Близката инфрачервена спектроскопия е аналитичен метод, основан на абсорбция of електромагнитно излъчване в обхвата на късовълнова инфрачервена светлина. Той има много приложения в химията, хранителните технологии и медицината. В медицината това е, наред с други неща, образен метод за показване мозък дейност.
Какво е близка инфрачервена спектроскопия?
В медицината, близката инфрачервена спектроскопия е, наред с други неща, образна техника за показване мозък дейност. Близката инфрачервена спектроскопия, също съкратена като NIRS, е клон на инфрачервената спектроскопия (IR спектроскопия). Физически, ИЧ спектроскопията се основава на абсорбция of електромагнитно излъчване чрез възбуждане на вибрационни състояния в молекули и групи атоми. NIRS изследва материали, които поглъщат в честотния диапазон от 4,000 до 13,000 2500 вибрации на см. Това съответства на диапазона на дължината на вълната от 760 до XNUMX nm. В този диапазон вибрациите на вода молекули и функционални групи, като хидроксилна, амино, карбоксилна, както и СН групата, са предимно възбудени. Кога електромагнитно излъчване от този честотен диапазон удря съответните вещества, възбуждането на вибрациите се случва с абсорбция на фотони с характерна честота. След като лъчението премине през пробата или бъде отразено, спектърът на поглъщане се записва. След това този спектър показва абсорбциите под формата на линии при определени дължини на вълната. В комбинация с други аналитични техники, IR спектроскопията и, по-специално, близката инфрачервена спектроскопия могат да предоставят информация за молекулярната структура на изследваните вещества, отваряйки широк спектър от приложения от химически анализ до промишлени и хранителни приложения до медицина.
Функция, ефект и цели
Близката инфрачервена спектроскопия вече се използва в медицината от 30 години. Тук той служи, наред с други неща, като образен метод за определяне на мозък дейност. Освен това може да се използва за измерване на кислород съдържанието на кръв, кръв сила на звука, и притока на кръв в различни тъкани. Процедурата е неинвазивна и безболезнена. Предимството на късовълновата инфрачервена светлина е нейната добра пропускливост на тъканите, което я прави практически предопределена за медицинско приложение. Използвайки близка инфрачервена спектроскопия през черепната капачка, мозъчната активност се определя от измерените динамични промени на кислород съдържание в кръв. Този метод се основава на принципа на невроваскуларно свързване. Невроваскуларното свързване се основава на факта, че промените в мозъчната дейност също означават промени в енергийното търсене и следователно кислород търсене. Всяко увеличаване на мозъчната активност също изисква по-високо концентрация на кислород в кръв, както е определено чрез близка инфрачервена спектроскопия. Кислородно свързващият субстрат в кръвта е хемоглобин. хемоглобин е свързан с протеини пигмент, който се среща в две различни състояния. Има кислород и деоксигениран хемоглобин. Това означава, че е или кислороден, или дезоксигениран. Когато се променя от една форма в друга, цветът му се променя. Това също влияе на пропускането на светлината. Кислородната кръв е по-прозрачна за инфрачервената светлина, отколкото изтощената с кислород кръв. По този начин, когато преминава инфрачервената светлина, могат да се определят разликите в натоварването с кислород. Промените в абсорбционните спектри се изчисляват и предлагат заключения относно моментната мозъчна активност. На тази основа NIRS сега все по-често се използва като образна техника за визуализиране на мозъчната дейност. По този начин, близката инфрачервена спектроскопия позволява и изследване на когнитивните процеси, защото всяка мисъл генерира и по-висока мозъчна активност. Също така е възможно да се локализират областите с повишена активност. Този метод е подходящ и за реализиране на оптичен интерфейс мозък-компютър. Интерфейсът мозък-компютър представлява интерфейс между хората и компютрите. Особено хората с физически увреждания се възползват от тези системи. Например, те могат да предизвикат определени действия чрез компютъра с чиста мисловна сила, като движението на протези. Други приложения на NIRS в медицината включват спешна медицина. Например, устройствата наблюдават подаването на кислород в отделенията за интензивно лечение или след операции, което осигурява бърза реакция в случай на остър недостиг на кислород. Близката инфрачервена спектроскопия също се представя добре в мониторинг нарушения на кръвообращението или оптимизиране на подаването на кислород в мускула по време на тренировка.
Рискове, странични ефекти и опасности
Използването на близка инфрачервена спектроскопия е безпроблемно и не предизвиква странични ефекти. Инфрачервено лъчение е нискоенергийна радиация, която не го прави олово на всяко увреждане на биологично важни вещества. Дори генетичният материал не е атакуван. Излъчването причинява само възбуждане на различните вибрационни състояния на биологичното молекули. Процедурата също е неинвазивна и безболезнена. В комбинация с други функционални методи, като MEG (магнитоенцефалография), fMRI (функционален магнитен резонанс), ДОМАШЕН ЛЮБИМЕЦ (позитронна емисионна томография), или SPECT (еднофотонно излъчване компютърна томография), близката инфрачервена спектроскопия може да изобрази добре мозъчната активност. Освен това, близката инфрачервена спектроскопия има голям потенциал в мониторинг кислород концентрация в критични грижи. Например, проучване в Клиниката по сърдечна хирургия в Любек показва, че хирургичните рискове в сърдечната хирургия могат да бъдат прогнозирани по-надеждно, отколкото при предишните методи, чрез определяне на церебралното насищане с кислород с помощта на NIRS. Близката инфрачервена спектроскопия дава добри резултати и в други приложения за интензивно лечение. Например, той също се използва за наблюдение на критично болни пациенти в отделенията за интензивно лечение, за да се избегне хипоксия. В различни проучвания NIRS се сравнява с конвенционалните методи за мониторинг. Проучванията показват потенциала, но и ограниченията на близката инфрачервена спектроскопия. Техническият напредък в техниката през последните години обаче позволи да се извършват все по-сложни измервания. Това позволява метаболитните процеси, протичащи в биологична тъкан, да бъдат записвани и изобразявани все по-точно. Близката инфрачервена спектроскопия ще играе още по-голяма роля в медицината в бъдеще.
