, leicht gebaut werden
kann.
Die primären elektrischen Komponenten innerhalb des Meßwertumwandlers 10 sind eine Photozelle 40 und
eine Strom-Spannungsumformer-Hilfsschaltung 42. Es ist nur eine Photozelle erforderlich, wenn die Bezugsund
die Probenzelle R bzw. 5 oder deren Äquivalente mechanisch auf die Photozellenanordnung übertragen
werden oder sich in fester Anordnung zu einem optischen System befinden, welches über die Steuereinrichtung
20 eine abwechselnde Erregung der Photozelle 40 durch die Zellen R und 5 bewirkt. Natürlich kö.inen
zwei Photozellen und die zugeordnete Schaltungsanordnung wechselweise die Ausgangsleitung 14 beliefern,
jedoch kann hierdurch ein unnötiger Ausgangsfehler infolge von Signalparameterveränderungen zwischen
den beiden Monitoren hereingebracht werden.
Die Speicherschaltung 12 umfaßt einen Schalttransistor 44, der mit der Leitung 14 verbunden ist, eine
Ausgangsleitung 32, eine positive Spannungsquelle + V und ein herkömmliches ÄC-Glied mit einem an Masse
liegenden Kondensator 46 und einem Widerstand 48, der den Zugang zur Ausgangsleitung 18 ermöglicht. Das
anfängliche Aufladen des Kondensators erfolgt, wenn die Photozelle 40 durch die Beleuchtung erregt wird,
welche durch die Bezugszelle hindurchtritt, und einen steuernden Basisstrom an die Leitung 14 legt Dies hat
zur Folge, daß der Transistor 44 leitend wird, wodurch + V mit dem Kondensator gekoppelt wird. Da die
l.ingängc der bistabilen Vorrichtung vordcrflankcnocler
hintcrflankcnempfindlich sein können, bedeutet
der Umstand, daß der Transistor 44 nun leitend ist, nicht, daß von seinem Ausgang 32 ein Sperrsignal übertragen
wird. Der McBwcrtumwandlcr 10 spricht während eines kurzen Zeitraumes auf jede nachfolgende Darstellung
der Bezugszelle an. Auf diese Weise wird der Konder>itor auf den relativen Wert aufgeladen,
welcher der Durchlässigkeit proportional ist, d. h. der Absorption der Bezugsmedien. Obwohl der Widerstand
48 einen Entladungsweg bildet, wird eine Entladung verhindert, da die Empfangsschaltung 16, die einen
Transistor 50 aufweist, zu diesem Zeitpunkt sperrt, da ein triggernder Eingang auf der Leitung 22 von der
Steuereinrichtung 20 fehlt.
An dieser Verbindungsstelle stellt die Steuereinrichtung 20 ihre Programmierung weiter und bewirkt über
die Schaltleitung 24 das Ansprechen des Umwandlers 10 n..t Ann Inkflll An* D^Unn^nllo C Qo HtJC 1-1 <trT>QCllrth j Π ΙΠ
dieser Zelle der Zellenflüssigkeit eine unterscheidende Färbung verleiht, wird die durch die Photozelle 40
hindurchtretende Beleuchtung in einem Grade absorbiert, welcher dem Hämoglobingehalt proportional ist.
Die an die Ausgangsleitung 14 gelegte Spannung ist daher umgekehrt proportional zum Hämoglobingchalt.
Wie erwähnt, werden die Ausgänge 22 der Steuereinrichtung in dem gleichen Augenblick entsperrt, an
welchem die das Hämoglobin darstellende Spannung über die Leitung 14 angelegt wird. Der Kondensator 46
kann daher über den Widerstand 48 und den Transistor 50 ent) .den werden. Ferner wird die bistabile Vorrichtung
30 gleichzeitig durch die Steuerschaltung 26 betätigt, welche ein geeigne· vorgespannter Transistor
52 ist.
Es ist zu beachten, daß, obwohl die Leitung 14 eine das Hämoglobin in der Probe darstellende Spannung
führt, der Transistor 44 nicht zum zweiten Mal in den Leitungszustand getrieben worden ist. Dies ist durch
den Umstand bedingt, daß die auf den Kondensator 46 gebrachte Ladung infolge der Umwandlung der
Bezugszelleninhalte größer als die Spannung ist, welche nun auf der Leitung 14 zugeführt wird, so daß der
Transistor 44 gesperrt wird. Da sich jedoch der Kondensator weiterhin über den Widerstand 48 entlädt,
nimmt der Unterschied in der Emitterspannung zur Basisspannung des Transistors 44 so lange ab, bis die
Spannung am Emitter ausreichend niedrig ist, daß die durch das Hämoglobin verursachte Basisspannung den
Transistor in den Leitungszustand bringen kann. Die Dauer der Kondensatorentladung ist daher proportional
der Basisspannung, die zum Hämoglobingehalt der Blutprobe umgekehrt proportional ist.
