The Поруч інфрачервона спектроскопія - метод аналізу, заснований на поглинанні електромагнітного випромінювання в діапазоні короткохвильового інфрачервоного світла. Він має широкий спектр застосувань у хімії, харчових технологіях та медицині. У медицині це, серед іншого, метод візуалізації для відображення мозкової діяльності.
Що поруч з інфрачервоною спектроскопією?
Близько інфрачервона спектроскопія, також називається NIRS скорочено, - це ділянка інфрачервоної спектроскопії (ІЧ-спектроскопія). Фізично ІЧ-спектроскопія базується на поглинанні електромагнітного випромінювання через збудження коливальних станів в молекулах і групах атомів.
NIRS вивчає матеріали, які поглинають частотний діапазон від 4000 до 13000 коливань на см. Це відповідає діапазону довжин хвиль від 2500 до 760 нм. У цьому діапазоні в основному збуджуються коливання молекул води та функціональних груп, таких як групи гідроксилу, аміно, карбоксилу та СН. Якщо електромагнітне випромінювання в цьому діапазоні частот потрапляє у відповідні речовини, коливання збуджуються при поглинанні фотонів з характерною частотою. Спектр поглинання реєструється після того, як випромінювання пройшло через зразок або відбивається.
Потім цей спектр показує поглинання у вигляді ліній на певній довжині хвилі. У поєднанні з іншими методами аналізу ІЧ-спектроскопія і, зокрема, інфрачервона спектроскопія можуть давати твердження про молекулярну структуру досліджуваних речовин і, таким чином, відкриває широке коло застосувань - від хімічних аналізів до промислових та харчових технологій до медицини.
Функція, ефект та цілі
Близько інфрачервона спектроскопія застосовується в медицині вже 30 років. Тут він використовується, серед іншого, як метод візуалізації для визначення мозкової діяльності. Крім того, його можна використовувати для вимірювання вмісту кисню в крові, обсягу крові та кровотоку в різних тканинах.
Процедура неінвазивна і безболісна. Перевагою короткохвильового інфрачервоного світла є його хороша проникність тканин, завдяки чому він визначений для медичного використання. Використовуючи ближню інфрачервону спектроскопію через черепну черепицю, активність мозку визначається за допомогою вимірюваних динамічних змін вмісту кисню в крові. Ця процедура заснована на принципі нервово-судинної зв'язку. Нейроваскулярна зв'язок заснована на тому, що зміни в діяльності мозку також означають зміни енергетичної потреби, а отже, і потреби в кисні.
Будь-яке підвищення мозкової активності також вимагає більш високої концентрації кисню в крові, що визначається ближньою інфрачервоною спектроскопією. Киснево-зв'язуючим субстратом у крові є гемоглобін. Гемоглобін - це барвник, пов'язаний з білками, який зустрічається у двох різних формах. Існують гемоглобін з киснем і дезоксигенацією. Це означає, що він або не містить кисню або кисню. При переході від однієї форми до іншої змінюється її колір. Це також впливає на пропускання світла. Киснева кров більш проникна для інфрачервоного світла, ніж кров з дефіцитом кисню.
При проходженні інфрачервоного світла можна визначити різниці в навантаженні киснем. Зміни в спектрах поглинання обчислюються і дають інформацію про поточну мозкову діяльність. Виходячи з цього, NIRS зараз все частіше використовується як метод візуалізації для відображення мозкової діяльності. Таким чином, інфрачервона спектроскопія також дозволяє досліджувати когнітивні процеси, оскільки кожна думка також породжує більш високий рівень мозкової діяльності. Також можливо розташувати зони підвищеної активності. Цей спосіб також підходить для реалізації оптичного інтерфейсу мозок-комп'ютер. Інтерфейс мозок-комп'ютер являє собою інтерфейс між людиною та комп’ютерами, зокрема люди з обмеженими фізичними можливостями отримують переваги від цих систем.
Вони можуть використовувати комп’ютер, щоб викликати певні дії, такі як рух протезів, з чистою силою думки. Інші сфери застосування NIRS в медицині стосуються, серед іншого, екстреної медицини. Прилади контролюють подачу кисню у відділення інтенсивної терапії або після операцій. Це забезпечує швидку реакцію в разі гострої нестачі кисню. Близько інфрачервона спектроскопія також корисна для спостереження за порушеннями кровообігу або для оптимізації постачання кисню м'язам під час тренувань.
Ризики, побічні ефекти та небезпеки
Використання ближньої інфрачервоної спектроскопії є безпроблемним і не викликає побічних ефектів. Інфрачервоне випромінювання - це малоенергетичне випромінювання, яке не шкодить біологічно важливим речовинам. Генетичний склад також не піддається атаці. Випромінювання лише стимулює різні коливальні стани біологічних молекул. Процедура також неінвазивна і безболісна.
У поєднанні з іншими функціональними методами, такими як МЕГ (магнітоенцефалографія), fMRI (функціональна магнітно-резонансна томографія), ПЕТ (позитронно-емісійна томографія) або SPECT (однофотонна емісійна комп'ютерна томографія), майже інфрачервона спектроскопія може добре відображати діяльність мозку. Крім того, інфрачервона спектроскопія має великий потенціал для контролю концентрації кисню в медицині інтенсивної терапії. Дослідження в клініці кардіохірургії в Любеку показує, що операційні ризики в кардіохірургії можна прогнозувати більш надійно, визначаючи насичення мозку киснем за допомогою NIRS, ніж при попередніх методах.
Приблизно інфрачервона спектроскопія також дає хороші результати для інших застосувань інтенсивної терапії. Наприклад, він також використовується для спостереження за важкохворими пацієнтами у відділеннях інтенсивної терапії з метою запобігання кисневої недостатності. У різних дослідженнях NIRS порівнюють із звичайними методами моніторингу. Дослідження показують потенціал, але і межі ближньої інфрачервоної спектроскопії.
Однак все більш складні вимірювання можна проводити завдяки технічним розробкам процесу в останні роки. Це дає змогу метаболічні процеси, що відбуваються в біологічній тканині, фіксуватися все краще і краще і графічно представляти їх. Близько інфрачервона спектроскопія відіграватиме ще більшу роль у медицині в майбутньому.
