Yakın kızıl ötesi spektroskopi

Yakın kızıl ötesi spektroskopi kısa dalgalı kızılötesi ışık aralığında elektromanyetik radyasyonun absorpsiyonuna dayanan bir analiz yöntemidir. Kimya, gıda teknolojisi ve tıpta geniş bir kullanım alanına sahiptir. Tıpta, diğer şeylerin yanı sıra, beyin aktivitesini göstermek için bir görüntüleme yöntemidir.

Kızılötesi spektroskopiye yakın nedir?

Yakın kızılötesi spektroskopi, aynı zamanda NIRS kısaltılmış, kızılötesi spektroskopinin (IR spektroskopisi) bir alt alanıdır. Fiziksel olarak IR spektroskopisi, moleküller ve atom gruplarındaki salınım durumlarının uyarılması yoluyla elektromanyetik radyasyonun emilimine dayanır.

NIRS, cm başına 4.000 ila 13.000 titreşim frekans aralığında emen malzemeleri inceler. Bu, 2500 ila 760 nm dalga boyu aralığına karşılık gelir Bu aralıkta, su moleküllerinin titreşimleri ve hidroksil, amino, karboksil ve CH grupları gibi fonksiyonel gruplar esas olarak uyarılır. Bu frekans aralığındaki elektromanyetik radyasyon karşılık gelen maddelere çarparsa, titreşimler, karakteristik bir frekansa sahip fotonların emilmesiyle uyarılır. Emilim spektrumu, radyasyon numuneden geçtikten veya yansıtıldıktan sonra kaydedilir.

Bu spektrum daha sonra soğurmaları belirli dalga boylarında çizgiler şeklinde gösterir. IR spektroskopisi ve özellikle yakın kızılötesi spektroskopi gibi diğer analiz yöntemleriyle birlikte incelenen maddelerin moleküler yapısı hakkında açıklamalar yapabilir ve böylece kimyasal analizlerden endüstriyel ve gıda teknolojisi uygulamalarından tıbba kadar geniş bir uygulama alanı açar.

İşlev, etki ve hedefler

Yakın kızılötesi spektroskopi tıpta 30 yıldır kullanılmaktadır. Burada, diğer şeylerin yanı sıra, beyin aktivitesini belirlemek için bir görüntüleme yöntemi olarak kullanılır. Ayrıca kanın oksijen içeriğini, kan hacmini ve çeşitli dokulardaki kan akışını ölçmek için de kullanılabilir.

Prosedür non-invaziv ve ağrısızdır. Kısa dalgalı kızılötesi ışığın avantajı, tıbbi kullanım için önceden belirlenmiş olması nedeniyle doku geçirgenliğinin iyi olmasıdır. Kafatası aracılığıyla yakın kızılötesi spektroskopi kullanılarak beyin aktivitesi, kandaki oksijen içeriğinde ölçülen dinamik değişikliklerle belirlenir. Bu prosedür nörovasküler eşleşme prensibine dayanmaktadır. Nörovasküler eşleşme, beyin aktivitesindeki değişikliklerin aynı zamanda enerji ihtiyacında ve dolayısıyla oksijen ihtiyacında da değişiklikler anlamına geldiği gerçeğine dayanmaktadır.

Beyin aktivitesindeki herhangi bir artış, yakın kızılötesi spektroskopi ile belirlenen kanda daha yüksek bir oksijen konsantrasyonunu da gerektirir. Kandaki oksijen bağlayıcı substrat hemoglobindir. Hemoglobin, iki farklı biçimde oluşan proteine ​​bağlı bir boyadır. Oksijenli ve oksijensiz hemoglobin vardır. Bu, oksijenli veya oksijensiz olduğu anlamına gelir. Bir şekilden diğerine geçerken rengi değişir. Bu aynı zamanda ışığın geçişini de etkiler. Oksijenli kan, oksijen eksikliği olan kana göre kızılötesi ışığa daha geçirgendir.

