Lähis-infrapuna spektroskoopia on analüüsimeetod, mis põhineb absorptsioon of elektromagnetilise kiirguse lühilaine infrapunavalguse ulatuses. Sellel on palju rakendusi keemias, toiduainete tehnoloogias ja meditsiinis. Meditsiinis on see muu hulgas kuvamismeetod näitamiseks aju tegevus.
Mis on infrapuna-lähedane spektroskoopia?
Meditsiinis on infrapuna-lähedane spektroskoopia muu hulgas kujutamise tehnika näitamiseks aju tegevus. Lähis-infrapunaspektroskoopia, lühendatult ka NIRS, on infrapunaspektroskoopia (IR-spektroskoopia) haru. Füüsiliselt põhineb IR -spektroskoopia absorptsioon of elektromagnetilise kiirguse vibratsiooniseisundite ergastamisega molekulid ja aatomite rühmad. NIRS uurib materjale, mis neelavad sagedusvahemikus 4,000 kuni 13,000 2500 vibratsiooni cm kohta. See vastab lainepikkuste vahemikule 760 kuni XNUMX nm. Selles vahemikus vibratsioonid vesi molekulid ja funktsionaalsed rühmad, nagu hüdroksüül-, amino-, karboksüül- ja ka CH -rühm, on peamiselt põnevil. Millal elektromagnetilise kiirguse sellest sagedusvahemikust tabab vastavaid aineid, tekib vibratsiooni erutus koos absorptsioon iseloomuliku sagedusega footonitest. Pärast kiirguse läbimist proovist või selle peegeldumist registreeritakse neeldumisspekter. See spekter näitab siis neeldumisi joonte kujul teatud lainepikkustel. Koos teiste analüütiliste meetoditega võib infrapunaspektroskoopia ja eriti lähiinfrapunaspektroskoopia anda teavet uuritavate ainete molekulaarstruktuuri kohta, avades laias valikus rakendusi alates keemilisest analüüsist kuni tööstus- ja toiduainete kasutamiseni meditsiinini.
Funktsioon, mõju ja eesmärgid
Lähis-infrapuna spektroskoopiat on meditsiinis kasutatud juba 30 aastat. Siin toimib see muu hulgas kujutamismeetodina aju tegevus. Lisaks saab seda mõõta hapnik sisu veri, veri mahtja verevool erinevates kudedes. Protseduur on mitteinvasiivne ja valutu. Lühilaine-infrapunavalguse eeliseks on selle hea kudede läbilaskvus, mistõttu on see praktiliselt ette nähtud meditsiiniliseks kasutamiseks. Kasutades koljuosa kaudu infrapuna-spektroskoopiat, määratakse ajutegevus mõõdetud dünaamiliste muutuste tõttu hapnik sisu veri. See meetod põhineb neurovaskulaarse sidumise põhimõttel. Neurovaskulaarne sidumine põhineb asjaolul, et muutused ajutegevuses tähendavad ka muutusi energiavajaduses ja seega hapnik nõudlus. Igasugune ajutegevuse suurenemine nõuab ka suuremat kontsentratsioon hapnikust veri, nagu on määratud infrapuna-spektroskoopia abil. Hapniku siduv substraat veres on hemoglobiin. Hemoglobiin on valkudega seotud pigment, mis esineb kahes erinevas olekus. Seal on hapnikuga rikastatud ja deoksügeenitud hemoglobiin. See tähendab, et see on kas hapnikuga rikastatud või deoksügeenitud. Kui see muutub ühelt vormilt teisele, muutub selle värv. See mõjutab ka valguse läbilaskvust. Hapnikurikas veri on infrapunavalguse suhtes läbipaistvam kui hapnikupuudusega veri. Seega saab infrapunavalguse läbimisel määrata hapniku koormuse erinevused. Muutused neeldumisspektrites arvutatakse ja pakuvad järeldusi ajutise ajutegevuse kohta. Selle põhjal kasutatakse NIRS -i nüüd üha enam ajutegevuse visualiseerimiseks kujutistehnikana. Seega võimaldab infrapuna-lähedane spektroskoopia uurida ka kognitiivseid protsesse, sest iga mõte tekitab ka suurema ajutegevuse. Samuti on võimalik lokaliseerida suurenenud aktiivsusega piirkondi. See meetod sobib ka aju-arvuti optilise liidese realiseerimiseks. Aju-arvuti liides kujutab endast liidest inimeste ja arvutite vahel. Nendest süsteemidest saavad kasu eelkõige füüsilise puudega inimesed. Näiteks võivad nad puhta mõtlemisjõuga arvuti kaudu teatud toiminguid käivitada, näiteks proteeside liikumise. Muud NIRSi rakendused meditsiinis hõlmavad järgmist erakorraline meditsiin. Näiteks jälgivad seadmed hapnikuga varustamist intensiivravi osakondades või pärast operatsioone. See tagab kiire reageerimise ägeda hapnikupuuduse korral. Ka infrapuna-spektroskoopia toimib hästi järelevalve vereringehäired või lihaste hapnikuga varustamise optimeerimine treeningu ajal.
Riskid, kõrvaltoimed ja ohud
Lähis-infrapunaspektroskoopia kasutamine on probleemivaba ega põhjusta kõrvaltoimeid. Infrapunakiirgus on madala energiatarbega kiirgus, mis seda ei tee viima bioloogiliselt oluliste ainete kahjustuste suhtes. Isegi geneetilist materjali ei rünnata. Kiirgus põhjustab ainult bioloogiliste erinevate vibratsiooniseisundite ergastamist molekulid. Protseduur on ka mitteinvasiivne ja valutu. Koos teiste funktsionaalsete meetoditega, nagu MEG (magnetoentsefalograafia), fMRI (funktsionaalne magnetresonantstomograafia), PET (positronemissiooni tomograafia) või SPECT (ühe footoni emissioon) kompuutertomograafia), võib infrapuna-lähedane spektroskoopia kujutada ajutegevust hästi. Lisaks on infrapunaspektroskoopial suur potentsiaal järelevalve hapnik kontsentratsioon kriitilises hoolduses. Näiteks Lübecki südamekirurgia kliinikus tehtud uuring näitab, et südame kirurgia kirurgilisi riske saab ennustada usaldusväärsemalt kui varasemate meetoditega, määrates aju hapniku küllastumise, kasutades NIRS -i. Lähis-infrapuna spektroskoopia annab häid tulemusi ka muudes intensiivravi rakendustes. Näiteks kasutatakse seda ka intensiivravi osakondades olevate raskelt haigete patsientide jälgimiseks, et vältida hüpoksia tekkimist. Erinevates uuringutes võrreldakse NIRS -i tavapäraste meetoditega järelevalve. Uuringud näitavad infrapuna-lähedase spektroskoopia potentsiaali, aga ka piiranguid. Viimaste aastate tehnika edusammud on aga võimaldanud teha üha keerukamaid mõõtmisi. See võimaldab bioloogilises koes toimuvaid ainevahetusprotsesse üha täpsemalt registreerida ja pildistada. Lähis-infrapuna spektroskoopia mängib tulevikus meditsiinis veelgi suuremat rolli.
