Близо до инфрачервена спектроскопия

Най- Близо до инфрачервена спектроскопия е метод за анализ, основан на поглъщането на електромагнитното излъчване в обхвата на кратковълнова инфрачервена светлина. Той има широк спектър от приложения в химията, хранителните технологии и медицината. В медицината това е, наред с други неща, образен метод за показване на мозъчната активност.

Какво е близо до инфрачервената спектроскопия?

Близо инфрачервена спектроскопия, наричана още НИРС съкратено, е подзона на инфрачервена спектроскопия (IR спектроскопия). Физически ИЧ спектроскопията се основава на абсорбцията на електромагнитно излъчване чрез възбуждане на състояния на трептене в молекули и групи от атоми.

NIRS изследва материали, които абсорбират в честотен диапазон от 4 000 до 13 000 вибрации на cm. Това съответства на диапазона на дължината на вълната от 2500 до 760 nm. В този диапазон се възбуждат главно вибрации на водни молекули и функционални групи като хидроксилни, амино, карбоксилни и СН групи. Ако електромагнитното излъчване в този честотен диапазон удари съответните вещества, вибрациите се възбуждат с абсорбция на фотони с характерна честота. Абсорбционният спектър се записва след като лъчението е преминало през пробата или е отразено.

След това този спектър показва абсорбциите под формата на линии при определени дължини на вълната. В комбинация с други методи за анализ, инфрачервената спектроскопия и по-специално близката инфрачервена спектроскопия може да направи изявления за молекулната структура на изследваните вещества и по този начин отваря широк спектър от приложения, от химични анализи до приложения на индустриални и хранителни технологии до медицина.

Функция, ефект и цели

Близо инфрачервената спектроскопия се използва в медицината от 30 години. Тук той се използва, наред с други неща, като образен метод за определяне на мозъчната активност. В допълнение, може да се използва за измерване на съдържанието на кислород в кръвта, обема на кръвта и притока на кръв в различни тъкани.

Процедурата е неинвазивна и безболезнена. Предимството на инфрачервената светлина на късите вълни е добрата пропускливост на тъканите, така че да е предопределена за медицинска употреба. Използвайки близо инфрачервена спектроскопия през черепната капачка, мозъчната активност се определя чрез измерените динамични промени в съдържанието на кислород в кръвта. Тази процедура се основава на принципа на невро-съдовото свързване. Невро-съдовото свързване се основава на факта, че промените в мозъчната активност също означават промени в енергийната нужда, а оттам и на кислородните нужди.

Всяко увеличение на мозъчната активност също изисква по-висока концентрация на кислород в кръвта, което се определя чрез близко инфрачервена спектроскопия. Кислород-свързващият субстрат в кръвта е хемоглобин. Хемоглобинът е свързан с протеини оцветител, който се среща в две различни форми. Има оксигениран и дезоксигениран хемоглобин. Това означава, че е или без кислород или без кислород. При преминаване от една форма в друга цветът му се променя. Това се отразява и на пропускането на светлина. Кислородната кръв е по-пропусклива за инфрачервена светлина, отколкото кръвта с недостиг на кислород.

Когато инфрачервената светлина преминава през, разликите в натоварването с кислород могат да бъдат определени. Промените в спектрите на абсорбция се изчисляват и предоставят информация за текущата мозъчна активност. На тази основа NIRS сега все повече се използва като образен метод за показване на мозъчната активност. По този начин, близо инфрачервената спектроскопия също позволява да се изследват когнитивните процеси, защото всяка мисъл генерира и по-високо ниво на мозъчна активност. Възможно е също така да се локализират областите на повишена активност. Този метод е подходящ и за реализиране на оптичен интерфейс мозък-компютър. Интерфейсът мозък-компютър представлява интерфейс между хората и компютрите. По-специално физическите увреждания се възползват от тези системи.

Те могат да използват компютъра, за да задействат определени действия, като например движението на протези, с чиста сила на мисълта. Други области на приложение на NIRS в медицината се отнасят, наред с други неща, до спешната медицина. Устройствата наблюдават доставката на кислород в отделения за интензивно лечение или след операции. Това гарантира бърза реакция в случай на остра липса на кислород. Близо инфрачервената спектроскопия също е полезна за наблюдение на нарушения в кръвообращението или за оптимизиране на доставката на кислород към мускулите по време на тренировка.

Рискове, странични ефекти и опасности

Използването на близо инфрачервена спектроскопия е безпроблемно и не предизвиква странични ефекти. Инфрачервеното лъчение е нискоенергийно лъчение, което не уврежда биологично важните вещества. Генетичният грим също не е атакуван. Излъчването стимулира само различните вибрационни състояния на биологичните молекули. Процедурата също е неинвазивна и безболезнена.

В комбинация с други функционални методи като MEG (магнитоенцефалография), fMRI (функционална магнитно-резонансна томография), PET (позитронно-емисионна томография) или SPECT (компютърна томография с единична фотонна емисия), близо до инфрачервена спектроскопия може да визуализира добре мозъчните дейности. Освен това, близката инфрачервена спектроскопия има голям потенциал за наблюдение на концентрацията на кислород в лекарствата за интензивно лечение. Например, проучване в Клиниката по сърдечна хирургия в Любек показва, че оперативните рискове при сърдечна хирургия могат да бъдат прогнозирани по-надеждно чрез определяне на церебралното насищане с кислород с помощта на NIRS, отколкото с предишни методи.

Близо инфрачервената спектроскопия също осигурява добри резултати за други приложения за интензивно лечение. Например, той се използва и за наблюдение на тежко болни пациенти в интензивни отделения с цел предотвратяване на недостиг на кислород. В различни проучвания NIRS се сравнява с конвенционалните методи за мониторинг. Проучванията показват потенциала, но и границите на близката инфрачервена спектроскопия.

Въпреки това могат да се извършват все по-сложни измервания поради техническото развитие на процеса през последните години. Това дава възможност метаболитните процеси, протичащи в биологичната тъкан, да се записват по-добре и по-добре и да ги представят графично. Близо инфрачервената спектроскопия ще играе още по-голяма роля в медицината в бъдеще.