A közeli infravörös spektroszkópia analitikai módszer, amely a abszorpció of elektromágneses sugárzás a rövid hullámú infravörös fény tartományában. Számos alkalmazási területe van a kémia, az élelmiszer-technológia és az orvostudomány területén. Az orvostudományban ez egyebek mellett képalkotó módszer a bemutatásra agy aktivitást.
Mi a közeli infravörös spektroszkópia?
Az orvostudományban a közeli infravörös spektroszkópia egyebek mellett a megjelenítés képalkotó technikája agy tevékenység. A közeli infravörös spektroszkópia, rövidítve NIRS néven is, az infravörös spektroszkópia (IR spektroszkópia) egyik ága. Fizikailag az IR spektroszkópia a abszorpció of elektromágneses sugárzás rezgési állapotainak gerjesztésével molekulák és atomcsoportok. A NIRS azokat az anyagokat vizsgálja, amelyek cm-enként 4,000–13,000 2500 rezgést elnyelnek. Ez megfelel a 760 és XNUMX nm közötti hullámhossz-tartománynak. Ebben a tartományban a víz molekulák és a funkcionális csoportok, mint például a hidroxil-, amino-, karboxil-, valamint a CH-csoport, főleg gerjesztődnek. Mikor elektromágneses sugárzás ennek a frekvenciatartománynak eléri a megfelelő anyagokat, akkor a rezgések gerjesztése történik abszorpció jellegzetes frekvenciájú fotonok. Miután a sugárzás áthaladt a mintán vagy visszaverődött, az abszorpciós spektrumot rögzítik. Ez a spektrum ezután az abszorpciókat vonalak formájában mutatja, meghatározott hullámhosszakon. Más analitikai technikákkal kombinálva az infravörös spektroszkópia és különösen a közeli infravörös spektroszkópia információkat nyújthat a vizsgált anyagok molekulaszerkezetéről, széles körű alkalmazási lehetőséget nyitva meg a kémiai elemzéstől az ipari és élelmiszeripari alkalmazásokon át az orvostudományig.
Funkció, hatás és célok
A közeli infravörös spektroszkópiát már 30 éve használják az orvostudományban. Itt többek között képalkotó módszerként szolgál a agy tevékenység. Ezenkívül felhasználható a oxigén tartalma vér, vér kötet, és a véráramlás a különböző szövetekben. Az eljárás nem invazív és fájdalommentes. A rövid hullámú infravörös fény előnye a szövetek jó áteresztőképessége, így gyakorlatilag előre meghatározott orvosi alkalmazásra. Közel-infravörös spektroszkópia segítségével a koponyacsonton keresztül az agy aktivitását a mért dinamikus változások határozzák meg oxigén tartalom a vér. Ez a módszer a neurovaszkuláris kapcsolás elvén alapszik. A neurovaszkuláris kapcsolás azon a tényen alapul, hogy az agyi aktivitás változása az energiaigény változását is jelenti, ezért oxigén igény. Az agyi aktivitás növekedése szintén magasabb értéket igényel koncentráció oxigén a vér, közeli infravörös spektroszkópiával meghatározva. A vér oxigénkötő szubsztrátja hemoglobin. Hemoglobin egy fehérjéhez kötött pigment, amely két különböző állapotformában fordul elő. Van oxigénes és oxigénmentes hemoglobin. Ez azt jelenti, hogy oxigénnel vagy dezoxigénnel van ellátva. Amikor egyik formáról a másikra változik, a színe megváltozik. Ez a fényáteresztést is befolyásolja. Az oxigénnel telített vér átlátszóbb az infravörös fénytől, mint az oxigénhiányos vér. Így amikor az infravörös fény áthalad, meghatározhatók az oxigénterhelés különbségei. Az abszorpciós spektrum változásai kiszámításra kerülnek, és következtetéseket vonnak le a pillanatnyi agyi aktivitásról. Ennek alapján a NIRS-t ma már egyre inkább képalkotó technikaként használják az agyi tevékenység vizualizálására. Így a közeli infravörös spektroszkópia lehetővé teszi a kognitív folyamatok tanulmányozását is, mert minden gondolat magasabb agytevékenységet is generál. A fokozott aktivitás területeinek lokalizálása is lehetséges. Ez a módszer egy optikai agy-számítógép interfész megvalósítására is alkalmas. Az agy-számítógép interfész interfészt jelent az emberek és a számítógépek között. Különösen a fizikai fogyatékkal élő emberek profitálnak ezekből a rendszerekből. Például tiszta cselekvési erővel kiválthatnak bizonyos műveleteket a számítógépen keresztül, például a protézisek mozgását. A NIRS egyéb alkalmazásai a gyógyászatban sürgősségi gyógyszer. Például az eszközök figyelik az oxigénellátást az intenzív osztályokban vagy a műtétek után. Ez biztosítja a gyors reagálást akut oxigénhiány esetén. A közeli infravörös spektroszkópia szintén jól teljesít ellenőrzés keringési rendellenességek vagy edzés közben az izom oxigénellátásának optimalizálása.
Kockázatok, mellékhatások és veszélyek
A közeli infravörös spektroszkópia problémamentes és nem okoz mellékhatásokat. Infravörös sugárzás alacsony energiájú sugárzás, amely nem vezet a biológiailag fontos anyagok bármilyen károsodásának. Még a genetikai anyagot sem támadják meg. A sugárzás csak a biológiai különféle rezgési állapotok gerjesztését okozza molekulák. Az eljárás szintén nem invazív és fájdalommentes. Más funkcionális módszerekkel kombinálva, mint például a MEG (magnetoencefalográfia), az fMRI (funkcionális mágneses rezonancia képalkotás), HÁZI KEDVENC (pozitron emissziós tomográfia), vagy SPECT (egyetlen foton emisszió számítógépes tomográfia), a közeli infravörös spektroszkópia jól képes képet alkotni az agytevékenységről. Ezenkívül a közeli infravörös spektroszkópia nagy potenciállal rendelkezik ellenőrzés oxigén koncentráció kritikus gondozásban. Például a lübecki szívsebészeti klinikán végzett tanulmány azt mutatja, hogy a szívsebészeti műtéti kockázatok megbízhatóbban megjósolhatók, mint a korábbi módszerekkel, az agyi oxigéntelítettség NIRS segítségével történő meghatározásával. A közeli infravörös spektroszkópia más intenzív terápiás alkalmazásokban is jó eredményeket hoz. Például az intenzív osztályon lévő kritikus betegek megfigyelésére is használják a hipoxia elkerülése érdekében. Különböző vizsgálatokban a NIRS-t összehasonlítják a ellenőrzés. A tanulmányok bemutatják a közeli infravörös spektroszkópia lehetőségeit, de korlátjait is. Az utóbbi évek technikai fejleményei azonban lehetővé tették az egyre összetettebb mérések elvégzését. Ez lehetővé teszi a biológiai szövetben lejátszódó anyagcsere-folyamatok pontosabb rögzítését és képalkotását. A közeli infravörös spektroszkópia a jövőben még nagyobb szerepet játszik az orvostudományban.
