Tuvo infrasarkano staru spektroskopija ir analītiska metode, kuras pamatā ir absorbcija of elektromagnētiskais starojums īsviļņu infrasarkanās gaismas diapazonā. Tam ir daudz pielietojumu ķīmijā, pārtikas tehnoloģijā un medicīnā. Medicīnā tā cita starpā ir attēlveidošanas metode parādīšanai smadzenes darbību.
Kas ir gandrīz infrasarkanā spektroskopija?
Medicīnā gandrīz infrasarkano staru spektroskopija, cita starpā, ir attēlveidošanas tehnika, lai parādītu smadzenes aktivitāte. Tuvās infrasarkanās spektroskopija, saīsināti arī kā NIRS, ir infrasarkanās spektroskopijas (IR spektroskopija) filiāle. Fiziski IR spektroskopijas pamatā ir absorbcija of elektromagnētiskais starojums ierosinot vibrācijas stāvokļus molekulas un atomu grupas. NIRS pārbauda materiālus, kas absorbē frekvenču diapazonā no 4,000 līdz 13,000 2500 vibrāciju uz cm. Tas atbilst viļņu garuma diapazonam no 760 līdz XNUMX nm. Šajā diapazonā vibrācijas ūdens molekulas un funkcionālās grupas, piemēram, hidroksilgrupa, amino, karboksilgrupa, kā arī CH grupa, galvenokārt ir satraukti. Kad elektromagnētiskais starojums no šī frekvenču diapazona trāpās attiecīgajās vielās, ar absorbcija fotonu ar raksturīgu frekvenci. Pēc starojuma iziešanas caur paraugu vai atstarošanas absorbcijas spektru reģistrē. Tad šis spektrs parāda absorbcijas līniju veidā noteiktā viļņu garumā. Kombinācijā ar citām analītiskām metodēm IR spektroskopija un jo īpaši tuvās infrasarkanās spektroskopija var sniegt informāciju par izmeklējamo vielu molekulāro struktūru, paverot plašu pielietojumu klāstu, sākot no ķīmiskās analīzes līdz rūpnieciskai un pārtikas lietošanai līdz medicīnai.
Funkcija, ietekme un mērķi
Tuvo infrasarkano staru spektroskopija medicīnā ir izmantota jau 30 gadus. Šeit tas, cita starpā, kalpo kā attēlveidošanas metode smadzenes aktivitāte. Turklāt to var izmantot, lai izmērītu skābeklis saturs asinis, asinis tilpums, un asins plūsma dažādos audos. Procedūra ir neinvazīva un nesāpīga. Īsviļņu infrasarkanās gaismas priekšrocība ir laba audu caurlaidība, padarot to praktiski paredzētu medicīniskai lietošanai. Izmantojot gandrīz infrasarkano staru spektroskopiju caur galvaskausu, smadzeņu aktivitāti nosaka izmērītās dinamiskās izmaiņas skābeklis saturs asinis. Šī metode ir balstīta uz neirovaskulārā savienojuma principu. Neirovaskulārā savienojuma pamatā ir fakts, ka smadzeņu aktivitātes izmaiņas nozīmē arī enerģijas pieprasījuma izmaiņas un līdz ar to skābeklis pieprasījums. Jebkurš smadzeņu aktivitātes pieaugums prasa arī lielāku koncentrācija skābekļa asinis, ko nosaka gandrīz infrasarkanā spektroskopija. Skābekli saistošais substrāts asinīs ir hemoglobīns. Hemoglobīns ir ar olbaltumvielām saistīts pigments, kas notiek divās dažādās valsts formās. Ir skābekļa un skābekļa hemoglobīns. Tas nozīmē, ka tas ir vai nu ar skābekli, vai bez skābekļa. Mainoties no vienas formas uz otru, tā krāsa mainās. Tas ietekmē arī gaismas caurlaidību. Skābekli saturošās