Kızılötesi ışık geçtiğinde, oksijen yükündeki farklılıklar belirlenebilir. Absorpsiyon spektrumlarındaki değişiklikler hesaplanır ve mevcut beyin aktivitesi hakkında bilgi sağlar. Bu temelde, NIRS artık beyin aktivitesini göstermek için bir görüntüleme yöntemi olarak giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bu nedenle, yakın kızılötesi spektroskopi, bilişsel süreçlerin araştırılmasına da izin verir, çünkü her düşünce aynı zamanda daha yüksek düzeyde beyin aktivitesi üretir. Artan faaliyet alanlarını bulmak da mümkündür. Bu yöntem aynı zamanda bir optik beyin-bilgisayar arayüzünü gerçekleştirmek için de uygundur. Beyin-bilgisayar arayüzü, insanlar ve bilgisayarlar arasındaki bir arayüzü temsil eder, özellikle fiziksel engelliler bu sistemlerden faydalanır.

Bilgisayarı, saf düşünce gücüyle protezlerin hareketi gibi belirli eylemleri tetiklemek için kullanabilirler. NIRS'nin tıptaki diğer uygulama alanları, diğer şeylerin yanı sıra, acil tıp ile ilgilidir. Cihazlar, yoğun bakım ünitelerinde veya ameliyat sonrası oksijen beslemesini izler. Bu, akut oksijen eksikliği durumunda hızlı bir reaksiyon sağlar. Yakın kızılötesi spektroskopi, dolaşım bozukluklarını izlemek veya egzersiz sırasında kaslara oksijen beslemesini optimize etmek için de yararlıdır.

Riskler, yan etkiler ve tehlikeler

Yakın kızılötesi spektroskopinin kullanımı problemsizdir ve herhangi bir yan etkiye neden olmaz. Kızılötesi radyasyon, biyolojik olarak önemli maddelere zarar vermeyen düşük enerjili radyasyondur. Genetik yapı da saldırıya uğramaz. Radyasyon yalnızca biyolojik moleküllerin çeşitli titreşim durumlarını uyarır. Prosedür ayrıca non-invaziv ve ağrısızdır.

MEG (manyetoensefalografi), fMRI (fonksiyonel manyetik rezonans tomografi), PET (pozitron emisyon tomografisi) veya SPECT (tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi) gibi diğer fonksiyonel yöntemlerle birlikte, yakın kızılötesi spektroskopi beyin aktivitelerini iyi bir şekilde görselleştirebilir. Ayrıca, yakın kızılötesi spektroskopi, yoğun bakımdaki oksijen konsantrasyonunu izlemek için büyük bir potansiyele sahiptir. Lübeck Kardiyak Cerrahi Kliniğinde yapılan bir araştırma, NIRS yardımıyla serebral oksijen satürasyonunun önceki yöntemlere göre belirlenmesiyle kalp cerrahisindeki operasyonel risklerin daha güvenilir bir şekilde tahmin edilebileceğini göstermektedir.

Yakın kızılötesi spektroskopi, diğer yoğun bakım uygulamaları için de iyi sonuçlar sağlar. Örneğin, oksijen eksikliğini önlemek için yoğun bakım ünitelerinde ağır hastaları izlemek için de kullanılır. Çeşitli çalışmalarda NIRS, geleneksel izleme yöntemleriyle karşılaştırılır. Çalışmalar potansiyeli ve aynı zamanda yakın kızılötesi spektroskopinin sınırlarını da gösteriyor.

Ancak son yıllarda sürecin teknik gelişmelerine bağlı olarak giderek daha karmaşık ölçümler yapılabilmektedir. Bu, biyolojik dokuda meydana gelen metabolik süreçlerin daha iyi ve daha iyi kaydedilmesini ve grafiksel olarak temsil edilmesini sağlar. Yakın kızılötesi spektroskopi gelecekte tıpta daha da büyük bir rol oynayacak.