Wenn der Transistor 44 in den Leitungszustand zurückgebracht wird, verändert er den Pegel des
Ausgangs 32 der Speicherschaltung 12, wodurch die bistabile Vorrichtung 30 gesperrt wird. Der Hämoglobingehalt
der Probe wurde daher zu einer meßbaren Dauer eines Ausgangsimpulses, typisch in Form einer
Rechteckwelle, aus der Vorrichtung 30 umgewandelt. Diese Impulsdauer läßt sich leicht in registrierte
Analog- und/oder Digitalausgänge durch herkömmliche Mittel, beispielsweise von der in F i g. 1 dargestellten
Art, umwandeln. Obwohl in F i g. 1 und 2 nicht dargestellt, kann das Sperren der bistabilen Vorrichtung
30 oder sogar das zweite Entsperren des Transistors 44 durch geeignete Rückkopplungsleitungendie Steuereinrichtung
triggern, um einen erneuten Arbeitszyklus derselben einzuleiten, um die Bezugszelleninhalte und
eine weitere Blutprobe wieder aufeinanderfolgend zu überwachen und umzuwandeln. Natürlich wird während
des erzeugten Arbeitszyklus der Kondensator in den gleichen Lntladungszusland gebracht, den er anfänglich
) besaß.
In Fig. 3A und 3B sind typische Kondensatorentladungskurven
V«( gezeigt. Fig. 3A stellt die bereits
beschriebene Arbeitsweise dar, bei welcher der Kondensator anfänglich auf einen Wert Vr (Spannung
in auf Grund der Bezugsquelle) aufgeladen wurde und
dann auf einen Wert Vs (auf Grund der Blutprobe
angelegte Spannung) entladen wurde. Dieses Quantum der Entladung erforderte eine Dauer von /| —/0=f, was
zu einer ähnlichen Dauer des Ausgangssignals aus der
ι. bistabilen Vorrichtung 30 führte. Bei Verwendung der
gemeinsamen Entladungsformeln ergibt sich, daß
Bei der Verwendung der Formeln (1) und (2) und unter Berücksichtigung, daß die Absorption de«
in Bezugsmediums eine Konstante ist, wären die Gramrr
je 100 ml der Probe gleichzusetzen mit
15,95 /
RC
RC
In ähnlicher Weise kann, wenn ein digitalisierter Ausgang bei Verwendung eines Impulsgenerators von
der in F i g. 1 dargestellten Art benutzt wird, der Hämoglobingehalt wie folgt berechnet werden:
kfpl
in welcher k eine vorberechnete Konstante ist die vor den verwendeten Standardwerten abhängt, fp dit
Frequenz des Impulsgenerators ist und t die Ausgangsdauer. Auf diese Weise kann die Impulsfrequenz se
-,ο eingestellt werden, daß eine einfache Beziehung zui
Hämoglobinkonzentration besteht Beispielsweise kön nen einhundert Impulse Ig Hämoglobin je 100 m
Probe darstellen.
