De I nærheten av infrarød spektroskopi er en analysemetode basert på absorpsjon av elektromagnetisk stråling i området kortbølget infrarødt lys. Den har et bredt spekter av bruksområder innen kjemi, matteknologi og medisin. I medisin er det blant annet en avbildningsmetode for å vise hjerneaktivitet.
Hva er i nærheten av infrarød spektroskopi?
Nær-infrarød spektroskopi, også kalt NIRS forkortet, er et underområde for infrarød spektroskopi (IR-spektroskopi). Fysisk er IR-spektroskopi basert på absorpsjon av elektromagnetisk stråling gjennom eksitering av svingningstilstander i molekyler og grupper av atomer.
NIRS undersøker materialer som absorberer i frekvensområdet fra 4000 til 13 000 vibrasjoner per cm. Dette tilsvarer bølgelengdeområdet fra 2500 til 760 nm. I dette området er vibrasjoner av vannmolekyler og funksjonelle grupper som hydroksyl-, amino-, karboksyl- og CH-gruppene hovedsakelig opphisset. Hvis elektromagnetisk stråling i dette frekvensområdet treffer de tilsvarende substanser, blir vibrasjonene begeistret med absorpsjon av fotoner med en karakteristisk frekvens. Absorpsjonsspekteret blir registrert etter at strålingen har passert gjennom prøven eller reflektert.
Dette spekteret viser deretter absorpsjonene i form av linjer ved visse bølgelengder. I kombinasjon med andre analysemetoder kan IR-spektroskopi og spesielt nær-infrarød spektroskopi komme med uttalelser om molekylstrukturen til stoffene som er undersøkt og dermed åpner for et bredt spekter av anvendelser, fra kjemiske analyser til industrielle og matteknologiske applikasjoner til medisin.
Funksjon, effekt og mål
Nær-infrarød spektroskopi har blitt brukt i medisin i 30 år. Her brukes den blant annet som en avbildningsmetode for å bestemme hjerneaktivitet. I tillegg kan den brukes til å måle oksygeninnholdet i blodet, blodvolumet og blodstrømmen i forskjellige vev.
Prosedyren er ikke-invasiv og smertefri. Fordelen med kortbølget infrarødt lys er dets gode vevpermeabilitet, slik at det er forhåndsbestemt for medisinsk bruk. Ved hjelp av nærinfrarød spektroskopi gjennom hodeskallen bestemmes hjerneaktiviteten gjennom de målte dynamiske endringene i oksygeninnholdet i blodet. Denne prosedyren er basert på prinsippet om neurovaskulær kobling. Den neurovaskulære koblingen er basert på at endringer i hjerneaktivitet også betyr endringer i energibehovet og dermed også oksygenbehovet.
Enhver økning i hjerneaktivitet krever også en høyere konsentrasjon av oksygen i blodet, som bestemmes ved nærinfrarød spektroskopi. Det oksygenbindende underlaget i blodet er hemoglobin. Hemoglobin er et proteinbundet fargestoff som forekommer i to forskjellige former. Det er oksygenert og deoksygenert hemoglobin. Det betyr at den enten er oksygenfri eller oksygenfri. Når du flytter fra en form til en annen, endres fargen. Dette påvirker også overføring av lys. Oksygenert blod er mer permeabelt for infrarødt lys enn oksygenmangel blod.
Når det infrarøde lyset går gjennom, kan forskjellene i oksygenbelastning bestemmes. Endringene i absorpsjonsspektrene beregnes og gir informasjon om den nåværende hjerneaktiviteten. På dette grunnlaget brukes nå stadig flere av NIRS som en avbildningsmetode for å vise hjerneaktivitet. Således tillater nærinfrarød spektroskopi også undersøkelse av kognitive prosesser, fordi hver tanke også genererer et høyere nivå av hjerneaktivitet. Det er også mulig å lokalisere områdene med økt aktivitet. Denne metoden er også egnet for å realisere et optisk hjerne-datamaskingrensesnitt. Hjernen-datamaskingrensesnittet representerer et grensesnitt mellom mennesker og datamaskiner, og spesielt har fysisk utviklingshemmede fordeler av disse systemene.
De kan bruke datamaskinen til å utløse visse handlinger, for eksempel bevegelse av proteser, med ren tankekraft. Andre anvendelsesområder for NIRS i medisin forholder seg blant annet til akuttmedisin. Enhetene overvåker oksygentilførselen på intensivavdelinger eller etter operasjoner. Dette sikrer en rask reaksjon i tilfelle akutt mangel på oksygen. Nær-infrarød spektroskopi er også nyttig for å overvåke sirkulasjonsforstyrrelser eller for å optimalisere oksygentilførselen til musklene under trening.
Risiko, bivirkninger og farer
Bruken av nærinfrarød spektroskopi er problemfri og gir ingen bivirkninger. Infrarød stråling er lavenergi-stråling som ikke skader biologisk viktige stoffer. Den genetiske sminken blir heller ikke angrepet. Strålingen stimulerer bare de forskjellige vibrasjonstilstandene til biologiske molekyler. Prosedyren er også ikke-invasiv og smertefri.
I kombinasjon med andre funksjonelle metoder, som MEG (magnetoencefalography), fMRI (funksjonell magnetisk resonans tomografi), PET (positron emission tomography) eller SPECT (enkeltfoton emisjon beregnet tomografi), kan nærinfrarød spektroskopi skildre hjerneaktiviteter godt. Videre har nærinfrarød spektroskopi stort potensiale for å overvåke oksygenkonsentrasjonen i intensivmedisin. For eksempel viser en studie ved Clinic for Cardiac Surgery i Lübeck at operasjonelle risikoer ved hjertekirurgi kan bli forutsagt mer pålitelig ved å bestemme cerebral oksygenmetning ved bruk av NIRS enn med tidligere metoder.
Nær-infrarød spektroskopi gir også gode resultater for andre applikasjoner med intensiv pleie. For eksempel brukes det til å overvåke alvorlig syke pasienter på intensivavdelinger for å avverge oksygenmangel. I forskjellige studier sammenlignes NIRS med konvensjonelle overvåkingsmetoder. Studiene viser potensialet, men også grensene for nærinfrarød spektroskopi.
Imidlertid kan mer og mer komplekse målinger utføres på grunn av teknisk utvikling av prosessen de siste årene. Dette gjør at metabolske prosesser som foregår i biologisk vev kan registreres bedre og bedre og å representere dem grafisk. Nærinfrarød spektroskopi vil spille en enda større rolle i medisinen i fremtiden.
.jpg)
