DE3103609A1

DE3103609A1 - Einrichtung und verfahren zum untersuchen biologischer materialien

Info

Publication number: DE3103609A1
Application number: DE19813103609
Authority: DE
Inventors: Robert G. Gainesville Fla. Carroll
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc
Current assignee: Energy Conversion Devices Inc
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1981-12-03
Also published as: CA1149631A; AU6675481A; FR2481454A1; GB2068537A; BE887366A; FR2481454B1; JPS56119232A; IT1135280B; GB2068537B; IT8119488A0; AU547510B2

Description

Patentanwälte - .

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller . " .

DipL-Chem. Dr. Gerhard Schupiner

Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger 3 1 O 3 ß Π Q

Luclle-Grahn-Str. 38 - D 8000 München 80 , A es * ' ~ ^{W U} "*

case 552

Energy-Conversion Devices, Inc.
1675 West Maple Road
Troy, Michigan 48084
V.St.A

Einrichtung und Verfahren zum Untersuchen biologischer Materialien

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Einrichtung und Verfahren zum Untersuchen' biologischer Materialien

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur quantitativen Messung der Absorption, der Brechung und der Streuung als eine Funktion der Wellenlänge in biologischem, insbesondere lebendem menschlichem Gewebe unter Anwendung nichtionisierender Strahlung.

Bekannte Verfahren zur Untersuchung von menschlichem Gewebe zum Zweck der Erfassung der darunter befindlichen inneren Struktur verwenden verschiedene Techniken unter Einsatz von Röntgenstrahlen, computergestutzte Axialtomographie mit Röntgenstrahlen, thermographische und Ultraschall-Untersuchungstechniken. Mit Röntgenstrahlen werden zwar gute Abbildungen innerer Körperstrukturen erhalten, es handelt sich dabei jedoch um ionisierende

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Strahlung, die für den Patienten das Risiko der Krebserzeugung in sich schließt. Diese Risiko ist bei der Feststellung von Schädigungen des Brustgewebes von besonderer Bedeutung. Ganz unabhängig von dem mit dem Einsatz von Röntgenstrahlen einhergehenden strahlungsdosimetrischen Risiko ist die Anwendung von Röntgenstrahlung vom Gesichtspunkt der Energienutzung nachteilig. Eine herkömmliche Röntgenröhre besteht aus einer Anoden-Kathoden-Einheit, die in einem evakuierten Glasmantel untergebracht ist. Die Anode ist üblicherweise ein massives Kupferstück, in dem eine kleine Wolfram-Fangelektrode angeordnet ist. Die Kathodeneinheit umfaßt normalerweise einen Wolframdrahtfaden, der in einem flachvertieften Kathodenbecher angeordnet ist. Der erhitzte Wolframfaden bildet die Elektronenquelle, und die Elektronen werden durch Anlegen einer Hochspannung zwischen Anode und Kathode in Richtung zur Anode beschleunigt Selbst im günstigsten Fall beträgt die aktive Strahlungsleistung einer solchen Einheit 1 oder 2 % der gesamten Elektronenenergie. D. h., der größte Teil der Energie geht in der Fangelektrode als Stoßenergie oder Wärme verloren. Zusätzlich zu den vorgenannten Nachteilen von Röntgenverfahren bei der Gewebsuntersuchung sind die ordnungsgemäße Abschirmung und das Richten eines Röntgenstrahls unter Einsatz einer Blende und von Öffnungen erforderlich, damit man entweder eine brauchbare Filmbelichtung oder eine zufriedenstellende Behandlung erzielt.

Beim Einsatz von thermographischen Techniken bei der Untersuchung von menschlichem Gewebe handelt es sich zwar um nichtaggressive Infrarotenergie, es treten dabei aber eine Anzahl Nachteile auf, die diese Technik für die Diagnose, insbesondere im Fall von Gewebsschädigungen der menschlichen Brust, ungeeignet machen. Im allgemeinen

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verläßt man sich bei der Feststellung von Brustgewebsschädigungen nicht ausschließlich auf die Thermographie, sondern zusätzlich wird normalerweise die Mammographie eingesetzt. Ein Grund für den gemeinsamen Einsatz von Röntgenverfahren und Thermographie zum Erfassen von Brustgewebsschädigungen ist das Problem, eine thermographische Maschine hinreichend stabil für quantitative und reproduzierbare Messungen zu halten. Der für die Umwandlung der Infrarot-Strahlungsenergie in eine Anzeige erforderliche hohe Verstärkungsfaktor macht das System sehr anfällig und empfindlich für Systemabweichungen. Eine geringe Empfindlichkeitsabweichung des Detektors hat eine Änderung der Intensität der Anzeige in bezug auf die Temperatur der abgetasteten Oberfläche zur Folge. Ganz abgesehen von diesem Problem muß ferner ein Kühlmittel wie Flüssigstickstoff eingesetzt werden, um die Temperatur des Strahlungsenergie-Detektors innerhalb brauchbarer Temperaturbereiche zu halten. Daher sind beträchtliche Energiemengen erforderlich, um eine Temperatur von -198 C, bei der Stickstoff sich im Flüssigzustand befindet, zu unterhalten. Die Thermographie ist mit dem weiteren Nachteil verbunden, daß kleine Gewebsschädigungen in starkem lebendem Gewebe, z. B. der mensch lichen Brust, damit nicht nachweisbar und lokalisierbar sind. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß derart kleine Objekte nicht genügend Infrarotstrahlung abgeben, um die Infrarotfühlereinheit eines solchen Geräts in die Lage zu versetzen, eine durch derartige kleine Objekte hervorgerufene merkliche Änderung der Gewebetemperatur zu erfassen.

Die Anwendung von Ultraschallmethoden ist durch die Dämpfung und die Wechselwirkung des untersuchten Gewebes mit den Ultraschallwellen begrenzt. Außerdem ergeben sich in Verbindung mit Ultraschall bestimmte biologische Ge-

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fahren, ζ. B. eine Aggregation vonBlutplättchen, die bei Energiepegeln auftritt, die niedriger als wärmebedingte Verletzungen hervorrufende Energiepegel sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung und eines Verfahrens für die nichtaggressive Untersuchung von lebendem menschlichem Gewebe, wobei die mit der Verwendung von Röntgenstrahlen und Ultraschall verbundenen Gefahren beseitigt und die mit thermographischen Diagnoseverfahren verbundenen Probleme überwunden werden.