F i g. 3B unterscheidet sich von F i g. 3A insofern, ah
ein zweistufiges Bezugsprobenverfahren angewendei wird. Anfänglich überwacht der Meßwertumwandler eir
völlig klares oder blankes Medium, beispielsweise Lufi oder Wasser. Dies hat zur Folge, daß der Kondensatoi
auf den Wert von Vg aufgeladen wird, der höher als dei
M) Wert Vr ist Sodann wird die Bezugszelle optisel·
überwacht und die Empfangsschaltung 16 getriggert Di
Vr niedriger als Vb ist, beginnt sich der Kondensator be
tb zu entladen, was früher als to ist Die Steuerschaltuni
wird jedoch erst getriggert, nachdem die Spannung Vri
b5 auf den Wert Vr abgefallen ist
Die einzigen elektrischen Veränderungen, die not wendig sind, um die in F i g. 3B dargestellte Arbeitswei«
zu erzielen, besteht darin, daß der vorher gemeinsame
Ausgang 22 von der Steuereinrichtung gesondert entzerrt wird und eine dritte Überwachungsposition
(blank) für die .Schaltleitung 24 vorgesehen wird. Rs sei
angenommen, daß das gestrichelte Rechteck Win F i g. 1
beide mechanischen Teile dieser modifizierten Bezugs-/eile
enthält. P'jrner sei angenommen, daß der Meßwertumwandler 10 die notwendige mechanische
und optische Ausrüstung umfaßt, um die erforderliche Überwachung und relative Anordnung der Bezugs und
Probenmedien zu ermöglichen. Wie erwähnt, kann der Meßwertumwandler 10 zwei Monitoren aufweisen
(oder sogar einen dritten für die Lieferung von Vn), so daß die Überwachung nicht aufeinanderfolgend zu sein
braucht, obgleich das Anlegen der unterschiedlichen Spannungen an die Leitung 14 aufeinanderfolgend sein
soll.
In F i g. 4 ist eine zweite Ausfiihrungsform dargestellt.
Der Einfachheit halber wird angenommen, daß der fvießweriumwaiidlei iiöuci gleiche wie üci' vorangehend
beschriebene Meßwertumwandler 10 ist. Mit dem Ausgang des Meßwertumwandlers 110 ist ein Rechenbzw.
Funktionsverstärker 112 über eine Leitung 114 gekoppelt. Der Rechen- bzw. Funktionsverstärker ist in
seinem Aufbau so gestaltet, daß er nach einem Spannungsfolgemodus arbeitet, so daß seine Ausgangsspannung
auf der Leitung 116 eng dem Eingang auf der Leitung 114 folgt. Der Rechen- bzw. Funktionsverstärker
wird wie alle in Fig.4 gezeigten Blockelemente in Verbindung mit F i g. 5 näher beschrieben
Ein vorspannbarer Schaltkreis 118 ist an seiner Eingangsseite mit dem Ausgang des Rechen- bzw.
Funktionsverstärkers über eine Leitung 116 gekoppelt.
Daher befinden sich die Eingänge sowohl des Verstärkers 112 als auch des Schaltkreises 118 in einer
Spannungsfolgebeziehung. Die Ausgangsseite des Schaltkreises ist durch eine Leitung 120 mit einer ersten
Seite eines gesteuerten Schalters 122 gekoppelt und durch eine Leitung 124 mit einer Empfangsschaltung
126. Eine Speicherschaltung 128 ist mit einer zweiten Seite des gesteuerten Schalters 122 durch eine Leitung
130 verbunden. Die Pfeilköpfe für die Leitungen 120 und 130 stellen den LImstand cW, daß die Speicherschaltung
128 über den Schalter 122 aufgeladen und nachfolgend durch den gleichen Schalter zur Empfangsschaltung 126
entladen werden kann.
Ein Ausgangsumsetzer 132 ist durch eine Leitung 134 mit dem Ausgang des Verstärkers 112 gekoppelt. Eine
Steuereinrichtung 136 liefert über eine Leitung 138 einen Steuereingang an den Ausgangsumsetzer. Eine
Schaltleitung 140 regelt wahlweise, welche der Zellen R oder S durch den Meßwertumwandler 110 betrieben
wird. Die Steuereinrichtung regelt ferner den Status des gesteuerten Schalters, wie durch eine Steuerleitung 142
symbolisiert.
Die Arbeitsweise des in F i g. 4 dargestellten Gerätes ist in sehr kürzer Zusammenfassung wie folgt:
Anfänglich wählt die Steuereinrichtung 136 das umzuwandelnde Bezugsmedium R und schließt den
Schalter 122, so daß eine der Lichtdurchlässigkeit des
Bezugsmediums proportionale Spannung über den Verstärker 112, die Schaltung 118 und den Schalter 122
der Speicherschaltung 128 zugeführt wird. Die Steuereinrichtung öffnet dann den Schalter 122 und wählt die
Probe S zur Meßwertumwandlung. Die Probe hat eine geringere Lichtdurchlässigkeit als das Bezugsmediuni /?,
so daß die über den Verstärker 112 u^d den
vorspannbaren Schaltkreis 118 zugeführte Spannung niedriger als die in der Speicherschaltung 128
gespeicherte ist. Sodann schließt die Steuereinrichtung
den Schalter 122 und ermöglicht eine Entladung von der Speicherschaltung über den gesteuerten Schalter zur
Empfangsschaltung 126. Die Entladung bleibt weiterhin
ί von Bedeutung, bis die Speicherschaltung sich auf dem gleichen niedrigeren Potential als dasjenige befindet,
welches hinsichtlich der Probe .Vumgcwandelt wird.
