Netoli infraraudonųjų spindulių spektroskopijos

Netoli infraraudonųjų spindulių spektroskopijos yra analizės metodas, pagrįstas elektromagnetinės spinduliuotės absorbcija trumpųjų bangų infraraudonųjų spindulių diapazone. Jis yra plačiai naudojamas chemijoje, maisto technologijose ir medicinoje. Medicinoje tai, be kita ko, vaizdavimo metodas smegenų veiklai parodyti.

Kas yra šalia infraraudonųjų spindulių spektroskopijos?

Artimosios infraraudonosios spinduliuotės spektroskopija, dar vadinama NIRS sutrumpintai, yra infraraudonųjų spindulių spektroskopijos (IR spektroskopijos) dalis. Fiziškai IR spektroskopija pagrįsta elektromagnetinės spinduliuotės absorbcija, sužadinant virpesių būsenas molekulėse ir atomų grupėse.

NIRS tiria medžiagas, kurios sugeria dažnį nuo 4000 iki 13 000 virpesių per cm. Tai atitinka bangos ilgio diapazoną nuo 2500 iki 760 nm. Šiame diapazone daugiausia sužadinamos vandens molekulių ir funkcinių grupių, tokių kaip hidroksilo, amino, karboksilo ir CH grupės, virpesiai. Jei elektromagnetinė spinduliuotė šiame dažnių diapazone patenka į atitinkamas medžiagas, virpesiai sužadinami absorbuojant fotonus, kuriems būdingas dažnis. Sugerties spektras registruojamas po to, kai radiacija praeina per pavyzdį arba atsispindi.

Šis spektras parodo sugertis linijų pavidalu tam tikruose bangos ilgiuose. Kartu su kitais analizės metodais IR spektroskopija ir ypač artimos infraraudonosios spinduliuotės spektroskopija gali pateikti teiginius apie tiriamų medžiagų molekulinę struktūrą ir tokiu būdu atveria platų pritaikymo spektrą - nuo cheminių analizių iki pramoninių ir maisto technologijų taikymo medicinoje.

Funkcija, poveikis ir tikslai

Artimosios infraraudonosios spinduliuotės spektroskopija medicinoje naudojama 30 metų. Čia, be kitų dalykų, jis naudojamas kaip vaizdo gavimo metodas smegenų veiklai nustatyti. Be to, jis gali būti naudojamas matuoti deguonies kiekį kraujyje, kraujo tūrį ir kraujo tėkmę įvairiuose audiniuose.

Procedūra yra neinvazinė ir neskausminga. Trumpojo bangos infraraudonosios spinduliuotės pranašumas yra geras audinių pralaidumas, todėl jis yra numatytas medicinos reikmėms. Naudojant infraraudonųjų spindulių spektroskopiją per kaukolės dangtelį, smegenų aktyvumas nustatomas pagal išmatuotus dinaminius deguonies kiekio kraujyje pokyčius. Ši procedūra pagrįsta neurovaskulinio sujungimo principu. Neurovaskulinis ryšys grindžiamas tuo, kad smegenų veiklos pokyčiai taip pat reiškia energijos poreikio pokyčius, taigi ir deguonies poreikį.

Bet koks smegenų veiklos padidėjimas taip pat reikalauja didesnės deguonies koncentracijos kraujyje, kuri nustatoma artimojo infraraudonųjų spindulių spektroskopijos būdu. Deguonį jungiantis substratas kraujyje yra hemoglobinas. Hemoglobinas yra prie baltymų sujungti dažai, kurie būna dviejų skirtingų formų. Yra deguonies ir deguonies prisotintas hemoglobinas. Tai reiškia, kad jis yra arba deguonies, arba be deguonies. Pereinant nuo vienos formos prie kitos, keičiasi jos spalva. Tai taip pat turi įtakos šviesos perdavimui. Deguonies prisotintas kraujas yra labiau pralaidus infraraudonųjų spindulių šviesai nei kraujas, kuriame trūksta deguonies.