Die Erfindung richtet sich auf die quantitative Erfassung der Übertragung und Reflexion von sichtbarem und Infrarotlicht, wobei Licht mit unterschiedlichen ausgewählten Wellenlängen durch zu untersuchendes Gewebe gerichtet und die Stärke des übertragenen oder reflektierten Lichts relativ zu der Stärke des ausgesandten Lichts erfaßt wird, wodurch eine Messung des Brechungsindex, der Absorption und der Streuung des Gewebes ermöglicht wird. Die Erfindung nützt die Tatsache aus, daß unterschiedliche Gewebearten wie Fett, Muskel und Tumor in bezug auf ihre Absorptions-, Brechungs- und Streucharakteristika relativ zu sichtbarem und Infrarotlicht stark voneinander abweichen. Der zwischen verschiedenen Geweben bestehende Kontrast kann durch Auswahl der für die Messung verwendeten Wellenlängen verstärkt werden. Information bezüglich der Gewebeart und des Stoffwechselzustands kann dadurch erhalten werden, daß die bei verschiedenen Wellenlängen übertragene oder reflektierte Lichtmenge erfaßt wird und diese Werte mit Normen verglichen werden, die vorher durch direkte Messung in menschlichen Patienten aufgestellt wurden, bei denen anschließend eine Biopsie-Dokumentation der untersuchten Gewebeart erstellt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung

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wird eine Detektoranordnung eingesetzt, um eine differentielle Aufzeichnung des Photonenflusses in dem zentralen Bereich zu erstellen, der dem Abschnitt des Detektors entspricht, der von dem Lichtstrahl maximal beleuchtet wird, wenn kein Gewebe dazwischen angeordnet ist, das als streuendes Medium wirkt; außerdem werden dabei einer oder mehrere konzentrische Ringe aktiver Detektorfläche verwendet, die Lichtempfangen, das in unterschiedlichem Maß von dem zentralen Detektor weg gestreut wurde. Diese Anordnung ermöglicht eine gesonderte Aufzeichnung zentraler und Randzonen, so daß zusätzliche Information bezüglich der Streustärke sowie des Ausmaßes der Brechung und Absorption bei dieser bestimmten Wellenlänge erhalten wird. Information von jedem dieser konzentrischen Detektoren wird gesondert aufgezeichnet und steht für weitere Verarbeitung, z. B. für die Erstellung von Verhältniswerten, zur Verfügung. In seiner einfachsten Form umfaßt dieses Ausführungsbeispiel einen zentralen Detektor mit den Dimensionen des ungestreuten Strahls und einen oder mehrere konzentrische Umfangsdetektoren. Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist eine elektronische Detektoranordnung aus einer Vielzahl Elemente, so daß ein Gewebe-Streuung-Signaturverzeichnis erstellt werden kmn, das für die Durchleuchtung von Wasser, Blut, Fett, Muskel, Brustkrebs, Haut, Kalziumflecke und andere einfache und komplexe Durchleuchtungselemente spezifisch ist. Solche komplexen Gewebe-Signaturen können in einem digitalen oder analogen Speicher gespeichert und mit neu empfangenen Signalen verglichen werden. Änderungen der Streuverhältnisse können als Signal in Abbildungs- und nichtabbildenden Systemen verwendet werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Abtastung der quantitativen Übertragung oder Reflexion von sichtbarem oder Infrarotlicht zum Erzeugen einer Schatten

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anzeige-Abbildung eingesetzt. Dabei wird das vorher erläuterte quantitative Übertragungs- oder Reflexionssystem sequentiell über das untersuchte Gewebe geführt, um punktweise eine Abbildung zu erzeugen. Vorteilhafterweise erfolgt die Abtastung mit herkömmlichen Streifenverfahren unter Einsatz einer Belichtungseinheit, die mechanisch mit der Lichtquelle und einer Detektoreinheit gekuppelt ist. Alternativ kann eine photographische Aufzeichnung erhalten werden, indem die XY-Position des Abtastarms elektronisch mit der XY-Lage des Elektronenstrahls einer Kathodenstrahlröhre gekoppelt wird, in Verbindung mit einer Zeitaufnahme des photographischen Films. Bei einer solchen elektronischen Ausführungsform wird die XY-Lage des Strahls durch die XY-Lage des Abtastkopfs bestimmt, und die Stärke des Elektronenstrahlstroms ist der vom Detektorkopf erfaßten Anzahl Photonen proportional.

In weiterer Ausbildung der Erfindung erfolgt die quantitative Übertragung und Reflexion von sichtbarem und Infrarotlicht bei bestimmten Wellenlängen, um den Unterschied zwischen verschiedenen Gewebsarten hervorzuheben, in Verbindung mit einem Digitalspeicher oder einer Bildspeicherröhre, so daß eine Abbildungsvervielfachung, -division, -addition oder -subtraktion in digitaler Form mit einem Digitalspeicher oder in analoger Form auf einer Bildspeicherröhre durchgeführt werden kann. Die von verschiedenen Wellenlängen getragenen Einzelabbildungen können in einem multispektralen Abbildungsverfahren zur Anzeige gebracht werden, wobei die Anzeige in einer Grauskala-Betriebsart oder als Farbanzeige erfolgen kann, wobei Abbildungsinformation mit einer bestimmten Wellenlänge einer bestimmten Farbröhre in einer Dreistrahl-Farbvideoanzeige zugeordnet wird. Durch multispektrale

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Verarbeitung kann der Unterschied zwischen verschiedenen Geweben oder verschiedenen Gewebebestandteilen oder physiologische Information wie etwa der Oxidationszustand verschiedener Gewebeabschnitte gezeigt und aufgezeichnet werden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird eine computergestützte Rekonstruktion eingesetzt, die auf einer Vielzahl Abbildungen basiert, deren jede von einer anderen Punktlichtquelle bei verschiedener Lichtdurchlässigkeit oder Reflexion erzeugt wurde. Das computergestützte Rekonstruktions- und Verarbeitungsverfahren ist analog dem Verfahren, das in computergestützten Axialtomographie systemen der Art, wie sie heute mit Röntgenstrahlen eingesetzt werden, Anwendung findet. Das untersuchte Gewebe wird von einer Vielzahl Punkten aus beleuchtet, indem Licht oder eine Anordnung von geschalteten Lichtquellen bewegt werden. Das durch die Beleuchtung von jedem Punkt aus gebildete Abbildungsmuster wird von einem geeignen ten Detektor system, ζ. B. dem Infrarot-Vidikon nach Hammamatsu, erfaßt und vor der Speicherung in einem elektronischen Speicher hinsichtlich einer Korrektur auf Feldgleichförmigkeit bearbeitet. Die Abbildungsmuster worden in Verbindung mit den XY-Koordinaten des ursprünglichen Durchleuchtungs-Lichtpunkts gespeichert. Diese Abbildungsmuster werden verarbeitet, indem sie mathematisch rückwärtsprojiziert werden, so daß ein tomographischer Satz von Abbildungen erhalten wird. Ein Vorteil dieses Systems besteht darin, daß die räumliche Beziehung von Objekten in der Tiefe feststellbar ist, und daß die Auflösung viel größer ist und sich ein höherer Photonen-Wirkungsgrad einstellt als bei der Streifenabtastung.