Während der Entladungsperiode ist der vorspannbare Schaltkreis 118 auf Sperrung vorgespannt. Infolge
in des Entladungszustandes und über die Leitung Π4
triggert der Verstarker 112 den Ausgangsuniset/.cr 152.
Sobald die Ladung auf beiden Seiten des Schaltkreises wieder ausgeglichen ist, wird der triggernde Eingang für
den umsetzer weggenommen. Der umsetzer 132 mißt
ι -. die Dauer, wahrend welcher er entsperrt war, und diese
Messung ist proportional dem Unterschied in de, L.ichtdurchlässigkeit zwischen dem Bezugsmcdium und
der Probe, welcher natürlich eine direkt proportionale fvicMiiiig dt·* riiiiViogiiMJiMguMiMic* der Probe lsi, wenn
.'n es sich um Blut handelt.
Die Einzelheiten des Gerätes werden durch die schematische Darstellung in Fig. 5 in Verbindung mit
dem Spannungsdiagramm in F i g. 6 besser erkennbar.
Die primären elektrischen Komponenten innerhalb
Die primären elektrischen Komponenten innerhalb
_), des Meßwertumwandlers 110 sind eine Photozelle 144
und ein Strom-Spannungs-Umsetzer 146. Die Ausgangsleitung 114 enthält einen Isolier- und Stabilisierungswiderstand
148 und einen Knotenpunkt A. Der Knotenpunkt A und weitere Knotenpunkte, die
κι nachstehend näher gekennzeichnet werden, dienen zum
Spannungsvergleich verschiedener Punkte in der schematischen Darstellung und stehen mit ähnlich
gekennzeichneten Wellenformen in Fig.6 in Beziehung. Es sei beispielsweise angenommen, daß ein
(-, positives lOV-Signal durch die Meßwertumwandlung
des Bezugsmediums R erzeugt wird und daß die Meßwertumwandlung der Probe 5 ein positives Signal
von nur 5 V ergibt. Daher ist bei ti in Fig. 6 bei der
Wellenform am Knotenpunkt A eine Spannung von
in + 10 V gezeigt, was darstellt, daß die l.ichtdurchlässigkeit
des Bezugsmediums dann durch die Phorozelle 144 gemessen wird.
Der Knotenpunkt A ist in den positiven ( + ) Eingang des Funktionsverstärkers 112 gekoppelt. Dieser Ver-
n stärker ist symbolisch dargestellt statt mit näheren
Schaltungseinzelheiten, da zahlreiche Formen von Schaltungsanordnungen verwendet werden können,
solange sie in einem Spannungsfolgemodus betrieben werden, so daß die Spannung am Knotenpunkt B in der
-,» Verstärkerausgangsleitung 116 sehr genau der Spannung
am Knotenpunkt A folgt. Spannungsfolge-Funktinnsverstärker entsprechen diesem Kriterium dadurch,
daß sie eine nahezu unendliche Eingangsimpedanz (in der Größenordnung von 100 Megohm) bei geringster
r, Belastung, eine besonders niedrige Ausgangsimpedanz
(in der Größenordnung von 1 Ohm) und einen hohen Verstärkungsfaktor haben. Der dargestellte Verstärker
112 ist ein Abgleichdifferentialverstärker und hat einen
negativen Eingang ( —) in Gegenkopplung von einem
b<> Knotenpunkt C. Sogar eine Veränderung von wenigen
Millivolt zwischen den beiden Eingängen hat zur Folge, daß der Ausgang stabil von der vollen negativen zur
vollen positiven Sättigung schwingt. Bei dieser Form hat der Verstärker eine vernachlässigbare Dämpfung und
μ Lt gut für seine Aufgabe geeignet, die Aufrechierhaltung
der Spannung an den Knotenpunkten A, B und C auf dem gleichen Niveau zu halten. Dies ist bei to bei den
Wellenformen A. Bund Cgezeigt.
it
Obwohl andere und einfachere Formen für die Spannungsfolge-Schaltungsanordnng verwendet werden
könnte'!, würde die erforderliche und durch die Erfindung erzielte Präzision darunter leiden. Hs ist sogar
möglich, die Knotenpunkte A und B unmittelbar miteinander zu verbinden oder miteinander zu vereinigen,
jedoch würden Stabilität und Genauigkeit weniger als wünschenswert sein.
