Spektroskopia blízkej infračervenej oblasti je analytická metóda založená na vstrebávanie of elektromagnetické žiarenie v rozsahu krátkovlnného infračerveného svetla. Má mnoho aplikácií v chémii, potravinárskych technológiách a medicíne. V medicíne je to okrem iného zobrazovacia metóda na predvádzanie mozog aktivitu.
Čo je to blízka infračervená spektroskopia?
V medicíne je blízka infračervená spektroskopia okrem iného zobrazovacou technikou na predvádzanie mozog činnosť. Blízko-infračervená spektroskopia, tiež skrátene NIRS, je odvetvie infračervenej spektroskopie (IR spektroskopia). Fyzikálne je IR spektroskopia založená na vstrebávanie of elektromagnetické žiarenie excitáciou vibračných stavov v molekuly a skupiny atómov. NIRS skúma materiály, ktoré absorbujú vo frekvenčnom rozmedzí od 4,000 13,000 do 2500 760 vibrácií na cm. To zodpovedá rozsahu vlnových dĺžok od XNUMX XNUMX do XNUMX nm. V tomto rozsahu vibrácie voda molekuly a funkčné skupiny, ako je hydroxylová skupina, aminoskupina, karboxylová skupina, ako aj skupina CH, sú hlavne excitované. Kedy elektromagnetické žiarenie tohto frekvenčného rozsahu zasiahne príslušné látky, dôjde k excitácii vibrácií s vstrebávanie fotónov s charakteristickou frekvenciou. Po prechode žiarenia cez vzorku alebo odraze sa zaznamená absorpčné spektrum. Toto spektrum potom ukazuje absorpcie vo forme čiar pri špecifických vlnových dĺžkach. V kombinácii s inými analytickými technikami môže infračervená spektroskopia, a najmä infračervená spektroskopia, poskytnúť informácie o molekulárnej štruktúre skúmaných látok, čo otvára široké spektrum aplikácií od chemickej analýzy cez priemyselné a potravinárske aplikácie až po medicínu.
Funkcia, účinok a ciele
Spektroskopia blízkej infračervenej oblasti sa v medicíne používa už 30 rokov. Tu slúži okrem iného ako zobrazovacia metóda pri určovaní mozog činnosť. Ďalej sa dá použiť na meranie kyslík obsah krv, krv objema prietok krvi v rôznych tkanivách. Postup je neinvazívny a bezbolestný. Výhodou krátkovlnného infračerveného svetla je jeho dobrá priepustnosť pre tkanivá, vďaka čomu je prakticky predurčený na lekárske použitie. Pomocou blízkej infračervenej spektroskopie cez lebku je mozgová aktivita určená nameranými dynamickými zmenami kyslík obsah v krv. Táto metóda je založená na princípe neurovaskulárnej väzby. Neurovaskulárna spojka je založená na skutočnosti, že zmeny v mozgovej aktivite znamenajú aj zmeny v energetickej náročnosti, a teda kyslík dopyt. Akékoľvek zvýšenie mozgovej aktivity si tiež vyžaduje vyššie koncentrácie kyslíka v krv, ako sa stanovilo pomocou blízkej infračervenej spektroskopie. Substrát viažuci kyslík v krvi je hemoglobín. hemoglobín je pigment viazaný na bielkoviny, ktorý sa vyskytuje v dvoch rôznych formách. Tam je okysličená a odkysličená hemoglobín. To znamená, že je buď okysličené alebo odkysličené. Keď sa zmení z jednej formy na druhú, zmení sa jej farba. To tiež ovplyvňuje priepustnosť svetla. Okysličená krv je pre infračervené svetlo priehľadnejšia ako krv ochudobnená o kyslík. Keď teda infračervené svetlo prechádza, je možné určiť rozdiely v zaťažení kyslíkom. Vypočítajú sa zmeny v absorpčnom spektre, ktoré poskytujú závery o okamžitej mozgovej aktivite. Na tomto základe sa NIRS v súčasnosti čoraz viac používa ako zobrazovacia technika na vizualizáciu mozgovej činnosti. Spektroskopia v blízkej infračervenej oblasti teda umožňuje aj štúdium kognitívnych procesov, pretože každá myšlienka tiež generuje vyššiu mozgovú aktivitu. Je tiež možné lokalizovať oblasti so zvýšenou aktivitou. Táto metóda je vhodná aj na realizáciu optického rozhrania mozog - počítač. Rozhranie mozog-počítač predstavuje rozhranie medzi ľuďmi a počítačmi. Z týchto systémov profitujú najmä fyzicky postihnutí ľudia. Napríklad môžu pomocou počítača spustiť určité činnosti pomocou čistej myšlienkovej sily, napríklad pohybom protéz. Medzi ďalšie aplikácie NIRS v medicíne patrí núdzový liek. Napríklad zariadenia monitorujú prívod kyslíka na jednotkách intenzívnej starostlivosti alebo po operáciách. To zaisťuje rýchlu reakciu v prípade akútneho nedostatku kyslíka. Dobre funguje aj spektroskopia blízkej infračervenej oblasti monitoring poruchy obehu alebo optimalizácia prívodu kyslíka do svalu počas cvičenia.
Riziká, vedľajšie účinky a nebezpečenstvá
Používanie blízkej infračervenej spektroskopie je bezproblémové a nemá žiadne vedľajšie účinky. Infra červená radiácia je nízkoenergetické žiarenie, ktoré nie je viesť na akékoľvek poškodenie biologicky dôležitých látok. Ani genetický materiál nie je napadnutý. Žiarenie spôsobuje iba excitáciu rôznych biologických vibračných stavov molekuly. Procedúra je tiež neinvazívna a bezbolestná. V kombinácii s inými funkčnými metódami, ako sú MEG (magnetoencefalografia), fMRI (funkčné magnetická rezonancia), PET (pozitrónová emisná tomografia) alebo SPECT (emisia jedného fotónu počítačová tomografia), blízka infračervená spektroskopia dokáže dobre zobraziť mozgovú aktivitu. Ďalej má blízka infračervená spektroskopia veľký potenciál v monitoring kyslík koncentrácie v kritickej starostlivosti. Napríklad štúdia na Klinike srdcovej chirurgie v Lübecku ukazuje, že chirurgické riziká v srdcovej chirurgii možno predpovedať spoľahlivejšie ako pri predchádzajúcich metódach stanovením saturácie mozgu kyslíkom pomocou NIRS. Spektroskopia blízkej infračervenej oblasti poskytuje dobré výsledky aj v iných aplikáciách intenzívnej starostlivosti. Používa sa napríklad aj na monitorovanie kriticky chorých pacientov na jednotkách intenzívnej starostlivosti s cieľom zabrániť hypoxii. V rôznych štúdiách sa NIRS porovnáva s konvenčnými metódami pre monitoring. Štúdie ukazujú potenciál, ale aj obmedzenia blízkej infračervenej spektroskopie. Technický pokrok v technike za posledné roky však umožnil vykonávať čoraz zložitejšie merania. To umožňuje presnejšie zaznamenávať a zobrazovať metabolické procesy prebiehajúce v biologickom tkanive. Spektroskopia blízkej infračervenej oblasti bude v budúcnosti hrať v medicíne ešte väčšiu úlohu.
