Spektroskopija bliske infracrvene svjetlosti analitička je metoda koja se temelji na apsorpcija of elektromagnetsko zračenje u dometu kratkovalnog infracrvenog svjetla. Ima mnogo primjena u kemiji, prehrambenoj tehnologiji i medicini. U medicini je, između ostalog, slikovna metoda za pokazivanje mozak aktivnost.
Što je bliska infracrvena spektroskopija?
U medicini je bliska infracrvena spektroskopija, između ostalog, tehnika prikazivanja za prikaz mozak aktivnost. Blizina infracrvene spektroskopije, također skraćeno NIRS, grana je infracrvene spektroskopije (IR spektroskopija). Fizički se IR spektroskopija temelji na apsorpcija of elektromagnetsko zračenje pobuđivanjem vibracijskih stanja u molekule i skupine atoma. NIRS ispituje materijale koji apsorbiraju u frekvencijskom području od 4,000 do 13,000 vibracija po cm. To odgovara rasponu valnih duljina od 2500 do 760 nm. U ovom rasponu, vibracije od voda molekule i funkcionalne skupine, poput hidroksilne, amino, karboksilne, kao i CH skupine, su uglavnom uzbuđene. Kada elektromagnetsko zračenje ovog frekvencijskog područja pogodi odgovarajuće tvari, dolazi do pobude vibracija apsorpcija fotona s karakterističnom frekvencijom. Nakon što zračenje prođe kroz uzorak ili se reflektira, bilježi se apsorpcijski spektar. Ovaj spektar zatim prikazuje apsorpcije u obliku linija na određenim valnim duljinama. U kombinaciji s drugim analitičkim tehnikama, IR spektroskopija i, posebno, infracrvena spektroskopija mogu pružiti informacije o molekularnoj strukturi ispitivanih tvari, otvarajući širok spektar primjena od kemijske analize do industrijske i prehrambene primjene do medicine.
Funkcija, učinak i ciljevi
Spektroskopija bliskog infracrvenog zračenja već se 30 godina koristi u medicini. Ovdje on, između ostalog, služi kao slikovna metoda u određivanju mozak aktivnost. Nadalje, može se koristiti za mjerenje kisik sadržaj krv, krv volumeni protok krvi u raznim tkivima. Postupak je neinvazivan i bezbolan. Prednost kratkovalnog infracrvenog svjetla je dobra propusnost tkiva, što ga čini gotovo predodređenim za medicinsku primjenu. Korištenjem bliske infracrvene spektroskopije kroz lubanju, aktivnost mozga određuje se izmjerenim dinamičkim promjenama kisik sadržaj u krv. Ova metoda temelji se na principu neurovaskularne sprege. Neurovaskularna sprega temelji se na činjenici da promjene u aktivnosti mozga također znače promjene u potražnji za energijom, a time i kisik zahtijevajte. Svako povećanje moždane aktivnosti također zahtijeva veće koncentracija kisika u krv, kako je utvrđeno bliskom infracrvenom spektroskopijom. Supstrat koji veže kisik u krvi je hemoglobin. Hemoglobin je pigment vezan na proteine koji se javlja u dva različita stanja. Postoji oksigenirano i deoksigenirano hemoglobin. To znači da je ili oksigeniran ili deoksigeniran. Kada se mijenja iz jednog oblika u drugi, mijenja se i njegova boja. To također utječe na propusnost svjetlosti. Oksigenirana krv je prozirnija za infracrvenu svjetlost od krvi osiromašene kisikom. Dakle, kada infracrvena svjetlost prolazi, mogu se utvrditi razlike u opterećenju kisikom. Promjene u apsorpcijskim spektrima su izračunate i daju zaključke o trenutnoj aktivnosti mozga. Na toj se osnovi NIRS danas sve više koristi kao tehnika slike za vizualizaciju moždane aktivnosti. Dakle, bliska infracrvena spektroskopija također omogućuje proučavanje kognitivnih procesa, jer svaka misao generira i veću moždanu aktivnost. Također je moguće lokalizirati područja povećane aktivnosti. Ova je metoda također prikladna za realizaciju optičkog sučelja mozak-računalo. Sučelje mozak-računalo predstavlja sučelje između ljudi i računala. Ovi sustavi posebno imaju koristi od tjelesnih hendikepa. Na primjer, mogu pokretati određene radnje putem računala s čistom misaonom snagom, poput kretanja proteza. Ostale primjene NIRS-a u medicini uključuju lijek za hitne slučajeve. Na primjer, uređaji nadziru opskrbu kisikom u jedinicama intenzivne njege ili nakon operacija. To osigurava brzu reakciju u slučaju akutnog nedostatka kisika. Blizina infracrvene spektroskopije također se dobro pokazuje u praćenje poremećaji cirkulacije ili optimiziranje opskrbe mišića kisikom tijekom vježbanja.
Rizici, nuspojave i opasnosti
Korištenje bliske infracrvene spektroskopije bez problema je i ne uzrokuje nuspojave. Infracrveno zračenje je niskoenergetsko zračenje koje nema dovesti na bilo kakvu štetu na biološki važnim tvarima. Ni genetski materijal nije napadnut. Zračenje uzrokuje samo pobuđivanje različitih vibracijskih stanja biološkog stanja molekule. Postupak je također neinvazivan i bezbolan. U kombinaciji s drugim funkcionalnim metodama, poput MEG (magnetoencefalografija), fMRI (funkcionalna magnetska rezonancija), LJUBIMAC (pozitronska emisijska tomografija), ili SPECT (emisija jednog fotona računarska tomografija), bliska infracrvena spektroskopija može dobro prikazati aktivnost mozga. Nadalje, bliska infracrvena spektroskopija ima velik potencijal u praćenje kisik koncentracija u kritičnoj njezi. Primjerice, studija na Klinici za kardiokirurgiju u Lübecku pokazuje da se kirurški rizici u kardiokirurgiji mogu pouzdanije predvidjeti nego prethodnim metodama određivanjem cerebralne saturacije kisika pomoću NIRS-a. Spektroskopija bliskog infracrvenog zračenja također donosi dobre rezultate u drugim primjenama intenzivne njege. Primjerice, koristi se i za praćenje kritično bolesnih pacijenata na odjelima intenzivne njege kako bi se izbjegla hipoksija. U raznim studijama NIRS se uspoređuje s konvencionalnim metodama za praćenje. Studije pokazuju potencijal, ali i ograničenja bliske infracrvene spektroskopije. Međutim, tehnički napredak u tehnici posljednjih godina omogućio je provođenje sve složenijih mjerenja. To omogućuje sve preciznije bilježenje i slikanje metaboličkih procesa koji se odvijaju u biološkom tkivu. Spektroskopija bliskog infracrvenog zračenja u budućnosti će igrati još veću ulogu u medicini.