Der vorspannbarc Schaltkreis 118 besitzt eine Diode,
die so gekoppelt ist. daß sie durch die Spannung am Knotenpunkt H in Vorwärtsrichtiing und durch die
Spannung am Knotenpunkt Cin Sperrichtung betrieben wird. Die Ruckkopplung vom Knotenpunkt C zum
negativen Fingang des Verstärkers 112 besteht über eine Leitung 150. Die Leitung 124 koppelt sowohl den
Knotenpunkt C als auch die Leitung 120 mit der Empfangsschaltung 126, die einen an Masse liegenden
Widerstand aufweist.
p;n ITrJ0IoJ1^nL
„„.„„„„„j,, f befinden
sich auf entgegengesetzten Seiten des gesteuerten Schalters 122 „nd sind mit diesem durch die Leitungen
130 und 120 verbunden. Der Knotenpunkt D zeigt die
Spannung an der Speicherschaltung 128 an, die einen an Masse liegenden Kondensator aufweist. Wie ersichtlich,
bilden die Speicherschaltung und die Empfangsschaltungein
herkömmliches flC-Glied.
Obwohl der Schalter 122 als normalerweise offen dargestellt ist, ist es zum Zeitpunkt in durch die
Steuereinrichtng 136 geschlosser· so daß die + 10-V-Sp3nnung
an den Knotenpunkten A1 B und C auch an den Ladestromkreis gelegt wird und deshalb am
Knotenpunkt D ebenfalls eine Spannung von +1OV
besteht. Für die Zwecke der Beschreibung wurde der typische Spannungsabfall an der vorspannbaren Diode
118 der Einfachheit halber unberücksichtigt gelassen,
jedoch ist, wie ersichtlich, zum Zeitpunkt in die Spannung am Knotenpunkt B höher als +10 und
beträgt beispielsweise + 10,6 V.
Zunächst wird der Inhalt des Ausgangsumwandlers 132 nicht beschrieben und lediglich erwähnt, daß an
seinem Eingang eine Diode 152 normalerweise durch die positive Spannung am Knotenpunkt B in der
Sperrichtung betrieben wird, welche Spannung höher als diejenige ist. welche an die Diode durch die positive
Spannungsquelle gelegt wird, welche im Ausgangsumwandler symbolisiert ist. Daher ist zum Zeitpunkt r„
während der Meßwertumwandlung des Bezugsmediums R der Ausgangsumwandler gesperrt. Wie sich aus dem
Nachfolgenden ergibt, wird der Ausgangsumwandler 132 nur entsperrt, wenn am Knotenpunkt B ein
negatives Potential, d. h. zwischen den Zeitpunkten ft
und ttbesteht.
Zum Zeitpunkt ii Hefen die Steuereinrichtung 136 ein
Signal an die Leitung 142, so daß der Schalter 122 öffnet und die Speicherschaltung 128 von der übrigen
Schaltungsanordnung isoliert wird. Wie in F i g. 6 gezeigt, bleiben die Spannungen an jedem der
Knotenpunkte konstant. Zum Zeitpunkt t2 wird die
Schaltleitung 140 der Steuereinrichtung in die Stellung zur Probe Sgebracht und ferner ein Sperrsignal an den
Ausgangswandler über die Leitung 138 gegeben, um Schaltstöße bei einem unerwünschten Triggern des
Ausgangsumwandlers zu verhindern.
Da die Probe S eine geringere Lichtmenge hindurchtreten läßt stellt sich eine niedrigere Spannung,
beispielsweise von +5V, am Knotenpunkt A und am Knotenpunkt B ein, so daß die Diode des Schaltkreises
118 in Vorwärtsrichtung betrieben wird, wodurch der Knotenpunkt (!'ebenfalls auf + 5 V gebracht wird.