Kai infraraudonųjų spindulių šviesa praeina pro šalį, galima nustatyti deguonies apkrovos skirtumus. Apskaičiuoti absorbcijos spektro pokyčiai ir jie suteikia informacijos apie esamą smegenų veiklą. Tuo remiantis, NIRS dabar vis dažniau naudojamas kaip vaizdavimo metodas smegenų veiklai parodyti. Taigi artimoji infraraudonųjų spindulių spektroskopija taip pat leidžia ištirti pažintinius procesus, nes kiekviena mintis sukuria ir aukštesnį smegenų veiklos lygį. Taip pat galima nustatyti padidėjusios veiklos sritis. Šis metodas taip pat tinka realizuoti optinę smegenų ir kompiuterio sąsają. Smegenų ir kompiuterio sąsaja parodo sąsają tarp žmonių ir kompiuterių, o šios sistemos ypač naudingos žmonėms su fizine negalia.

Jie gali naudotis kompiuteriu tam tikriems minčių galiai sukelti tam tikrus veiksmus, pavyzdžiui, protezų judėjimą. Kitos NIRS taikymo sritys medicinoje, be kita ko, yra susijusios su skubiosios medicinos pagalba. Prietaisai stebi deguonies tiekimą intensyviosios terapijos skyriuose ar po jų. Tai užtikrina greitą reakciją ūmaus deguonies trūkumo atveju. Artimosios infraraudonosios spinduliuotės spektroskopija taip pat naudinga stebėti kraujotakos sutrikimus arba optimizuoti deguonies tiekimą raumenims treniruotės metu.

Rizika, šalutinis poveikis ir pavojai

Artimosios infraraudonosios spinduliuotės spektroskopija naudojama be problemų ir nesukelia jokio šalutinio poveikio. Infraraudonoji spinduliuotė yra mažai energijos vartojanti radiacija, nepažeidžianti biologiškai svarbių medžiagų. Genetinis makiažas taip pat nėra užpultas. Spinduliavimas tik stimuliuoja įvairias biologinių molekulių vibracines būsenas. Procedūra taip pat nėra invazinė ir neskausminga.

Kartu su kitais funkciniais metodais, tokiais kaip MEG (magnetoencefalografija), fMRI (funkcinio magnetinio rezonanso tomografija), PET (pozitronų emisijos tomografija) ar SPECT (vienos fotono emisijos kompiuterinė tomografija), šalia infraraudonųjų spindulių spektroskopijos galima gerai vizualizuoti smegenų veiklą. Be to, infraraudonųjų spindulių spektroskopija turi didelį potencialą stebėti deguonies koncentraciją intensyviosios terapijos medicinoje. Liubeko širdies chirurgijos klinikoje atliktas tyrimas rodo, kad širdies chirurgijos operacinę riziką galima patikimiau numatyti nustatant smegenų prisotinimą deguonimi NIRS pagalba, nei naudojant ankstesnius metodus.

Artimosios infraraudonosios spinduliuotės spektroskopija taip pat suteikia gerų rezultatų kitose intensyviosios terapijos srityse. Pavyzdžiui, jis taip pat naudojamas sunkiai sergantiems pacientams stebėti intensyviosios terapijos skyriuose, siekiant išvengti deguonies trūkumo. Įvairiuose tyrimuose NIRS lyginamas su įprastais stebėjimo metodais. Tyrimai rodo ne tik infraraudonųjų spindulių spektroskopijos galimybes, bet ir ribas.

Tačiau dėl techninių proceso pokyčių pastaraisiais metais galima atlikti vis sudėtingesnius matavimus. Tai leidžia geriau ir geriau užregistruoti biologiniame audinyje vykstančius metabolinius procesus ir pavaizduoti juos grafiškai. Artimosios infraraudonosios spinduliuotės spektroskopija ateityje vaidins dar didesnį vaidmenį medicinoje.