Близу инфрацрвене спектроскопије

Тхе Близу инфрацрвене спектроскопије је метода анализе која се заснива на апсорпцији електромагнетног зрачења у распону кратковалног инфрацрвеног светла. Има широк спектар употребе у хемији, прехрамбеној технологији и медицини. У медицини је, између осталог, метода за обраду слика за приказ можданих активности.

Шта је близу инфрацрвене спектроскопије?

Близу инфрацрвене спектроскопије, такође назване НИРС скраћено, је под-подручје инфрацрвене спектроскопије (ИР спектроскопија). Физички, ИР спектроскопија се заснива на апсорпцији електромагнетног зрачења побуђивањем осцилацијских стања у молекулама и групама атома.

НИРС испитује материјале који апсорбују у фреквенцијском опсегу од 4.000 до 13.000 вибрација по цм. То одговара распону таласних дужина од 2500 до 760 нм. У овом опсегу углавном се побуђују вибрације молекула воде и функционалних група као што су хидроксилне, амино, карбоксилне и ЦХ групе. Ако електромагнетно зрачење у овом фреквенцијском опсегу погоди одговарајуће материје, вибрације се активирају апсорпцијом фотона карактеристичне фреквенције. Спектар апсорпције се бележи након што је зрачење прошло кроз узорак или се одбије.

Овај спектар затим показује апсорпције у облику линија при одређеним таласним дужинама. У комбинацији са другим методама анализе, ИР спектроскопија и, посебно, инфрацрвена спектроскопија могу дати изјаве о молекуларној структури испитиваних супстанци и тако отвара широк спектар примене, од хемијских анализа до индустријске и прехрамбене технологије до медицине.

Функција, ефекат и циљеви

Близу инфрацрвена спектроскопија користи се у медицини већ 30 година. Овде се користи, између осталог, као сликовна метода за одређивање мождане активности. Поред тога, може се користити за мерење садржаја кисеоника у крви, запремине и протока крви у различитим ткивима.

Поступак је неинвазиван и безболан. Предност кратковалног инфрацрвеног светла је његова добра пропустљивост ткива, тако да је предодређена за медицинску употребу. Коришћењем инфрацрвене спектроскопије преко лобање, активност мозга се одређује измереним динамичким променама садржаја кисеоника у крви. Овај поступак се заснива на принципу неуроваскуларне спреге. Неуроваскуларно спајање заснива се на чињеници да промене у активности мозга такође значе и промене у енергетској потреби, а самим тим и у захтеву за кисеоником.

Свако повећање мождане активности захтева и већу концентрацију кисеоника у крви, што се одређује блиском инфрацрвеном спектроскопијом. Супстрат који веже кисеоник у крви је хемоглобин. Хемоглобин је боја повезана са протеинима која се јавља у два различита облика. Постоје хемоглобин са кисеоником и деоксигенизованим хемоглобином. То значи да је или без кисеоника или без кисеоника. Када се прелази из једног облика у други, његова боја се мења. То такође утиче на преношење светлости. Кисеонизована крв је пропуснија за инфрацрвену светлост него крв са недостатком кисеоника.

Када инфрацрвено светло прође, разлике у оптерећењу кисеоником могу се утврдити. Промјене у апсорпционом спектру су израчунате и дају информације о тренутној активности мозга. На основу тога, НИРС се сада све више користи као сликовни метод за приказ активности мозга. Стога, блиска инфрацрвена спектроскопија такође омогућава истраживање когнитивних процеса, јер свака мисао такође ствара виши ниво мождане активности. Такође је могуће лоцирати подручја повећане активности. Ова метода је такође погодна за реализацију оптичког интерфејса мозак-рачунар. Интерфејс између мозга и рачунара представља интерфејс између људи и рачунара, а нарочито физички угрожене особе имају користи од ових система.

Они могу да користе рачунар да покрену одређене акције, попут покрета протеза, чистом снагом мисли. Остала подручја примене НИРС-а у медицини односе се, између осталог, на хитну медицину. Уређаји прате снабдевање кисеоником у одељењима интензивне неге или после операција. Ово осигурава брзу реакцију у случају акутног недостатка кисеоника. Близу инфрацрвена спектроскопија је такође корисна за надгледање поремећаја циркулације или за оптимизацију снабдевања мишића кисеоником током тренинга.

Ризици, нуспојаве и опасности

Употреба близу инфрацрвене спектроскопије је без проблема и не изазива никакве нуспојаве. Инфрацрвено зрачење је нискоенергетско зрачење које не оштећује биолошки важне супстанце. Генетска шминка такође није нападнута. Зрачење само стимулише различита вибрациона стања биолошких молекула. Процедура је такође неинвазивна и безболна.

У комбинацији са другим функционалним методама, као што су МЕГ (магнетоенцефалографија), фМРИ (функционална магнетна резонанца томографија), ПЕТ (позитронско-емисијска томографија) или СПЕЦТ (једнофотонска емисијска рачунарска томографија), близина инфрацрвене спектроскопије може добро приказати мождане активности. Штавише, блиска инфрацрвена спектроскопија има велики потенцијал за надгледање концентрације кисеоника у медицини интензивне неге. Студија на Клиници за кардиолошку хирургију у Лубецку показује да се оперативни ризици у кардиолошкој хирургији могу поуздано предвидјети одређивањем церебралне засићености кисеоником уз помоћ НИРС него са претходним методама.

Близу инфрацрвена спектроскопија такође даје добре резултате и за друге примене интензивне неге. На пример, такође се користи за надгледање тешко болесних пацијената у јединицама интензивне неге у циљу спречавања недостатка кисеоника. У разним студијама, НИРС се упоређује са конвенционалним методама праћења. Студије показују потенцијал, али и границе близу инфрацрвене спектроскопије.

Међутим, све више и сложенија мерења могу се извршити због техничког развоја процеса последњих година. Ово омогућава да се метаболички процеси који се одвијају у биолошком ткиву бележе боље и боље и да их графички представе. Близу инфрацрвена спектроскопија играће у медицини још већу улогу у будућности.