DE1773227C3 - Photometrisches Gerät, insbesondere zur Bestimmung des Absorptionsvermögens einer Blutprobe - Google Patents

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. A_n 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

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 V_s (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

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

_), 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 f_t 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)

Patentansprüche:

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.