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Die Einrichtung nach der Erfindung umfaßt in ihrer einfachen Ausführungsform eine Lichtquelle, eine Lichterfassungseinheit und eine Signalanzeigeeinheit. In einer komplexeren Ausführungsform umfaßt die Einrichtung eine Lichtquelle, eine Wellenlängen-Wähleinheit, Lichtübertragungsmittel, eine optische Ausrichteinheit, eine Lichtsammeieinheit, eine Lichterfassungseinheit, Signalverstärkungsmittel, Signalvergleichsmittel und eine Signalanzeige. Die Bezeichnung "Licht" bedeutet im Rahmen der Erfindung nichtionisierendes sichtbares und Infrarotlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 400 bis ca. 700 nm bzw. 700 bis ca. 10 nm. Der bevorzugte Wellenlängenbereich beträgt ca. 600 nm im sichtbaren Bereich bis ca. 1400 nm im Infrarotbereich.

Die bei der Erfindung verwendeten Lichtquellen sind eine Quarzhalogenwolframfaden-Projektorlampe, eine Xenonlampe, eine Xenonquecksilberlampe, Leuchtdioden, abstimmbare Laser oder Normallicht. Die verwendete Wellenlängen-Wähleinheit umfaßt vorteilhafterweise optische Dünnschicht-Breitband- oder -Schmalbandfilter mit Peaks zwischen ca. 450 und ca. 1350 nm in Abständen von jeweils 50 nm. Einer oder mehrere Monochromatoren können ebenfalls vorteilhaft verwendet werden. Die Lichtzuführ- oder -übertragungsmittel sind biegsame faseroptische Bündel, starre Lichtleiter oder -rohre, die die interessierenden Wellenlängen übertragen können. Die Detektoreinheit umfaßt Silizium- oder Germaniumphotodioden, Photovervielfacherröhren, Vidikone u. dgl.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Lichtfortpflanzung durch relativ homogenes menschliches Gewebe, wobei der Effekt der Wechselwirkung des Lichts mit einem festen Absorptionskörper im Gewebe veranschaulicht wird und die gezeigten Wellenformen Linien gleicher Leuchtdichte sind;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, wobei

der feste Absorptionskörper in einem größeren Abstand vom Lichteintrittspunkt liegt;

Fig. 3 eine Ansicht von oben bzw. eine Seitenan-

und 4- sieht, wobei Licht an zwei verschiedenen Stellen eintritt zur Erzeugpng von Linien gleicher Leuchtdichte, die in Fig. 3 als Schattenmuster projiziert werden;

Fig. 5 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung;

Fig. 6 eine teilweise weggebrochene Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines Streifenabtastkopfs für die Durchführung der Erfindung;

Fig. 7 eine teilweise geschnittene Explosionsansicht einer Lichtzuführeinheit für die Abstützung einer menschlichen Brust und Lichtübertragung durch diese;

Fig. 8A eine Seitenansicht bzw. eine Ansicht von und 8B oben auf ein Ausführungsbeispiel einer

Einrichtung mit einem Streifenabtastkopf nach Fig. 6 in Verbindung mit einer Kathodenstrahlröhre, aufgebaut für die Untersuchung der menschlichen Brust; und

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Fig. 9A eine Seitenansicht bzw. eine Ansicht von oben und 9B der Lichtzuführeinheit nach Fig. 7, die

in Verbindung mit einem computerunterstützten Axialtomographiegerät zur Untersuchung der menschlichen Brust eingesetzt wird.

Es sei zuerst erwähnt, daß bereits gezeigt wurde, daß biologische Materialien eine vergleichsweise gute Lichtdurchlässigkeit im Infrarotbereich des Spektrums aufweisen, so daß eine ausreichende Photonenübertragung durch untersuchtes menschliches Gewebe möglich ist, um auch in sehr dicken Bereichen Meßwerte zu erhalten. Frans F. Oöbsis schreibt in einem Bericht mit dem Titel "Noninvasive, Infrared Monitoring of Cerebral and Myocardial Oxygen Sufficiency and Circulatory Parameters", veröffentlicht in Science, 23. Dez. 1977, Bd. 198, S. 1264-1267: "The relatively good transparency of biological materials in the near infrared region of the spectrum permits sufficient photon transmission through organs examined for the monitoring of intracellular events." (Die relativ gute Lichtdurchlässigkeit von biologischen Materialien im nahen Infrarotbereich des Spektrums erlaubt eine ausreichende Photonübertragung durch Organe, die im Hinblick auf intrazelluläre Vorkommnisse untersucht werden.) Der 3öbsis-Bericht betraf die Überwachung der Sauerstoffsuffizienz von Gewebe. Durch Anwendung starker Lichtquellen und einer Photoelektronen-Vervielfacherröhre konnte 3öbsis Infrarotlicht nachweisen, das 13 cm des menschlichen Gehirns durch den Schädel und die Kopfhaut eingedrungen war.

Fig. 1 zeigt die Fortpflanzung von sichtbarem Rot- oder Infrarotlicht durch relativ homogenes Gewebe, das stark lichtstreuend ist und ein lichtabsorbierendes Objekt enthält, mit Hilfe von Wellenformen, die als Linien gleicher