asinis ir infrasarkanajai gaismai caurspīdīgākas nekā asinis, kuru skābeklis ir mazāks. Tādējādi, infrasarkanajai gaismai ejot cauri, var noteikt skābekļa slodzes atšķirības. Aprēķina absorbcijas spektru izmaiņas un sniedz secinājumus par momentānu smadzeņu darbību. Pamatojoties uz to, NIRS tagad arvien vairāk tiek izmantots kā attēlveidošanas paņēmiens, lai vizualizētu smadzeņu darbību. Tādējādi gandrīz infrasarkanā spektroskopija ļauj izpētīt arī kognitīvos procesus, jo katra doma rada arī lielāku smadzeņu darbību. Ir iespējams arī lokalizēt paaugstinātas aktivitātes zonas. Šī metode ir piemērota arī smadzeņu un datoru optiskās saskarnes realizācijai. Smadzeņu un datoru saskarne ir saskarne starp cilvēkiem un datoriem. No šīm sistēmām jo īpaši gūst labumu fiziski invalīdi. Piemēram, ar datoru ar tīru domu viņi var izraisīt noteiktas darbības, piemēram, protēžu kustību. Citi NIRS pielietojumi medicīnā ietver ārkārtas medicīna. Piemēram, ierīces uzrauga skābekļa padevi intensīvās terapijas nodaļās vai pēc operācijām. Tas nodrošina ātru reaģēšanu akūta skābekļa deficīta gadījumā. Tuvu infrasarkano staru spektroskopija labi darbojas arī uzraudzība asinsrites traucējumi vai optimizēt skābekļa piegādi muskuļiem slodzes laikā.
Riski, blakusparādības un bīstamība
Tuvās infrasarkanās spektroskopijas izmantošana ir bez problēmām un nerada blakusparādības. Infrasarkanais starojums ir zemas enerģijas starojums, kas to nedara vadīt jebkuram bioloģiski svarīgu vielu bojājumam. Pat ģenētiskais materiāls netiek uzbrukts. Radiācija izraisa tikai dažādu bioloģisko vibrāciju stāvokļu ierosmi molekulas. Procedūra ir arī neinvazīva un nesāpīga. Kombinācijā ar citām funkcionālām metodēm, piemēram, MEG (magnetoencefalogrāfija), fMRI (funkcionāls magnētiskās rezonanses attēlveidošanas), PET (pozitronu emisijas tomogrāfija) vai SPECT (viena fotona emisija datortomogrāfija), tuvu infrasarkano staru spektroskopija var labi attēlot smadzeņu darbību. Turklāt gandrīz infrasarkano staru spektroskopijai ir liels potenciāls uzraudzība skābeklis koncentrācija kritiskajā aprūpē. Piemēram, pētījums Lībekas Sirds ķirurģijas klīnikā parāda, ka ķirurģiskos riskus sirds ķirurģijā var prognozēt ticamāk nekā ar iepriekšējām metodēm, nosakot smadzeņu skābekļa piesātinājumu, izmantojot NIRS. Tuvās infrasarkano staru spektroskopija dod labus rezultātus arī citās intensīvās terapijas lietojumprogrammās. Piemēram, to lieto arī kritiski slimu pacientu novērošanai intensīvās terapijas nodaļās, lai novērstu hipoksiju. Dažādos pētījumos NIRS tiek salīdzināts ar parastajām metodēm uzraudzība. Pētījumi parāda gandrīz infrasarkanās spektroskopijas potenciālu, bet arī ierobežojumus. Tomēr pēdējo gadu tehnikas sasniegumi tehnikā ir ļāvuši veikt arvien sarežģītākus mērījumus. Tas ļauj arvien precīzāk reģistrēt un attēlot vielmaiņas procesus, kas notiek bioloģiskajos audos. Tuvākajā infrasarkanajā spektroskopijā nākotnē medicīnā būs vēl lielāka loma.