Es wird in Erinnerung gebracht, daß der Schalter 122 zum Zeitpunkt ii geöffnet wurde und zum Zeitpunkt ij
offenbleibt. Zum Zeitpunkt /j wird der Schalter 122
wiedei durch die Steuereinrichtung geschlossen, was wesentliche Reaktionen zur Folge Hat. Die Knotenpunkte
C und D, an denen verschiedene Spannungen bestehen, werden miteinander gekoppelt. Dem Knotenpunkt
C werden weiterhin die +5V von dem Meßwertumwandler 110, dem Verstärker 112 und dem
Schaltkreis 118 zugeführt, ausgenommen, wenn der Kreis 118 in Sperrichtung betrieben wird, wie
nachfolgend beschrieben wird. Der Knotenpunkt D kann nur in der Speicherschaltung 128 gespeicherte
Spannung aufweisen. Zum Zeitpunkt /) entlädt sich daher die Speicherschaltung über die Knotenpunkte D
und C in den Widerstand der Empfangsschaltung 126 und zur Masse. Dies hat zur Folge, daß die Spannung am
Knoienpünki CSüf + Ί0 V Springt ui'iu uuiii! giuiLN/.uiilg
mit der Spannung am Knotenpunkt Dzur Masse abfällt.
Sobald die Spannung am Knotenpunkt Cauf + 10 V
springt, wird der vorspannbare Schaltkreis 118 in Sperrichtung betrieben, wodurch eine unmittelbare
Verbindung vom Knotenpunkt B zum Knotenpunkt C verhindert wird. Gleichzeitig bringt die Rückkopplungsleitung 150 eine wesentlich verschiedene Spannung als
die, welche an die Leitung 114 gelegt ist, zum Verstärker
112. Der Funktionsverstärker wird daher zur Sättigung
getrieben, und seine Ausgangsspannung am Knotenpunkt B fällt auf -5 V ab. Das hat zur Folge, daß die
Diode 152 im Ausgangsumwandler 132 in Vorwärtsrichtung betrieben, wird, wodurch der Umwandler entsperrt
wird.
Während der Zeit zwischen /) und U sind die
Spannungen wie in F i g. 6 gezeigt. Zum Zeitpunkt U ist die Spannung am Knotenpunkt Cauf +5 V abgeklungen,
welcher Wert auch dem negativen Eingang des Verstärkers 112 über die Rückkopplungsleitung 150
zugeführt wird, und die gleiche Spannungsmenge wird über die Eingangsleitung 114 dem positiven Eingang des
Funktionsverstärkers zugeführt. Hierdurch werden die Eingänge des Funktionsverstärkers abgeglichen, so daß
dieser außer Sättigung kommt, seine Ausgang.spannung am Knotenpunkt B auf +5 V zurückspringt und
die Diode 152 im Ausgangsumwandler wieder in der Sperrichtung betrieben wird, wodurch der weitere
Betrieb des Umwandlers verhindert wird. Auf diese Weise wird eine Messung des genauen Zeitpunktes der
Spannungsentladung vom Bezugspegel zum Probenpegel erhalten, der in eine äquivalente Hämoglobinberechnung
für die Probe umgewandelt werden kann.
Was die Schaltungsanordnung des Ausgangsumwandlers und dessen Wirkungsweise betrifft, so wird,
wenn die Diode 152 in Vorwärtsrichtung betrieben wird. Strom von der Basis eines Transistors 154 abgezogen, so
daß dieser nicht leitend wird und seine Kollektorspannung ins Positive geht. Die positive Kollektorspannung
wird der Basis eines Unijunction-Transistors 156 zugeführt, so daß dieser leitend wird und einen Ausgang
an einen Integrator 158 liefert. Der Integrator ist während der Dauer von (u—tj) wirksam und liefert an
seinem Ausgang 160 einen Analogwert des Hämoglobingehaltes zur weiteren Verarbeitung durch eine
geeignete, nicht gezeigte Einrichtung. Ein Transistor 162 ist an seiner Basis mit der Sperrsignalleitung 138
verbunden, um ein unerwünschtes Einschalten des Unijunction-Transistors während der Zeit k zu verhindern.
