Infravörös spektroszkópia közelében

A Infravörös spektroszkópia közelében egy olyan elemzési módszer, amely az elektromágneses sugárzás abszorpcióján alapul a rövidhullámú infravörös fény tartományában. Széles körű felhasználást kínál a kémiában, az élelmiszer-technológiában és az orvostudományban. Az orvostudományban ez többek között képalkotó módszer az agyi aktivitás kimutatására.

Mi az infravörös spektroszkópia közelében?

Közeli infravörös spektroszkópia, más néven NIRS Az infravörös spektroszkópia (IR spektroszkópia) alterülete. Az IR spektroszkópia fizikailag az elektromágneses sugárzás abszorpcióján alapszik, a molekulákban és atomcsoportokban fellépő oszcillációs állapotok gerjesztésén keresztül.

A NIRS olyan anyagokat vizsgál, amelyek 4000 - 13 000 vibráció / cm frekvenciatartományban képesek elnyelni. Ez megfelel a 2500-760 nm hullámhossz-tartománynak, amelyben a vízmolekulák és funkcionális csoportok, például a hidroxil-, amino-, karboxil- és CH-csoportok rezgései főleg gerjesztésre kerülnek. Ha ebben a frekvenciatartományban az elektromágneses sugárzás eléri a megfelelő anyagokat, akkor a rezgéseket a jellemző frekvenciájú fotonok abszorpciója gerjeszti. Az abszorpciós spektrumot akkor regisztráljuk, amikor a sugárzás áthaladt a mintán, vagy visszaverődött.

Ez a spektrum ezután megmutatja az abszorpciókat vonalak formájában bizonyos hullámhosszon. Más elemzési módszerekkel kombinálva az IR-spektroszkópia és különösen a közeli infravörös spektroszkópia kijelentéseket tehet a vizsgált anyagok molekuláris szerkezetéről, és így széles körű alkalmazásokat nyit meg, a kémiai analízisektől az ipari és élelmiszer-technológiai alkalmazásoktól az orvostudományig.

Funkció, hatás és célok

A közeli infravörös spektroszkópiát 30 éve alkalmazzák az orvostudományban. Itt többek között képalkotó módszerként használják az agyi aktivitás meghatározására. Ezen felül felhasználható a vér oxigéntartalmának, a vérmennyiségnek és a véráramlásnak a különféle szövetekben történő mérésére.

Az eljárás nem invazív és fájdalommentes. A rövidhullámú infravörös fény előnye a jó szöveti permeabilitása, tehát orvosi használatra előre meghatározva. Közeli infravörös spektroszkópiával a koponya sapkáján keresztül az agyaktivitást a vér oxigéntartalmának mért dinamikus változásai alapján határozzák meg. Ez az eljárás a neurovaszkuláris csatolás elvén alapul. A neurovaszkuláris összekapcsolódás azon a tényen alapul, hogy az agyi aktivitás megváltozása az energiaigény és ezáltal az oxigénigény változását is jelenti.

Az agyi aktivitás bármilyen növekedése magasabb oxigénkoncentrációt igényel a vérben, amelyet közeli infravörös spektroszkópia határoz meg. A vér oxigénkötő szubsztrátja a hemoglobin. A hemoglobin egy fehérjéhez kötött festék, amely két különböző formában fordul elő. Vannak oxigénnel és dezoxigénezett hemoglobin. Ez azt jelenti, hogy vagy oxigénnel van, vagy oxigénmentes. Az egyik alakból a másikra mozgatva színe megváltozik. Ez a fény átjutását is befolyásolja. Az oxigénezett vér jobban átjárható az infravörös fényre, mint az oxigénhiányos vér.

Amikor az infravörös fény áthalad, meghatározható az oxigénterhelés különbsége. Az abszorpciós spektrumok változásai kiszámításra kerülnek és információt szolgáltatnak az agy jelenlegi tevékenységéről. Ennek alapján a NIRS-t egyre inkább képalkotó módszerként használják az agyi aktivitás megjelenítésére. Így a közeli infravörös spektroszkópia lehetővé teszi a kognitív folyamatok vizsgálatát is, mivel minden gondolat magasabb szintű agyi aktivitást generál. Lehetséges a megnövekedett aktivitás területeinek meghatározása. Ez a módszer az agy-számítógép optikai interfész megvalósítására is alkalmas. Az agy-számítógép interfész egy interfészt képvisel az emberek és a számítógépek között, különösen a fizikailag fogyatékos emberek részesülnek ezekből a rendszerekből.

A számítógépet használhatják bizonyos cselekvések kivitelezésére, például a protézisek mozgatására, tiszta gondolati erővel. A NIRS más alkalmazási területei a gyógyászatban egyebek között a sürgősségi orvosláshoz kapcsolódnak. Az eszközök monitorozzák az oxigénellátást az intenzív osztályon vagy a műtét után. Ez biztosítja a gyors reakciót akut oxigénhiány esetén. A közeli infravörös spektroszkópia szintén hasznos a keringési rendellenességek megfigyelésére vagy az edzés során az izmok oxigénellátásának optimalizálására.

Kockázatok, mellékhatások és veszélyek

A közeli infravörös spektroszkópia használata problémamentes, és nem okoz mellékhatásokat. Az infravörös sugárzás alacsony energiájú sugárzás, amely nem károsítja a biológiailag fontos anyagokat. A genetikai sminket szintén nem támadják meg. A sugárzás csak a biológiai molekulák különböző vibrációs állapotát serkenti. Az eljárás nem invazív és fájdalommentes.

Más funkcionális módszerekkel, például a MEG-vel (mágneses érfalgráfia), az fMRI-vel (funkcionális mágneses rezonancia tomográfia), a PET-vel (pozitron emissziós tomográfia) vagy a SPECT-vel (egy foton emissziós számításos tomográfia) kombinálva a közeli infravörös spektroszkópia jól ábrázolja az agyi tevékenységeket. Ezenkívül a közeli infravörös spektroszkópia nagy potenciállal rendelkezik az intenzív gyógyászatban alkalmazott oxigénkoncentráció megfigyelésére. A Lübecki Szívsebészeti Klinikán végzett tanulmány kimutatta, hogy a szívműtét mûködési kockázata megbízhatóbben becsülhetõ meg az agyi oxigéntelítettség NIRS segítségével történõ meghatározásával, mint a korábbi módszerekkel.

A közeli infravörös spektroszkópia jó eredményeket biztosít más intenzív kezelési alkalmazásokhoz is. Például arra használják, hogy az intenzív osztályon súlyos betegségben szenvedő betegeket figyeljék meg az oxigénhiány elkerülése érdekében. Különböző tanulmányokban a NIRS-t összehasonlítják a hagyományos monitorozási módszerekkel. A tanulmányok megmutatják a közeli infravörös spektroszkópia lehetőségeit, de egyúttal korlátait is.

Ugyanakkor egyre összetettebb méréseket lehet végezni a folyamat műszaki fejlődésének köszönhetően az utóbbi években. Ez lehetővé teszi a biológiai szövetben zajló anyagcsere folyamatok jobb és jobb rögzítését, valamint grafikus ábrázolását. A közel-infravörös spektroszkópia a jövőben még nagyobb szerepet fog játszani az orvostudományban.