Spectroscopia cu infraroșu apropiat este o metodă analitică bazată pe absorbție of radiatie electromagnetica în gama luminii infraroșii cu unde scurte. Are multe aplicații în chimie, tehnologia alimentară și medicină. În medicină, este, printre altele, o metodă de prezentare a imaginii creier activitate.
Ce este spectroscopia în infraroșu apropiat?
În medicină, spectroscopia în infraroșu apropiat este, printre altele, o tehnică imagistică pentru prezentare creier activitate. Spectroscopia cu infraroșu apropiat, prescurtată și ca NIRS, este o ramură a spectroscopiei în infraroșu (spectroscopie IR). Fizic, spectroscopia IR se bazează pe absorbție of radiatie electromagnetica prin excitare a stărilor vibraționale în molecule și grupuri de atomi. NIRS examinează materialele care absorb în intervalul de frecvență de la 4,000 la 13,000 de vibrații pe cm. Aceasta corespunde lungimii de undă de la 2500 la 760 nm. În acest interval, vibrațiile de de apă molecule și grupările funcționale, cum ar fi hidroxil, amino, carboxil, precum și grupul CH, sunt în principal excitate. Cand radiatie electromagnetica din acest interval de frecvență lovește substanțele corespunzătoare, excitarea vibrațiilor are loc cu absorbție de fotoni cu o frecvență caracteristică. După ce radiația a trecut prin eșantion sau a fost reflectată, spectrul de absorbție este înregistrat. Acest spectru arată apoi absorbțiile sub formă de linii la lungimi de undă specifice. În combinație cu alte tehnici analitice, spectroscopia IR și, în special, spectroscopia în infraroșu apropiat pot oferi informații despre structura moleculară a substanțelor care fac obiectul anchetei, deschizând o gamă largă de aplicații, de la analize chimice la aplicații industriale și alimentare la medicină.
Funcția, efectul și obiectivele
Spectroscopia cu infraroșu apropiat este deja utilizată în medicină de 30 de ani. Aici servește, printre altele, ca metodă imagistică în determinarea creier activitate. Mai mult, poate fi folosit pentru a măsura oxigen conținutul sânge, sânge volum, și fluxul de sânge în diferite țesuturi. Procedura este neinvazivă și nedureroasă. Avantajul luminii infraroșii cu unde scurte este permeabilitatea sa bună a țesuturilor, făcându-l practic predestinat pentru aplicații medicale. Folosind spectroscopia în infraroșu apropiat prin calota craniană, activitatea creierului este determinată de schimbările dinamice măsurate ale oxigen conținut în sânge. Această metodă se bazează pe principiul cuplării neurovasculare. Cuplarea neurovasculară se bazează pe faptul că modificările activității creierului înseamnă, de asemenea, modificări ale cererii de energie și, prin urmare, oxigen cerere. Orice creștere a activității creierului necesită, de asemenea, o creștere concentrare de oxigen în sânge, determinat prin spectroscopie în infraroșu apropiat. Substratul de legare a oxigenului din sânge este hemoglobină. Hemoglobină este un pigment legat de proteine care apare în două forme de stare diferite. Există oxigenat și dezoxigenat hemoglobină. Aceasta înseamnă că este fie oxigenat, fie dezoxigenat. Când se schimbă de la o formă la alta, culoarea sa se schimbă. Acest lucru afectează și transmitanța luminii. Sângele oxigenat este mai transparent față de lumina infraroșie decât sângele epuizat cu oxigen. Astfel, atunci când lumina în infraroșu trece, pot fi determinate diferențele de încărcare a oxigenului. Modificările spectrelor de absorbție sunt calculate și oferă concluzii despre activitatea instantanee a creierului. Pe această bază, NIRS este acum din ce în ce mai utilizat ca tehnică de imagistică pentru a vizualiza activitatea creierului. Astfel, spectroscopia în infraroșu apropiat permite, de asemenea, studiul proceselor cognitive, deoarece fiecare gând generează, de asemenea, o activitate cerebrală mai mare. De asemenea, este posibilă localizarea zonelor cu activitate sporită. Această metodă este potrivită și pentru realizarea unei interfețe optice creier-computer. Interfața creier-computer reprezintă o interfață între oameni și computere. Persoanele cu handicap fizic beneficiază în special de aceste sisteme. De exemplu, pot declanșa anumite acțiuni prin intermediul computerului cu o putere de gândire pură, cum ar fi mișcarea protezelor. Alte aplicații ale NIRS în medicină includ medicina de urgenta. De exemplu, dispozitivele monitorizează alimentarea cu oxigen în unitățile de terapie intensivă sau după operații, ceea ce asigură un răspuns rapid în caz de deficit acut de oxigen. Spectroscopia cu infraroșu apropiat, de asemenea, funcționează bine în Monitorizarea tulburări circulatorii sau optimizarea aportului de oxigen către mușchi în timpul exercițiului.
Riscuri, efecte secundare și pericole
Utilizarea spectroscopiei în infraroșu apropiat este fără probleme și nu provoacă efecte secundare. Radiatii infrarosii este o radiație cu energie redusă care nu conduce la orice deteriorare a substanțelor biologic importante. Nici materialul genetic nu este atacat. Radiația provoacă doar excitația diferitelor stări vibraționale ale biologice molecule. Procedura este, de asemenea, neinvazivă și nedureroasă. În combinație cu alte metode funcționale, cum ar fi MEG (magnetoencefalografie), fMRI (funcțional imagistică prin rezonanță magnetică), ANIMAL DE COMPANIE (tomografie cu emisie de pozitroni), sau SPECT (emisie de fotoni unici tomografie computerizată), spectroscopia în infraroșu apropiat poate imagina bine activitatea creierului. În plus, spectroscopia în infraroșu apropiat are un potențial mare în Monitorizarea oxigen concentrare în îngrijirea critică. De exemplu, un studiu efectuat la Clinica de chirurgie cardiacă din Lübeck arată că riscurile chirurgicale în chirurgia cardiacă pot fi prezise mai fiabil decât cu metodele anterioare prin determinarea saturației de oxigen cerebral folosind NIRS. Spectroscopia cu infraroșu apropiat oferă, de asemenea, rezultate bune în alte aplicații de terapie intensivă. De exemplu, este utilizat și pentru a monitoriza pacienții cu afecțiuni critice din unitățile de terapie intensivă pentru a preveni hipoxia. În diferite studii, NIRS este comparat cu metodele convenționale pentru Monitorizarea. Studiile arată potențialul, dar și limitele spectroscopiei în infraroșu apropiat. Cu toate acestea, progresele tehnice ale tehnicii din ultimii ani au făcut posibilă efectuarea de măsurători din ce în ce mai complexe. Acest lucru permite proceselor metabolice care au loc într-un țesut biologic să fie înregistrate și imaginate din ce în ce mai precis. Spectroscopia cu infraroșu apropiat va juca un rol și mai mare în medicină în viitor.