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Leuchtdichte bzw. Isoluminanzlinien bezeichnet werden sollen. Licht tritt in das Gewebe 10 bei 12 als schmaler kollimierter monochromatischer Strahl ein. Die Isoluminanzlinie 14a definiert die Umrisse gleicher Leuchtstärke, die durch den Lichteintritt am Punkt 12 erzeugt wurden. Die Isoluminanzlinien 14b und 14c bezeichnen Isoluminanzkonturen in zunehmenden Abständen von dem ursprünglichen Lichteintritt am Punkt 12. Die Isoluminanzlinie 14c bezeichnet die Helligkeitsverteilung nach Wechselwirkung mit einem lichtabsorbierenden Objekt 16, Die Isoluminanzlinie 14e bezeichnet den allmählichen Auffüllvorgang des durch das lichtabsorbierende Objekt geworfenen Schattens infolge der starken Streuung im Gewebe 10. Die Isoluminanzlinie 14f , die einen beträchtlichen Abstand von dem Lichteintrittspunkt 12 und dem lichtabsorbierenden Objekt 16 hat, weist in der Kontur gleicher Leuchtstärke eine flache Vertiefung 18 infolge der Lichtabsorption durch das Objekt 16 auf. Die Mitte der Vertiefung 18a entsteht durch Absorption in dem lichtabsorbierenden Objekt 16 und bezeichnet ein Helligkeitsminimum, während der Rand 18b der Vertiefung ein Helligkeitsmaximum bezeichnet. Mit einem Detektor, z. B. einer Silizium-Photodiode oder einer Silizium-Photodiodenanordnung (nicht gezeigt), der auf der dem Lichteintrittspui.kt 12 entgegengesetzten Seite des Gewebes 10 angeordnet ist und über der Vertiefung 18 in der Isoluminanzlinie 14f liegt, kann die Lichtdurchlässigkeit durch das Gewebe 10, beeinflußt durch das lichtabsorbierende Objekt 16, gemessen werden. Ein Detektor mit ausreichender Größe, so daß er eine gesonderte empfindliche Fläche aufweist, die die Bereiche 18a und 18b der Vertiefung 18 überdeckt, würde ein bedeutungsvolles Verhältnis zwischen der Leuchtstärke bei 18a und 18b erzeugen, um eine Erfassung des Objekts 16 zu ermöglichen.

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Fig. 2 ist der Fig. ähnlich, wobei jedoch der Lichteintrittspunkt 20 in einem größeren Abstand von dem lichtabsorbierenden Objekt 22 liegt. Wie im vorhergehenden Fall erzeugt der Lichteintritt eine Serie von Isoluminanzlinien 24a, 24b, 24c, 24d, 24e und 24f, bevor er mit dem lichtabsorbierenden Objekt 22 in Wechselwirkung tritt. Die Linie 24g bezeichnet die Lichtstärkeverteilung nach der Wechselwirkung mit dem lichtabsorbierenden Objekt 22. Da das lichtabsorbierende Objekt nahe an der Oberfläche des Gewebes 10 liegt, ist die Vertiefung 26 in der Isoluminanzlinie 24h gegenüber der Situation von Fig. 1, bei der das Objekt 16 und die Oberfläche des Gewebes 10 weiter voneinander beabstandet waren, sehr groß. In Fig. 2 besteht ein größerer Unterschied zwischen dem Lichtpegel am Rand 26b der Vertiefung 26 und der Mitte 26a derselben. Die Erfassung des Objekts 22 kann in der in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Weise erfolgen.

Die Fig. 3 und 4 sind eine Seitenansicht bzw* eine Ansicht von oben von Isoluminanzlinien, die in einem Abschnitt von stark lichtstreuendem Gewebe 30 mit zwei verschiedenen lichtabsorbierenden Objekten 32 und 34 erzeugt werden, wenn Licht an zwei Punkten 36 und 38 eingeleitet wird. Die vom Punkt 36 ausgehenden Isoluminanzlinien sind in Strichlinienform gezeigt, und die vom Punkt 38 ausgehenden Isoluminanzlinien sind als Vollinien gezeigt. Die vom Punkt 36 ausgehenden.. Linien 36a, 36b und 36c bilden, wie vorher, eine Vertiefung 40, die wie angegeben bei 32a in Fig. 3 erfaßbar ist. Die Isoluminanzlinien 36a, 36b und 36c breiten sich jedoch auch seitlich in Richtung des Objekts 34 aus und bilden eine Vertiefung 42, die als Schatten des Objekts 34 erfaßbar ist (vgl. 34' in Fig. 3). Ebenso.bilden die vom Punkt 38 ausgehenden Isoluminanz-

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linien 38a, 38b, 38c, 38d und 38e eine erfaßbare Vertiefung 44 infolge der Lichtabsorption durch das Objekt 34·. Der so erzeugte Schatten 34a ist entsprechend Fig. erfaßbar. Wie im Fall der vom Punkt 36 ausgehenden Isoluminanzlinien werden auch die Isoluminanzlinien 38a, 38b, 38c, 38d und 38e, die vom Punkt 38 ausgehen, von dem Objekt 32 abgefangen und absorbiert, so daß eine Vertiefung 46 entsteht, die als Schatten 32' (vgl. Fig. 3) erfaßbar ist. Damit ist es möglich, nicht nur das Vorhandensein von zwei Objekten 32 und 34 im Gewebe 30 zu erfassen, sondern auch durch Rückwärtsprojektion die Bereiche im Gewebe 30, in denen sie liegen, genau zu bestimmen .

Die Einrichtung entsprechend Fig. 5 umfaßt eine Lichtquellen- und Wellenlängenwähl-Einheit 50, die durch ein flexibles Lichtleiterkabel bzw. einen Lichtleiter mit einer Lichtmeßfühlereinheit 54 verbunden ist, die ihrerseits über ein Kabel 56 mit einer digitalen Licht_r meßfühler-Anzeigeeinheit 58 verbunden ist. Die Lichtquellen- und Wellenlängenwähl-Einheit 50 umfaßt ein Gehäuse 50a, in dem eine Infrarotlichtquelle, z. B. eine Quarz-Halogen-Wolfram-Lampe (nicht gezeigt) positoniert ijt. Am Gehäuse 50a ist ein Einstellknopf 50c zum Einstellen der Intensität des von der Lampe abgegebenen Strahls vorgesehen. Eine Filterscheibe .60 ist drehbar mittels einer Welle 50b am Gehäuse 50a befestigt. Vorteilhafterweise umfaßt die Filterscheibe 60 eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten Breitband-Dünns'chicht-Interferenzfiltern 60a, deren jedes zweckmäßigerweise einen anderen Peak hat, und zwar von 450 nm bis 1350 nm in Abständen von jeweils 50 nm, Schmalbandfilter können eingesetzt werden, um weiter zwischen Vorgängen zu unterscheiden, die von der Einrichtung erfaßt wurden. Die Eintrittsfläche 52a des faseroptischen Lichtleiters 52

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wird in ihrer Lage in bezug auf die Lampe und ein ausgewähltes Filter 60a mittels einer Zwinge 62 gehalten, die mit einem an der Unterseite des Gehäuses 50a befestigten Ständer 64 verbunden ist.