So früh mach dem Zeitpunkt /4, als mechanisch
durchführbar ist, kann das Bezugsmediun. R wieder
durch die Steuereinrichtung für den Beginn eines weiteren Arbeitszyklus vd?i ta bis u gewählt werden. Es
können die gleichen oder verschiedenen Proben
während jedes Zyklus oder auf einer periodischen oder abwechselnden Basis je nach der Programmierung der
Steuereinrichtung und den Notwendigkeiten des Benutzers analysiert werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Photometrisches Gerät, insbesondere zur Bestimmung des Absorptionsvermögens einer Blutprobe,
mit einem photoelektrischen Meßwertgeber zur Erzeugung eines Meßsignals und eines Referenzsignals
unterschiedlicher Größe, einem Meßwertspeicher in Form eines Kondensators für das
größere Signal, einem mit dem Meßwertspeicher verbindbaren Entladekreis, einer Steuerschaltung
zur Herstellung der Verbindung zwischen Meßwertspeicher und Entladekreis zu einem bestimmten
Zeitpunkt und einer Meßwertvergleichseinrichtung zur Bestimmung der bis zur Entladung des
Meßwertspeichers auf den Pegel des kleineren Signals vergehenden Zeitspanne, dadurch gekennzeichnet,
daß
a) nur ein einziger Meßwertspeicher (12; 128) vorgesehen ist,
b) die Meßwpstvergleichseinrichtung ein an den
Meßwertgeber (10; 110) und den Meßwertspeicher
(12; 128) angeschlossenes und seinen Schaltzustand in Abhängigkeit von der Polarität
der Spannung zwischen diesen Anschlüssen änderndes Schaltelement (44; 118) aufweist, und
c) die Meßwertvergleichseinrichaing eine bistabile
Schaltung (30; 132) enthält, die durch die Steuereinrichtung (20, 26; 136) während der
Erzeugung des kleineren Signals und zum Zeitpunkt der Verbindung des Meßwertspeichers
(12; i2J) mit dem Entladekreis (16; 126) in
einen ersten Schaltzustand und unter der Wirkung einer Änderung des Schaltzustandes
des Schaltelements (44; 118) i-- einen zweiten
Schaltzustand versetzbar ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (36) und ein damit verbundenes
Koinzidenztor, das auch mit der bistabilen Schaltung (30) verbunden ist, wobei bei Koinzidenz
der Eingänge des Koinzidenztores die vom Impulsgenerator abgegebene Impulsreihe durchgelassen
wird.
3. Gerät nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladekreis (16) einen
elektronischen Schalter (50) aufweist, der einen mit einem Bezugspotential verbundenen Ausgang besitzt
(F i g. 2).
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement aus
einem vorspannbaren, elektronischen Schalter (44) besteht, der eingangsseitig mit dem Meßwertgeber
(10) und einer festen Potentialquelle (+V) und ausgangsseitig mit dem Speicherkondensator (46)
und einem Widerstand (48) verbunden ist, während das andere Ende des Widerstandes mit dem
Entladekreis (16) und ein weiterer Ausgang (32) des Schalters (44) mit der bistabilen Schaltung (30)
verbunden ist.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein normalerweise nichtleitender
Transistor (44) ist, der so geschaltet ist, daß er durch das eine Signal leitend wird und durch das
nachfolgend andere Signal gesperrt wird, bis sich der Speicherkondensator (46) über den Widerstand (48)
auf einen Wert entladen hat, welcher unter demjenigen des kleineren zugeführten Signals liegt.
6. Gerat nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement aus einer ersten Diode
(118) besteht und die Zustandsänderung von dem Vorspannzustand dieser Diode abhängt, daß eine
zweite Diode (152) eine Eingangsstufe für die bistabile Schaltung (132) bildet und daß die beiden
Dioden mit Bezug auf ihren Verknüpfungspunkt (B) entgegengesetzt gepolt sind.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertspeicher (128) und der
κι Entladekreis (124) zusammen ein RC-GWcd bilden.
8. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Spannungsverstärker
(112), der zwischen dem Meßwertgeber (110) und dem Schaltelement (118) angeordnet ist.
ι ■-,
9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
einen Rückkopplungsweg (150) für den Spannungsverstärker (112), der mit dem Ausgang des
Schaltelementes (118) und einem Eingang des Spannungsverstärkers verbunden ist.
_>i)
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannungsverstärker (112) ein als symmetrischer Differentialverstärker aufgebauter
Operationsverstärker ist und der Rückkopplungsweg (150) und der Meßwertgeber (UO) mit zwei
j-, gesonderten Eingängen (+ -) des erwähnten
Verstärkers verbunden sind.
11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 6 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (136) einen steuerbaren Schalter (122) betätigt,
«ι der zwischen Entladekreis (126) und Meßwertspeicher(128)
angeordnet ist.
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DE1773227C3 true DE1773227C3 (de) | 1978-04-06 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |