Vorrichtung zum Sammeln und/oder Detektieren von Streulicht

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine medizintechnische Vorrichtung zum Sammeln bzw. Detektieren von an bzw. in einem Probenkörper rückgestreuten Streulicht, insbesondere im Zuge nichtinvasiver Messungen an lebendem Gewebe. - Insofern meint Probenkörper im Rahmen der Erfindung insbesondere lebendes Gewebe, z.B. einen menschlichen Körper. Nichtinvasive Messung meint zum Beispiel die nichtinvasive Messung der Konzentration von Blutbestandteilen in (zentralen) Blutgefäßen, z.B. Messung der Hämoglobinkonzentration, der Sauerstoffsättigung, des Blutzuckergehaltes oder dergleichen. Dabei wird Licht beispielsweise einer Laser-Lichtquelle in den Probenkörper, z.B. das lebende Gewebe, eingestrahlt und durch Messung und Auswertung des rückgestreuten Streulichtes werden die gesuchten Parameter auf verschiedenste Weise bestimmt. Dazu wird üblicherweise elektromagnetische Strahlung (z.B. Laserstrahlung) aus dem sichtbaren Bereich und dem Infrarotbereich verwendet, da lebendes Gewebe für elektromagnetische Strahlung zwischen etwa 550 nm und 1000 nm weitgehend transparent ist ("biologisches Fenster"). Häufig wird zur Optimierung der Messmethode das rückgestreute Licht unter Einwirkung von Ultraschallstrahlung gemessen.

Aus der DE 103 11 408 B3 kennt man ein derartiges Verfahren zur nichtin- vasiven Messung der Konzentration von Blutbestandteilen durch das Messen von rückgestreutem Licht unter Einwirkung einer Ultraschallstrahlung. Die Ultraschallstrahlung wird auf das Innere eines zentralen Blutgefäßes fokussiert und eine feste Pulslänge und Repetitionszeit für die Ultraschallstrahlung wird vorgegeben. Außerdem werden eine Lichtquelle sowie eine benachbarte Detektions- einheit zum Erfassen des rückgestreuten Lichtes auf der Hautoberfläche über dem Blutgefäß derart positioniert, dass der Abstand zwischen Lichtquelle und

der Mehrheit der Lichtrezeptoren der Detektionseinheit mit der Tiefe des untersuchten Blutgefäßes korrespondiert. Das Zielgewebe wird mit wenigstens zwei diskreten Lichtwellenlängen beleuchtet und das rückgestreute Licht wird gemessen und über die Detektorfläche und eine Vielzahl von Ultraschallpulsen integriert. Aus den ermittelten Werten lässt sich die Konzentration im Blutgefäß unter Berücksichtigung des zum Signal beitragenden Volumens des Ultraschallfokus und der Blutfließgeschwindigkeit berechnen. Als Messvorrichtung wird dabei ein Matrixdetektor eingesetzt, der aus flächig nebeneinander angeordneten, lichtempfindlichen Pixeln besteht, die ein zur Lichtintensität proportiona- les, elektrisches Signal erzeugen. Dieser Matrixdetektor wird auf der Hautoberfläche so angeordnet, dass die dem Einstrahlpunkt benachbarten Austrittsstellen vom Detektor bedeckt sind.

Außerdem kennt man aus der DE 10 2005 034 219 A1 ein Verfahren zur Klassi- fizierung lebenden Gewebes, bei dem ebenfalls rückgestreutes Licht unter Einwirkung von Ultraschallstrahlung gemessen wird. Die insoweit bekannte Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Lichtquellen mit enger spektraler Verteilung, wobei es sich insbesondere um Laserdioden handeln kann. Das Licht wird über Lichtwellenleiter neben eine Ultraschallquelle geführt ist. Die rückgestreu- ten Infrarot-Photonen können wieder in die Lichtwellenleiter eintreten und zu einem Detektor geführt werden. Es kann jedoch auch mit einem flächigen Sen- sorarray als Lichtdetektor gearbeitet werden, welches unmittelbar auf dem zu untersuchenden Gewebe platziert wird.

Die beschriebenen Verfahren haben sich grundsätzlich bewährt, sie sind jedoch insbesondere in vorrichtungsmäßiger Hinsicht weiterentwicklungsfähig. - Hier setzt die Erfindung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Sammeln und/oder Detektieren von an und/oder in einem Probenkörper rückgestreutem

Streulicht der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche sich bei einfachem und kostengünstigem Aufbau durch hohe Effizienz auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung zum Sammeln bzw. Detektieren von an bzw. in einem Probenkörper rückgestreuten Streulicht, insbesondere im Zuge nichtinvasiver Messungen an lebendem Gewebe, bei welcher Licht einer Lichtquelle an einem Einstrahlpunkt in den Probenkörper eingestrahlt wird, gekennzeichnet durch zumindest eine den Einstrahlpunkt umgebende ringförmige Messfläche für das rückgestreute Licht. Der Einstrahlpunkt liegt vorzugsweise zentral innerhalb der ringförmigen Messfläche. Ringförmig meint im Rahmen der Erfindung jede Art von Messfläche, welche den Einstrahlpunkt umgibt, d.h., es kommt im Rahmen der Erfindung insbesondere darauf an, dass der Einstrahlpunkt innerhalb einer Messfläche angeordnet ist bzw. in die Messfläche integriert ist. Besonders bevorzugt ist die ringförmige Messfläche als kreisring- förmige Messfläche mit vorgegebenem Radius ausgebildet. Der (mittlere) Radius einer solchen kreisringförmigen Messfläche entspricht dabei in etwa der Hälfte der Streutiefe und folglich der Hälfte der Tiefe der Streuzentren in dem Probenkörper. Insofern handelt es sich um die Tiefe des zu untersuchenden Gewebebereiches, z.B. eines Blutgefäßes.

Die Erfindung geht dabei von der (bekannten) Erkenntnis aus, dass das rückgestreute Streulicht umso weiter vom Einstrahlpunkt entfernt aus dem Gewebe austritt, je tiefer es im Gewebe gestreut wird. Bei Untersuchung des Probenkörper, z.B. des Gewebes, in einer ganz bestimmten Tiefe wird folglich sta- tistisch betrachtet Streulicht besonders hoher Intensität in einem bestimmten Abstand vom Einstrahlpunkt ermittelt, welcher in etwa der Hälfte der Tiefe des Streuzentrums entspricht. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zunutze und ordnet eine ringförmige und vorzugsweise kreisringförmige Messfläche um den Einstrahlpunkt herum an, wobei der Durchmesser der z.B. kreisringförmi- gen Messfläche vorzugsweise in etwa der Tiefe des zu untersuchenden Bereiches entspricht. Das Licht der Lichtquelle kann vorzugsweise mittels zu-

mindest eines Quellen-Lichtleiters in den Probenkörper eingestrahlt werden, wobei das Austrittsende dieses Quellen-Lichtleiters den Einstrahlpunkt bildet.

In einer ersten Ausführung der Erfindung weist die Vorrichtung zum Sammeln des gestreuten Lichtes eine Vielzahl von Sammel-Lichtleitern auf. Die ringförmige, z.B. kreisringförmige Messfläche wird dabei von den Eintrittsenden der Sammel-Lichtleiter gebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sammelt folglich das für die gewünschte Untersuchung maßgebliche Streulicht mittels einer Vielzahl von Lichtwellenleitern, welche kreisringförmig um den Einstrahlpunkt herum angeordnet werden. Dadurch wird einerseits eine besonders effiziente Messung erreicht, denn das maßgebliche Streulicht wird optimal ausgenutzt. Andererseits lässt diese Anordnung gleichsam eine Detektion zu, so dass Streulicht aus anderen Tiefen unterdrückt wird. Die kreisringförmige Messfläche kann z.B. von einer einzigen "Reihe" von Lichtleiterenden gebildet werden, die folglich auf einer Kreisbahn angeordnet sind. Die Breite der kreisringförmigen Messfläche entspricht dann in etwa der Dicke der Lichtleiter. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, mehrere (konzentrische) Reihen von Lichtleitern zu einer kreisringförmigen Messfläche zu vereinigen, deren Breite dann größer als die Dicke eines einzelnen Lichtleiters ist. Die Dicke der einzelnen Lichtleiter hängt u.a. von dem Anwendungszweck und der verwendeten Lichtwellenlänge ab. Sie kann grundsätzlich zwischen z.B. 2 μm und 800 μm liegen. Die Breite der kreisringförmigen Messfläche ist kleiner als deren (mittlerer) Radius, vorzugsweise kleiner als 2 mm, z.B. kleiner als 1 ,5 mm. Sie beträgt z.B. 0,1 mm bis 2 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 1 ,5 mm, z.B. 0,5 mm bis 1 mm. Sofern die Einstrahlung über einen Quellen-Lichtleiter erfolgt, so ist das Austrittsende dieses Quellen-Lichtleiters vorzugsweise (in im Wesentlichen einer Ebene) zentrisch innerhalb der Eintrittsenden der Sammel-Lichtleiter angeordnet.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung, dem besondere Bedeutung zu- kommt, sind die Sammel-Lichtleiter mit z.B. ihren Eintrittsenden an einem Haltering befestigt. Dieser Haltering kann hohlzylinderförmig oder auch hohlkegel-

förmig ausgebildet sein, wobei hohlkegelförmig insbesondere die Form eines Hohlkegelabschnittes meint. Besonders zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Radius des Halterings und damit der Radius der kreisringförmigen Messfläche variabel und folglich einstellbar ist. Auf diese Weise lässt sich die erfindungsgemäße Sammelvorrichtung ohne großen Aufwand, z.B. während der Untersuchung, individuell an den Einsatzzweck und insbesondere an die Tiefe des zu untersuchenden Gewebes bzw. des zu untersuchenden Blutgefäßes anpassen. Die erfindungsgemäße Sammelvorrichtung kolimiert folglich ganz gezielt in Abhängigkeit von der gewünschten Messtiefe das für die Messung relevante Streulicht. Dazu kann der Haltering aus mehreren verstellbaren, z.B. gegeneinander verschiebbaren Ringsegmenten bestehen, so dass der Haltering gleichsam blendenartig geöffnet und geschlossen werden kann.

Von besonderer Bedeutung ist - wie beschrieben -, dass die Eintrittsenden der Sammel-Lichtleiter eine kreisringförmige Messfläche mit gewünschtem Radius bilden. Um eine einwandfreie Auswertung bei kompaktem Aufbau der Vorrichtung zu ermöglichen, ist es dann zweckmäßig, die Sammel-Lichtleiter mit ihren Austrittsenden zu zumindest einer im Wesentlichen kreisscheibenförmigen Austrittsfläche zusammenzuführen. Der Radius der kreisscheibenförmigen Austritts- fläche ist folglich deutlich geringer als der Radius der kreisringförmigen Messfläche, da die Lichtwellenleiter vorzugsweise zu einem kompakten Lichtwellenleiterbündel zusammengeführt werden, wobei die einzelnen Lichtwellenleiter im Bereich dieses Lichtwellenleiterbündels im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Diese kreisscheibenförmige Austrittsfläche kann als vollständig aus- gefüllte Kreisscheibe mit über die gesamte Fläche gleichmäßig verteilten Lichtwellenleitern ausgebildet sein. Die Austrittsfläche kann jedoch auch einen zentralen lichtwellenleiterfreien Ausschnitt aufweisen. Im übrigen kann die Austrittsfläche auch eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform aufweisen.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn dieser Austrittsfläche zumindest ein optisches Element, z.B. eine Linse, zugeordnet ist, welche das aus der (kreisscheibenförmigen) Austrittsfläche austretende Licht in einen Brennpunkt fokussiert. In diesem Brennpunkt des optischen Elementes, z.B. der Linse, kann nun ein weiterer Lichtwellenleiter positioniert werden, nämlich das Eintrittsende eines Detektor-Lichtleiters, welcher das gesamte gesammelte und gleichsam fokus- sierte Streulicht dann z.B. zu einem Detektor führt. Das bedeutet, dass das Austrittsende des Detektor-Lichtleiters dem Detektor zugeordnet sein kann.

Insgesamt sammelt die erfindungsgemäße Vorrichtung im Rahmen der ersten Ausführungsform das für die Messung relevante Streulicht, welches zunächst auf einer kreisringförmigen Messfläche mit verhältnismäßig großem Radius aus dem Probenkörper austritt und führt dieses Licht mit Hilfe der beschriebenen Lichtwellenleiter und/oder der beschriebenen Linse zusammen, bis es schließ- lieh in einem einzigen Detektor-Lichtleiter oder auch einigen wenigen Detektor- Lichtwellenleitern zu dem Detektor geführt wird.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das Quellenlicht, z.B. das Laserlicht, mit Hilfe zumindest eines Quellen-Lichtleiters zugeführt wird und das schließlich gesammelte und kolimierte Streulicht mit Hilfe zumindest eines Detektor-Lichtleiters in den Bereich des Detektors (bzw. der Detektoren) geführt werden kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als gleichsam autarke Sammelvorrichtung arbeiten. Das bedeutet, dass die vom Benutzer frei positionierbare sondenartige Sammelvorrichtung selbst nicht mit einer Licht- quelle und/oder einem Detektor ausgerüstet sein muss. Diese ermöglicht einen besonders kompakte Aufbau.

Die Erfindung umfasst jedoch aus Ausführungsformen bei welchen die Lichtquelle^), z.B. eine Laserdiode(n), in die Sammelvorrichtung integriert ist. Außerdem umfasst die Erfindung auch Ausführungsformen, bei welchen der Detektor bzw. die Detektoren in die Sammelvorrichtung integriert ist. So kann

der Detektor beispielsweise im Bereich des Fokusses der beschriebenen Sammellinse angeordnet sein. Der Detektor kann auch endseitig an einen Detektor-Lichtwellenleiter angeschlossen sein, welcher in die mobile Sammelvorrichtung integriert ist.

In einer alternativen, zweiten Ausführungsform der Erfindung kann auf die beschriebenen Sammel-Lichtleiter verzichtet werden, wenn unmittelbar auf der Messfläche eine Vielzahl von Detektoren, z.B. Halbleiter-Detektoren, angeordnet sind, welche folglich selbst die Messfläche bilden. Dabei können als Detek- torelemente eine Vielzahl von Einzel-Detektoren, z.B. Foto-Dioden, auf der Messfläche angeordnet sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Detektorelemente von einzelnen Messbereichen bzw. Pixeln eines ringförmigen Flächen-Detektors, z.B. eines ringförmigen Dioden-Arrays gebildet werden. Auch bei dieser zweiten Ausführungsform mit fest angeordneten Detektorele- menten erfolgt eine besonders effiziente Messung, da das in einem Punkt eingestrahlte Licht statistisch mit besonders großer Wahrscheinlichkeit aus einer den Einstrahlpunkt kreisringförmig umgebenden Austrittsfläche aus dem Körper austritt. Sofern in einer fest vorgegebenen Messtiefe gemessen werden soll, besteht die Möglichkeit, die Detektorelemente auf einem fest vorgege- benen Kreisring anzuordnen, so dass der Durchmesser dieses Kreises im Wesentlichen exakt der gewünschten Messtiefe entspricht. Eine solche Vorgehensweise ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn nicht durch weitere Maßnahmen eine Zuordnung erfolgt, aus welcher Tiefe die rückgestreuten Photonen kommen. Sofern eine Spezifizierung des zu messenden Bereiches z.B. mittels Ultraschallstrahlung erfolgt, kann es zweckmäßig sein, wenn nicht lediglich ein einziger Detektorring vorgesehen ist, sondern wenn eine Vielzahl von Detektoren auf einer ringförmigen Messfläche mit verhältnismäßig großer Breite angeordnet sind. In einem solchen Fall ist es auch nicht zwingend erforderlich, die Detektoren auf einem Kreisring anzuordnen, sondern die ring- förmige Messfläche kann dabei auch von einem "quadratischen" Detektorfeld

gebildet werden, welches in der Mitte einen detektorfreien Bereich aufweist, so dass in der Mitte die Einstrahlung erfolgen kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbei- spielen darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch und stark vereinfacht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Sammeln bzw. Detektieren von aus einem Probenkörper rückgestreutem Steulicht,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sammelvorrichtung,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 4a, 4b ausschnittsweise weitere Abwandlungen der Erfindung.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Sammel- und/oder Detektionsvorrich- tung 1 (stark vereinfacht) dargestellt, welche im Bereich eines Probenkörpers 2 angeordnet ist. In den Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Probenkörper um ein Körperteil eines menschlichen Körpers. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 wird z.B. zur Messung des Blutzuckergehaltes des Blutes auf die Hautoberfläche des Körperteils 2 aufgesetzt. Das zu untersuchende Blutgefäß 3, welches sich in vorgegebener Tiefe T unterhalb der Hautoberfläche befindet, ist ebenfalls angedeutet. Für die nichtinvasive Messung, z.B. des Blutzuckergehaltes, wird Laserlicht in den Bereich des Blutgefäßes 3 eingestrahlt. Dazu dient eine lediglich angedeutete Laser-Lichtquelle 4, welche selbst nicht Gegenstand der erfindungsgemäßen Sammelvorrichtung sein muss. Das Licht dieser Laser-Lichtquelle 4 wird mit Hilfe eines Lichtwellenleiters 5 in den Bereich des Einstrahlpunktes 6 auf der Hautoberfläche geführt. Um die gewünschten Parameter, z.B. den Blutzuckergehalt, zu messen, wird die Intensität des rückge-

streuten Streulichtes gemessen. Die Messung kann gegebenenfalls ergänzend mittels Ultraschall-Strahlung durchgeführt werden. Dazu ist eine optional einsetzbare Ultraschallquelle U angedeutet. Im Einzelnen wird dazu beispielhaft auf die bekannten Verfahren gemäß DE 103 11 408 B3 und DE 10 2005 034 219 A1 verwiesen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 macht sich nun die Tatsache zunutze, dass statistisch gesehen das im Bereich des Einstrahlpunktes 6 eingestrahlte Licht derart von dem zu untersuchenden Gewebe, z.B. des Blutgefäßes 3, rückgestreut wird, dass es aus einer im Wesentlichen kreisringförmigen Messfläche 7 aus dem Probenkörper 2 austritt, wobei der Radius R dieser kreisringförmigen Messfläche 7 im Wesentlichen der Hälfte der Streutiefe und folglich der Hälfte der Tiefe T des zu untersuchenden Gewebes, z.B. Blutgefäßes, in dem Probenkörper 2 entspricht.

In der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 weist die erfindungsgemäße Vor- richtung 1 eine Vielzahl von Sammel-Lichtleitern 8 auf, von denen in der Figur lediglich einige wenige angedeutet sind. Diese Sammel-Lichtleiter 8 sind mit ihren Eintrittsenden 8a auf der im Wesentlichen kreisringförmigen Messfläche 7 der Breite B angeordnet. Der Einstrahlpunkt 6 und folglich das Austrittsende 5b des Quellen-Lichtleiters 5 liegt folglich im Kreismittelpunkt dieser kreisringring- förmigen Messfläche 7 und folglich im Mittelpunkt der kreisförmig um dieses Austrittsende 5b angeordneten Eintrittsenden 8a der Sammel-Lichtleiter 8. Die Breite B der ringförmigen Messfläche ist (deutlich) kleiner als der (mittlere) Radius R.

Beispielhaft ist dazu eine "reale" Photonenbahn eines gestreuten Photons dargestellt. Die kurvenförmigen bzw. bananenförmigen statistischen Photonenbahnen sind ebenfalls dargestellt. Es ist erkennbar, dass die aus dem Austrittsende 5b des Quellen-Lichtleiters 5 austretenden Photonen in dem Gewebe (mehrfach) gestreut werden und unter Berücksichtung der Tiefe T des zu unter- suchenden Blutgefäßes 3 statistisch bevorzugt in den Bereich der kreisförmigen Messfläche 7 und folglich in den Bereich der Eintrittsenden 8a der Sammel-

Lichtleiter 8 rückgestreut werden. Die erfindungsgemäße Sammelvorrichtung 1 sammelt folglich die für den Messprozess maßgeblichen Anteile des rückgestreuten Lichtes, so dass eine besonders effiziente bzw. selektive Auswertung möglich ist. Auch wenn auf diese Weise ganz gezielt rückgestreute Photonen aus einem bestimmten Tiefenbereich des Gewebes ermittelt werden, kann es zweckmäßig sein, ergänzend mit z.B. fokussierter Ultraschallstrahlung zu arbeiten, so dass insgesamt eine besonders effektive Messung möglich ist (vgl. DE 103 11 408 B3).

Die Sammel-Lichtleiter 8 können mit ihren Eintrittsenden 8a an einem Haltering 9 befestigt sein bzw. von einem derartigen Haltering 9 gehalten werden. Im Ausführungsbeispiel hat dieser Haltering die Form eines Abschnittes eines Hohlkegels, so dass die Sammel-Lichtleiter 8 kegelförmig bzw. konisch zusammenlaufen.

Um die erfindungsgemäße Sammelvorrichtung gemäß erster Ausführungsform (Fig. 2) problemlos und individuell an verschiedene Gegebenheiten anpassen zu können, ist der Radius R der kreisringförmigen Messfläche erfindungsgemäß einstellbar, indem beispielsweise der Radius des Halterings 9 variabel und folglich einstellbar ist. Dazu kann der Haltering 9 beispielsweise aus mehreren verstellbaren, z.B. ineinander bzw. gegeneinander verschiebbaren Ringsegmenten besteht. Dieses ist in der Figur nicht im Einzelnen dargestellt. Jedenfalls gewährleistet diese Einstellbarkeit die Anpassung der Sammelvorrichtung an verschiedene Messtiefen bzw. Streutiefen T.

Da der Radius im Bereich der Eintrittsenden 8a der Sammel-Lichtleiter 8 je nach Untersuchungstiefe T verhältnismäßig groß sein kann, ist es zweckmäßig, die Sammel-Lichtleiter für die weitere Auswertung zusammenzuführen. Dazu können die Sammel-Lichtleiter 8 mit ihren Austrittsenden 8b zu einer im Wesentlichen kreisscheibenförmigen Austrittsfläche 10 zusammengeführt sein. Diese kreisscheibenförmige Austrittsfläche 10 weist einen deutlich geringeren

Radius auf als die kreisringförmige Messfläche 7. Die Austrittsenden 8b der Sammel-Lichtleiter 8 sind folglich zu einem sehr kompakten Lichtwellenleiterbündel zusammengeführt. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, in diesem Bereich einen verhältnismäßig kompakten Flächendetektor endseitig an das Lichtwellenleiterbündel bzw. deren Austrittsenden 8b zu setzen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist dieser Austrittsfläche 10 jedoch ein optisches Element, nämlich eine lediglich angedeutete Linse 11 zugeordnet, welche als Sammellinse funktioniert und das gesamte aus der Austrittsfläche 10 austretende Streulicht in dem Brennpunkt 12 fokussiert. Dabei kann es sich dabei um eine GRIN-Linse (Gradient Index Linse) handeln. Grundsätzlich besteht nun die Möglichkeit, in diesen Brennpunkt einen verhältnismäßig kleinen Detektor zu setzen, welcher dann das auszuwertende Signal erzeugt. Im Ausführungsbeispiel ist jedoch ein weiterer Lichtleiter, nämlich der Detektor-Licht- leiter 13 vorgesehen, der mit seinem Eintrittsende 13a in dem Bereich des Brennpunktes 12 der Linse 11 angeordnet ist. Dieser Detektor-Lichtleiter 13 ermöglich folglich eine flexible Führung des vollständig gesammelten Streulichtes in den Bereich eines gegebenenfalls extern angeordneten Detektors 14, der ebenfalls lediglich angedeutet ist. Dieser Detektor 14 ist dann beispiels- weise dem Austrittsende 13b des Detektor-Lichtleiters 13 zugeordnet.

Insofern zeigt die Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Lichtquelle 4 und der Detektor 14 selbst nicht Gegenstand der Sammelvorrichtung sind. Vielmehr besteht die Möglichkeit eine flexibel einsetzbare Sammelvorrichtung zu schaffen, welche über den Quellen-Lichtleiter 5 einerseits und den Detektor- Lichtleiter 13 andererseits mit einer (gegebenenfalls stationären) Lichtquelle 4 und/oder einem (gegebenenfalls stationären) Detektor 14 kombiniert werden kann. Die Erfindung umfasst jedoch auch Ausführungsformen, bei welchen Lichtquelle 4 und/oder Detektor 14 andererseits in eine solche Sammelvomch- tung integriert werden, welche dann eine Detektionsvorrichtung bildet. Im übri-

gen ist in der Figur ein Führungsrohr 15 für den Quellen-Lichtleiter 5 angedeutet.

Die Wellenlänge der eingesetzten Laserstrahlung kann z.B. zwischen 650 und 2000 nm liegen. Im Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Laserquelle angedeutet. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, mit mehreren, z.B. zwei oder auch vier Lasern zu arbeiten, die gegebenenfalls unterschiedliche Wellenlänge aufweisen können. Dann kann es zur Optimierung vorteilhaft sein, mit mehreren Detektoren zu arbeiten, die für verschiedene Wellenlängebereiche eingerichtet sind. Häufig ist ausreichend, mit zwei verschiedenen Detektoren zu arbeiten, die dann einen ausreichenden spektralen Bereich abdecken. In einem solchen nicht in den Figuren dargestellten Fall besteht die Möglichkeit, die Sammel- Lichtleiter mit ihren Austrittsenden zu mehreren, z.B. kreisförmigen Austrittsflächen zusammenzufassen, die z.B. nebeneinander angeordnet sein können. Die entsprechenden Eintrittsenden dieser Sammel-Lichtleiter können dann auf der Messfläche gleichsam gemischt bzw. abwechselnd angeordnet sein, während die Austrittsenden dann gleichsam auseinandersortiert sind. Es wird folglich mit mehreren Gruppen von Lichtleitern gearbeitet, wobei jede Gruppe z.B. einem Detektor zugeordnet ist. Im übrigen ist es zweckmäßig, bei mehreren Laserquellen, z.B. Laserdioden, auch mehrere Quellen-Lichtleiter einzusetzen.

Lichtleiter meint im Rahmen der Erfindung Lichtwellenleiter (LWL), z.B. Glasfaser bzw. Glasfaserkabel, die aus Glas oder Kunststoff gefertigt sein können.

Eine alternative zweite Ausführungsform der Erfindung, bei welcher auf die beschriebenen Sammel-Lichtleiter verzichtet wird, ist in Fig. 3 stark vereinfacht dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind eine Vielzahl von Detektorelementen 14a unmittelbar auf der Messfläche 7 angeordnet, d.h. die Detektorelemente 14a selbst bilden die kreisringförmige Messfläche 7. Im Ausführungsbei- spiel handelt es sich um Halbleiter-Detektorelemente, nämlich Foto-Dioden, wobei entweder mit einer Vielzahl einzelner Foto-Dioden oder aber alternativ

mit einem Flächendetektor bzw. einem Dioden-Array gearbeitet werden kann, deren einzelne Detektor-Pixel die einzelnen Detektorelemente bilden. Vorzugsweise wird ein solcher Detektor mit einer Vielzahl von Detektor-Pixeln auf einem einheitlichen Detektor-Chip hergestellt.

Die Ausführungsform mit einer von den Detektoren selbst gebildeten Messfläche ohne Sammellichtleiter kann ebenfalls mit oder ohne zusätzliche Lokalisierung der Messtiefe, z.B. über Ultraschallstrahlung, erfolgen.

Sofern ohne Lokalisierung gearbeitet wird, kann diese Selektion der Tiefe gleichsam über den Radius der Messfläche erfolgen. Es werden folglich nur die aus einer bestimmten Tiefe kommenden Photonen gemessen. Die Detektoren können eine recht große Oberfläche aufweisen und sind möglichst dicht zueinander angeordnet, vorzugsweise auf einer (exakten) Kreisbahn, welche die Messtiefe repräsentiert.

Wird jedoch mit zusätzlicher Lokalisierung der Tiefe, z.B. über modulierte Ultraschallstrahlung gearbeitet, so ist es nicht zwingend erforderlich, dass die einzelnen Detektoren auf einem exakten Kreis liegen.

Die einzelnen Detektorelemente 14a weisen vorzugsweise jeweils jedoch eine verhältnismäßig kleine Messfläche auf, welche vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als 20 μm, vorzugsweise weniger als 10 μm, besonders bevorzugt weniger als 5 μm, aufweist. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die Intensität des Photonenstroms eine Zufallsvariable mit statistischen Eigenschaften ist. Wenn kohärentes Licht ein Medium, z.B. einen Probenkörper, durchläuft, so hat das aus dem Körper austretende Licht ein "gesprenkeltes" Muster, welches als "Speckle" bezeichnet wird. Innerhalb eines solchen "Speckle" ist das Signal kohärent. Die Oberfläche eines typischen "Speckle" beträgt 3 bis 5 μm. Wird das Zielgebiet z.B. mit Ultraschallstrahlung lokalisiert, so sind für die Messung lediglich die mit der Ultraschallstrahlung

modulierten Fraktionen des Lichtes relevant. Die Anzahl der modulierten Speckies ist jedoch sehr gering. Für eine optimale Detektion der modulierten Speckies ist es daher zweckmäßig, wenn im Moment der Messung ein Detektorelement von möglichst wenig Speckies, vorzugsweise lediglich einem Speckle, erreicht wird. Wird mit großen Detektoroberflächen gearbeitet, so gehen aufgrund von Interferenzen die Informationen über die Phase der Ultraschall-Modulation verloren. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, eine Vielzahl sehr kleiner Detektoren parallel zu schalten, wobei der Abstand dieser einzelnen Detektoren vorzugsweise größer ist als die Ausdehnung der Speckies selbst. Dazu wird beispielhaft auf die Fig. 4a und 4b verwiesen, welche zeigen, dass eine Vielzahl von Detektorelementen bzw. Pixeln vorgesehen sind, die eine verhältnismäßig kleine aktive Messfläche aufweisen, wobei der Abstand zwischen den Messflächen bzw. Pixeln vorzugsweise gleich oder größer dem Durchmesser der Messfläche ist.

Im übrigen kann - auch wenn auf Sammel-Lichtleiter verzichtet wird - das Licht mit Hilfe eines Quellen-Lichtleiters eingestrahlt werden, so wie dieses beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist.

In Fig. 3 ist im übrigen angedeutet, dass die Ultraschall-Quelle z.B. in einer separaten Kammer 16 der Vorrichtung angeordnet sein kann. Diese ist vorzugsweise "elektromagnetisch geschützt" bzw. abgeschirmt.