Die Lichtmeßfühler-Einheit 54 umfaßt einen kurzen, ortsfesten Endständer 54a und einen langen, ortsfesten Endständer 54b, die in unveränderlichem Abstand voneinander durch zwei Stangen 54c mit glatten Oberflächen und eine Stange 54d mit Außengewinde, die einen Stellknopf 54j aufweist, gehalten sind. Zwischen den Endständern 54a und 54b ist ein beweglicher Ständer 54e angeordnet und durch Drehen des Stellknopfs 54j längs den Stangen 54c und 54d in beiden Richtungen verstellbar. Ein mit einer geeigneten Teilung versehenes Meßorgan 54f ist mit seinen Enden an den ortsfesten Endständern 54a und 54b befestigt Ein Anzeigeorgan 54g ist an dem beweglichen Ständer 54e befestigt und längs den Teilstrichen auf dem Meßorgan 54f verschiebbar, wenn der Ständer 54e bewegt wird. Das Austrittsende des faseroptischen Lichtleiters 52 verläuft durch eine Bohrung im Außenende des beweglichen Ständers 54e und ist in einer Scheibe 66 gesichert. Eine Stellschraube 68 hält das Austrittsende des Lichtleiters 52 in seiner Lage relativ zum Ständer 54e. Der lange ortsfeste Endständer 54b weist einen verstellbaren Kopf 54h auf, der einen Lichtfühler in Form eines Festkörper-Lichtdetektors 70 vom Siliziumphotodioden-Typ trägt. Der Kopf 54h weist eine gerändelte Stellschraube 54i auf, so daß der Lichtdetektor 70 mit dem Austrittsende des faseroptischen Lichtleiters 52 ausgerichtet werden kann. Das Eingabekabel 56 verbindet den Lichtdetektor 70 mit der digitalen Lichtmeßfühler-Anzeigeeinheit 58. Die Einheit 58 weist Wähltasten 58a auf, so daß die Anzeigefaktoren bestimmbar sind, die durch ein über einer Flüssigkristallanzeige 58b angeordnetes Fenster sichtbar sind.

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Bei der Anwendung der Einrichtung nach Fig. 5 wird eine menschliche Brust, die einen fühlbaren Knoten aufweist, zwischen der Scheibe 66 und dem Lichtdetektor 70 leicht zusammengedrückt. Das Meßorgan 54-f zeigt den genauen Abstand zwischen der Austrittsfläche des Lichtleiters 52 und dem Lichtdetektor 70 und damit die Dicke des von dem Licht, das von der im Gehäuse 50a befindlichen Lichtquelle ausgeht, zu durchdringenden Gewebes. Anzeigen werden an der Anzeigeeinheit 58 dadurch erhalten, daß Licht mit verschiedenen Wellenlängen von der Lichtquelle durch den Knoten in der Brust geschickt wird. Unter Anwendung derselben Wellenlängen wird dann Licht von der Lichtquelle durch einen oder mehrere Bereiche der Brust, die von dem Knoten entfernt liegen, gerichtet. Da der Grad der Streuung und Absorption des Lichts bei bestimmten Wellenlängen durch einen krebsartigen Körper weit stärker als derjenige von gutartigen Körpern und gesundem, fetthaltigem Gewebe ist, kann die Art des fühlbaren Knotens in einfacher Weise aus der in der Anzeigeeinheit 58 angezeigten Information festgestellt werden.

Das Ausführungsbeispiel des Streifenabtastkopfs 80 nach F.g. 6 umfaßt einen unteren ortsfesten Teil 80a und einen oberen beweglichen Teil 80b, der in bezug auf den Teil 80a vertikal verstellbar ist. Die Teile 80a und 80b definieren an ihrem einen Ende zwei parallele Platten 82 und 84, zwischen denen eine zu untersuchende menschliche Brust leicht zusammengedrückt wird. Der untere Teil 80a des Abtastkopfs 80 weist ein Gehäuse 80c auf, in dem eine Infrarotlichtquelle, z. B. eine Quarzhalogenleuchte 86 mit einem zugeordneten Reflektor 88 positioniert ist. Eine drehbare Filterscheibe. 90 ist auf einer Welle über der Leuchte 86 und dem Reflektor 88 befestigt. Ebenso wie die Filterscheibe 60 der Einrichtung nach Fig. 5 ist die Filterscheibe 90 so ausgelegt, daß sie eine

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Mehrzahl von optischen Schmal- oder Breitband-Filtern 9Oa_-in AusnehnehSmungen auf ihrem Umfang trägt. Ein Abschnitt der Filterscheibe 90 springt aus einem in *der Rückwand des Abtastkopfs gebildeten Schlitz vor, so daß ein Bediener in einfacher Weise jedes gewünschte Filter 90a für Gewebsuntersuchungen wählen kann. Licht von der Lampe 86 durchsetzt ein ausgewähltes Filter 90a und tritt in die Eintrittsfläche eines flexiblen faseroptischen Bündels 92 ein, das durch eine Befestigung 8Od in seiner Lage am Gehäuse 80c gehalten ist. Das. Austrittsende des optischen Faserbündels 92 ist in einer Kupplung 94a gesichert, die auf dem Oberende eines Ständers 94 angeordnet ist. Die Kupplung 94a ni'mmt ferner die Eintrittsfläche eines starren Lichtrohrs 96 auf, das in einem Ausrichtorgan 98 gleitet und an der Unter- oder Brustanlageseite 84 des einstellbaren oberen"Teils 80b des Abtastkopfs 80 endet. Die Austrittsfläche 96a des Lichtrohrs 96 weist vorteilhafterweise eine verstellbare Apertur (nicht gezeigt) auf, so daß der Durchmesser des das optische Faserbündel 92 und das Lichtrohr 96 durchsetzenden Lichtstrahls an der Austrittsfläche 96a des Lichtrohrs 96 regelbar ist. Unter der Austrittsfläche 96a des Lichtrohrs 96 und dieser gegenüber ist ein Lichtempfänger 100 angeordnet, der eine änderbare Apertur 100a aufweist, um den Durchmesser des in ihn eintretenden Lichtstrahls zu verstellen. Der Lichtempfänger 100 ist bevorzugt eine Silizium-Photodiode und ist auf dem Ende einer Ausrichtwelle 102 befestigt. Die Welle durchsetzt eine Bohrung in einem Ausrichtorgan 104 und ist in einer am Unterende des Ständers 94 angeordneten einstückigen Kupplung 94b aufgenommen. Die Kupplung 94b ist an einer Innennuten aufweisenden Hülse 106 gesichert, die eine Außennuten aufweisende Antriebswelle 108 aufnimmt. Die Antriebswelle 108 wird von einem Motor 104a

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getrieben, der auf dem Ausrichtorgan 104 angeordnet ist, und ist so mit Nuten versehen, daß eine kombinierte Wendel im Uhrzeiger- und im Gegenuhrzeigersinn gebildet ist, so daß bei Beendigung ihrer Bewegung in jeder von beiden Richtungen längs der Antriebswelle 108 die Hülse 106 automatisch ihre Bewegungsrichtung umkehrt. Wenn die Welle 108 umläuft, werden der Ständer 94, das Lichtrohr 96 und der Lichtempfänger 100 gleichzeitig in die gleiche Bewegungsrichtung wie die Ständereinheit 94 bewegt. An jedem Endpunkt der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung werden durch ein Schaltschloß (nicht gezeigt) das Lichtrohr 96, die Welle 102 und die Ausrichtorgane 98 und 104 um einen genauen Betrag auf den Verschiebeführungen 114,116 durch eine Schaltdrehung der Zahnräder 110a an den Zahnstangen 112 bewegt. Jedes Ende der Zahnradwelle 110 trägt ein Zahnrad 110a, die auf den parallel angeordneten Zahnstangen 112 laufen. Somit kann eine zweidimensionale Oberfläche durch die Vor- und Rückwärtssowie seitliche Bewegung der Austrittsfläche 96a des Lichtrohrs 96 und des Lichtempfängers 100 infolge der Bewegung der Antriebswelle 108 und der Zahnradwelle untersucht werden.

Die an der Brust anliegenden Flächen der Platten 82 und 84 uestehen vorteilhafterweise aus einem durchsichtigen Kunststoff, so daß sich die Austrittsfläche 96a des Lichtrohrs 96 und die verstellbare Apertur 100a des Lichtempfängers 100 relativ zu der Brust bewegen können, ohne daß sie in direkten Kontakt damit gelangen.

Die Ausrichtung der beweglichen Elemente des Kopfs 80 wird durch die miteinander fluchtenden parallelen Führungen 114 und 116 aufrechterhalten. Der gesamte obere Teil 80b des Abtastkopfs 80 kann relativ zum unteren Teil 80a vertikal bewegt werden, so daß praktisch jede Brustgröße aufnehmbar ist. Der Ständer 94 und die

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-λ. 3103603 .30·

Welle 110 sind miteinander verkeilt, so daß eine ungehinderte Auf- und Abbewegung von einer Entfernung zwischen ca. 2,5A- cm und 10,16 cm möglich ist. Ein manuell getriebener Zahntreibriemen 120 ist mit Höheneinstellschrauben (nicht gezeigt) an den Ecken des Abtastkopfs 80 verbunden, so daß der Abstand zwischen den durchsichtigen Kunststoffflächen der Platten 82 und 84· in erwünschter Weise einstellbar ist. Eine Welle 122 verbindet den Abtastkopf 80 mit einer Abtastkonsole 130 (vgl. die Fig. 8A und 8B). Ein Kabel 12A-überträgt zwei Gruppen von elektronischen Signalen zu der Abbildungskonsole 132. Eine Gruppe von Signalen betrifft die absolute, vom Lichtempfänger 100 erfaßte Lichtstärke. Die andere Gruppe von Signalen betrifft die absoluten XY-Lagekoordinaten der Austrittsfläche 96a des Lichtrohrs 96 und der verstellbaren Öffnung 100a des Lichtempfängers. Diese Gruppen von elektronischen Signalen dienen der Intensitätsmodulation eines Kathodenstrahls und der Ortssteuerung dieses Strahls. Nach den Fig. 8A und 8B wird die Brust einer Patientin 13A- im dem Abtastkopf 80 zusammengedrückt, der über die Welle 122 mit einem Träger 130a verbunden ist. Ein Bediener 136 steht über eine Tastatur 138 mit der elektronischen Steuerung 14-0 in Verbindung, so daß eine Abbildung und eine alphanumerische Anzeige auf der Kathodenstrahlröhre 142 erzeugt werden. Abbildungen auf einem photographischen Film werden von einer Mehrformat-Abbildungseinheit 1ΑΛ erzeugt.

Fig. 7 zeigt eine Lichtübertragungseinheit mit einem Basisteil 150 und einem Brustauflageteil 152. Das Basisteil 150 trägt eine Lichtquelle, z. B. eine Quarzhalogenlampe (nicht gezeigt), die in einem Reflektor 15A- angeordnet ist. Eine Filterscheibe 156 ist drehbar über dem

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Reflektor 154 angeordnet und weist mehrere optische Filter 156a auf, die konzentrisch um den Scheibenumfang angeordnet sind. Ein Abschnitt des Außenrands der Filterscheibe 156 springt durch einen in der Seitenwand des Basisteils gebildeten Schlitz 150a vor, um das Drehen der Filterscheibe zu ermöglichen. Ein Lichtrohr 158 mit einer Lichteintrittsfläche, die nahe der Filterscheibe 156 und der Lichtquelle gegenüber angeordnet ist, ist in dem Basisteil 150 enthalten. Das Lichtrohr 158 ist verzweigt, so daß zwei Lichtaustrittsflächen 158a und 158b gebildet sind, die von einem Blendenzahnrad 160 verschlossen werden. Das Lichtrohr 158, seine Lichtaustrittsflächen 158a und 158b sowie das Blendenzahnrad 160 laufen um eine Hohlwelle 162 um, die von einem Riemen 164 getrieben wird, der mit einer Antriebsscheibe 166 und einem Motor 168 verbunden ist. Das Brustauflageteil 152 weist eine nach unten verlaufende Stange 152d auf, die in der Hohlwelle 162 des Basisteils 150 aufnehmbar ist. Das Brustauflageteil 152 ist so geformt, daß ein Patient in komfortabler Position untersucht werden kann. Die Oberseite 152a des Brustauflageteils 152 weist eine Mehrzahl von gleichbeabstandeten Lichtpunktöffnungen 152b au^c, die in ihr ausgebildet sind. Oede der Öffnungen 152b ist mit den Lichtaustrittsflächen 170a einer gleichen Anzahl von faseroptischen Lichtzuführbündeln 170 ausgerichtet. Die Lichteintrittsflächen 170b sind nahe beabstandeten Reihen von Öffnungen 152c in der Unterseite des Brustauflageteils 152 geformt. Beim Betrieb werden die Lichtaustrittsflächen 158a und 158b des Lichtrohrs 158 sowie das Blendenzahnrad 170 derart, gedreht, daß die äußeren und inneren Reihen von Öffnungen 152c und ihre zugehörigen Lichteintrittsflächen 170b der optischen Faserbündel 170 sequentiell adressiert werden. Ein Taktsignal vom Motor 168 wird einer computerunterstützten Axialtomographie-Einrichtung 180 (vgl. die Fig. 9A und 9B) zugeführt.

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Nach den Fig. 9A und 9ß ist die linke Brust einer sitzenden Patientin zwischen der Oberfläche 152a des Brustauflageteils 152 und einem Lichtausschlußkegel 18A- zusammengedrückt. Die computerunterstützte Axialtomographie-Einrichtung, die schematisch angedeutet ist, umfaßt einen Bildempfänger, der eine computerkompatible Fernsehkamera 186 aufweist. Ein Doch 188 unterhalt die optische Ausrichtung. Eine Welle 190 erlaubt ein Drehen um die Achse, und eine Vertikalbewegung ist längs einem Halteständer 192 möglich. Ein Bediener 194 betätigt eine Tastatur 196, die mit dem Computer verbunden ist, sowie zur Anzeige von Abbildungen und alphanumerischer Information auf einer Kathodenstrahlröhre. Das Computer system 200 besteht aus mehreren Bausteinen, mit einem Analog-Digital-Videoumsetzer 202, einer Kamera-Computer-Schnittstelle 204, und einer Rahmenspeichereinheit 206. Die Rahmen 208 werden von einem Einheitlichkeits-Verbindungsbaustein 210 gehandhabt und zum Rahmenspeicher 212 weitergeleitet. Wenn die Abbildungsfamilie, die auf die Lichtpunkte von den Austrittsflächen 170a des Brustauflageteils 152 codiert ist, fertiggestellt ist, werden diese Rahmen von einem Bildrekonstruktions-Algorithmus 214 bearbeitet, so daß eine computerrekonstruierte rückwärtsprojektierte Abbildung erzeugt wird. Diese Abbildung wird auf einer Fernsehbildanzeige 216 zur Anzeige gebracht und gleichzeitig auf einem Videoschirm mit hoher Auflösung einer Multiformat-Filmbildeinheit 218 zur Anzeige gebracht, der ähnlich wie bei herkömmlichen Mammogrammen Dias der Brust auf dem Brustauflageteil 152 erzeugt.

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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ihre Anwendung bei der Erfassung von Schädigungen der menschlichen Brust erläutert; sie kann natürlich auch dazu eingesetzt werden, die sich ändernde optische Absorption und die Streucharakteristika von Licht in den Lungen und anderem zugänglichem Gewebe zu bestimmen und Lunge , Gehirn und andere Körperteile abzubilden.

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Claims

Patentansprüche

1.1 Einrichtung zum Untersuchen biologischer Materialien, gekennzeichnet durch

- eine nichtionisierende elektromagnetische Strahlungsquelle ;

- eine Einheit zum Beaufschlagen eines zu untersuchenden biologischen Materials mit der Strahlung von der Strahlungsquelle; und

- eine Einheit (70) zum quantitativen Erfassen der Strahlungsabsorptions- und -streucharakteristika des biologischen Materials.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Erfassungseinheit einen Detektor (100) mit verstellbarer Apertur aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Erfassungseinheit eine Mehrzahl von unabhängig voneinander konzentrisch angeordneten Detektoren oder eine Detektoranordnung aufweist.

k. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die nichtionisierende elektromagnetische Strahlung sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von ca. 4-00 bis ca. 700 nm oder Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von ca. 700 bis ca. 1*10 nm ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die nichtionisierende elektromagnetische Strahlungsquelle eine Quarzhalogen-Wolframfadenlampe, eine Xenonbogenlampe oder eine Xenonquecksilber lampe ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die nichtionisierende elektromagnetische Strahlungsquelle eine Leuchtdiode ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die nichtionisierende elektromagnetische Strahlungsquelle ein abstimmbarer Laserstrahl ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und dem untersuchten biologischen Material eine Wellenlängen-Wähleinheit (50) vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Wellenlängen-Wähleinheit (50) wenigstens zwei optische Dünnschicht-Bandpaßfilter (60a) umfaßt.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Wellenlängen-Wähleinheit wenigstens einen Monochromator umfaßt.

11. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Filter Breitband-Üünnschicht-Interferenzfilter mit Peaks im Bereich von ca. 4-50 nm bis ca. 1350 nm in Abständen von jeweils 50 nm sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Filter (60a; 90a; 156a) auf einer drehbaren Scheibe (60; 90; 156) angeordnet sind, die der elektromagnetischen Strahlungsquelle benachbart positioniert ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Strahlungsübertragungsorgan vorgesehen ist, das elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle auf einer vorbestimmten Bahn zu dem biologischen Material überträgt.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Strahlungsübertragungsorgan ein biegsames faseroptisches Lichtleiterbündel (52; 92; 170) ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Strahlungsübertragungsorgan ein starres Lichtleiterrohr (96) umfaßt.

16. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Erfassungseinheit eine Photonenauffangeinheit ist.

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17. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Photonenauffangeinheit eine Silizium- oder Germaniumphotodiode oder eine Anordnung von Siliziumoder Germaniumphotodioden ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Erfassungseinheit eine Photovervielfacherröhre ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Erfassungseinheit eine Fernsehkamera für die Erfassung von Infrarotlicht ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,

- daß als Erfassungseinheit eine elektronische Farbfernsehkamera einsetzbar ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Erfassungseinheit ein Videoplatten- oder Computerplattenspeicher ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Erfassungseinheit eine Bildspeicherröhre umfaßt

23. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Erfassungseinheit eine computergestützte Axialtomographievorrichtung zur Bildung einer tomographischen Abbildung des untersuchten biologischen Materials umfaßt.

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24·. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das untersuchte biologische Material zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Erfassungseinheit positioniert ist, und

- daß die elektromagnetische Strahlungsquelle und die Erfassungseinheit durch eine Streifenabtastvorrichtung relativ zu dem untersuchten Material verschiebbar sind .

25. Einrichtung zum Untersuchen von lebendem menschlichem Gewebe,

gekennzeichnet durch

- eine Lichtquelle, die sichtbares Licht mit einer Wellenlänge in der Größenordnung von 4-00-700 nm oder Infrarotlicht mit einer Wellenlänge in der Größenordnung von 700-1.10⁶ nm abgibt;

- eine Wellenlängen-Wähleinheit (50), durch die Licht von der Lichtquelle selektiv leitbar ist;

- eine Lichtzuführeinheit (52) mit einer Lichteintrittsfläche (52a), die angrenzend an die Wellenlängen-Wähleinheit (50) positioniert ist, und einer Lichtaustrittsfläche, die nahe dem untersuchten menschlichen Gewebe positioniert ist; und

- eine Lichterfassungseinheit (100), die auf der Seite des Gewebes positioniert ist, die der Seite, auf der. die Lichtaustrittsfläche der Lichtzuführeinheit (52) liegt, gegenüberliegt.

26. Einrichtung nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichterfassungseinheit auf derselben Seite des Gewebes positioniert ist, auf der die Lichtaustrittsfläche der Lichtzuführeinheit positioniert ist.

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27. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichtquelle eine Quarzhalogenwolframfadenlampe, eine Xenonlampe oder eine Xenonquecksilber lampe ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß das menschliche Gewebe eine weibliche Brust ist.

29. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Wellenlängen-Wähleinheit wenigstens zwei optische Bandpaßfilter (60a) umfaßt.

30. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Wellenlängen-Wähleinheit wenigstens einen Monochromator aufweist.

31. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichtzuführeinheit ein biegsames faseroptisches Bündel (52) umfaßt.

32. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichtzuführeinheit ein starres Lichtleiterrohr (96) umfaßt.

33. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichterfassungseinheit eine Silizium- oder Germaniumphotodiode oder eine Anordnung von Siliziumoder Germaniumphotodioden umfaßt.

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3*f. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichterfassungseinheit ein Infrarot-Bleisulf idvidikon ist.

35. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichterfassungseinheit eine Videoplatte, eine Computerplatte oder eine Bildspeicherröhre ist

36. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichterfassungseinheit eine Photovervielfacherröhre ist.

37. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß für die Lichterfassungseinheit ein Signalverstärker vorgesehen ist.

38. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

- daß für die Lichterfassungseinheit eine Signalanzeigevorrichtung (58) vorgesehen ist.

39. Einrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Signalanzeigevorrichtung einem Streifenabtaster (80) zugeordnet ist.

4-0. Einrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Signalanzeigevorrichtung einer computergestützten Axialtomographie-Abbildungseinheit (180) zugeordnet ist.

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41. Einrichtung zum Erfassen und Lokalisieren von Schädigungen des menschlichen Brustgewebes, gekennzeichnet durch

- eine Lichtquelle (86) für sichtbares Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 4-00-700 nm oder für Infrarotlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 700-1400 nm,

- eine drehbare Scheibe (90), auf der eine Mehrzahl Dünnschicht-Breitband-Interferenzfilter (90a) mit Peaks im Bereich von 450-1350 nm in Abständen von jeweils 50 nm angeordnet sind,

- wobei die Scheibe (90) relativ zu der Lichtquelle (86) so angeordnet ist, daß jedes ausgewählte Filter (90a) auf der Scheibe (90) von der Lichtquelle (86) ausgehendes Licht auffangen kann;

- ein biegsames faseroptisches Lichtleiterbündel (92), dessen Lichteintrittsfläche so positioniert ist, daß sie das jedes ausgewählte Filter (90a) durchsetzende Licht empfängt, und dessen Lichtaustrittsfläche gefiltertes Licht von der Lichtquelle (86) auf eine zu untersuchende Brust richtet;

- verstellbare Brustanlage-Elemente (82, 84)

- mit miteinander ausgerichteten Lichtricht- und Lichtsammel-Elementen; und

- eine Lichterfassungseinheit (100), die mit dem Lichtsammeleiement verbunden ist zur Erzeugung einer Anzeige der Lichtabsorptions- und Lichtstreucharakteristik-Differenzen des von dem Licht durchsetzten Brustbereichs,

42. Einrichtung nach Anspruch 41,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichterfassungseinheit ein Photodetektor (100) mit einer verstellbaren Apertur (100a), konzentrisch angeordnete, voneinander unabhängige Detektoren oder eine Detektoranordnung aufweist.

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43. Einrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichtquelle eine Quarzhalogenwolframfadenlampe, eine Xenonlampe oder eine Xenonquecksilber lampe ist.

44. Einrichtung nach Anspruch A-I, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Lichtsammeielement eine Silizium- oder Germaniumphotodiode ist.

45. Einrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichterfassungseinheit eine digitale Lichtmeßfühler-Anzeigeeinheit (58) mit einer Flüssigkristallanzeige ist.

46. Einrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichterfassungseinheit eine Photovervielfacherröhre oder eine Fernsehkameraröhre ist.

47. Einrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lichterfassungseinheit mit einem Streifenschreiber gekoppelt ist zur Erzeugung einer bleibenden Aufzeichnung der Absorptions- und Streucharakteristika des Brustgewebes.

48. Verfahren zum Untersuchen biologischer Materialien, gekennzeichnet durch

- Vorsehen einer nichtionisierenden elektromagnetischen Strahlungsquelle,

- Richten der Strahlung auf einen vorbestimmten Punkt oder mehrere vorbestimmte Punkte eines zu untersuchenden biologischen Materials,

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- quantitatives Erfassen der Strahlungsabsorptionsund -streucharakteristika des zu untersuchenden Materials durch Messen der das Material durchsetzenden und/oder von ihm reflektierten Strahlung.

49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet,

- daß die verwendete nichtionisierende elektromagnetische Strahlung sichtbares Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 400 bis ca. 700 nm oder Infrarotlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. bis ca. 1·10 nm ist.

50. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet,

- daß die elektromagnetische Strahlung durch eine Wellenlängen-Wähleinheit geleitet wird, bevor sie auf ein biologisches Material gerichtet wird.

51. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet,

- daß die elektromagnetische Strahlung durch eine begrenzte Öffnung auf das biologische Material gerichtet wird, wodurch die Strahlung zu einer Punktlichtquelle verkleinert wird.

52. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet,

- daß das biologische Material eine menschliche Brust ist, die während der Untersuchung in zusammengedrückter Lage gehalten wird.

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• AA-

53. Verfahren nach Anspruch 52,

wobei die menschliche Brust eine fühlbare Wucherung

dadurch gekennzeichnet,

- daß die elektromagnetische Strahlung auf die Brust durch eine begrenzte Öffnung auf das ungefähre Zentrum der Wucherung gerichtet wird.

54. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet,

- daß für die quantitative Erfassung von das biologische Material durchsetzende Strahlung eine Photonenauf fangeinheit vorgesehen ist,

- die mit einer Elektronik zum Erzeugen eines auslesbaren Bildmusters entsprechend den Strahlungsabsorptions- und -streucharakteristika des biologischen Materials verbunden ist.

55. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet,

- daß das biologische Material an einer von der elektromagnetischen Strahlungsquelle entfernten Stelle positioniert wird, und

- ^Haß die Strahlung durch biegsame Lichtübertragungsmittel auf den oder die zu beaufschlagenden Punkte des biologischen Materials geleitet wird.

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