L'espectroscòpia d'infrarojos propers és un mètode analític basat en el absorció of radiació electromagnètica en el rang de la llum infraroja d’ones curtes. Té moltes aplicacions en química, tecnologia alimentària i medicina. En medicina, és, entre altres coses, un mètode d’imatge per mostrar cervell activitat.
Què és l'espectroscòpia d'infrarojos propers?
En medicina, l'espectroscòpia d'infrarojos propers és, entre altres coses, una tècnica d'imatge per mostrar cervell activitat. L’espectroscòpia infraroja propera, també abreujada com NIRS, és una branca de l’espectroscòpia infraroja (espectroscòpia IR). Físicament, l'espectroscòpia IR es basa en el absorció of radiació electromagnètica per excitació d 'estats vibracionals a molècules i grups d’àtoms. NIRS examina materials que absorbeixen en el rang de freqüències de 4,000 a 13,000 vibracions per cm. Això correspon al rang de longituds d'ona de 2500 a 760 nm. En aquest rang, les vibracions de aigua molècules i els grups funcionals, com el grup hidroxil, amino, carboxil i el grup CH, estan principalment excitats. Quan radiació electromagnètica d'aquest rang de freqüències afecta les substàncies corresponents, amb l'excitació de les vibracions absorció de fotons amb una freqüència característica. Després que la radiació hagi passat per la mostra o s’hagi reflectit, es registra l’espectre d’absorció. A continuació, aquest espectre mostra les absorcions en forma de línies a longituds d'ona específiques. En combinació amb altres tècniques analítiques, l’espectroscòpia IR i, en particular, l’espectroscòpia infraroja propera poden proporcionar informació sobre l’estructura molecular de les substàncies investigades, obrint una àmplia gamma d’aplicacions, des de l’anàlisi química fins a les aplicacions industrials i alimentàries a la medicina.
Funció, efecte i objectius
L'espectroscòpia d'infrarojos propers ja s'ha utilitzat en medicina des de fa 30 anys. Aquí serveix, entre altres coses, com a mètode d'imatge en la determinació de cervell activitat. A més, es pot utilitzar per mesurar oxigen contingut del contingut sang, sang volum, i el flux sanguini en diversos teixits. El procediment no és invasiu i indolor. L’avantatge de la llum infraroja d’ones curtes és la seva bona permeabilitat als teixits, cosa que la fa pràcticament predestinada per a aplicacions mèdiques. Utilitzant l’espectroscòpia d’infrarojos propers a través del casquet, l’activitat cerebral es determina pels canvis dinàmics mesurats del oxigen contingut a sang. Aquest mètode es basa en el principi d’acoblament neurovascular. L’acoblament neurovascular es basa en el fet que els canvis en l’activitat cerebral també signifiquen canvis en la demanda d’energia i, per tant, oxigen demanda. Qualsevol augment de l’activitat cerebral també requereix un augment concentració d 'oxigen a la sang, determinat per espectroscòpia d'infrarojos propers. El substrat d’unió a l’oxigen a la sang és hemoglobina. Hemoglobina és un pigment unit a proteïnes que es presenta en dues formes d’estats diferents. Hi ha oxigenat i desoxigenat hemoglobina. Això significa que està oxigenat o desoxigenat. Quan canvia d’una forma a l’altra, el seu color canvia. Això també afecta la transmitància de la llum. La sang oxigenada és més transparent a la llum infraroja que la sang esgotada d’oxigen. Així, quan la llum infraroja travessa, es poden determinar les diferències de càrrega d’oxigen. Els canvis en els espectres d’absorció es calculen i ofereixen conclusions sobre l’activitat cerebral instantània. Sobre aquesta base, NIRS s’utilitza cada vegada més com a tècnica d’imatge per visualitzar l’activitat cerebral. Per tant, l’espectroscòpia infraroja propera també permet l’estudi dels processos cognitius, perquè cada pensament també genera una activitat cerebral més elevada. També és possible localitzar les zones de major activitat. Aquest mètode també és adequat per a la realització d'una interfície òptica cervell-ordinador. La interfície cervell-ordinador representa una interfície entre humans i ordinadors. Les persones amb discapacitat física es beneficien en particular d’aquests sistemes. Per exemple, poden desencadenar certes accions a través de l’ordinador amb un poder de pensament pur, com ara el moviment de les pròtesis. Altres aplicacions de NIRS en medicina inclouen medicina d'emergència. Per exemple, els dispositius controlen el subministrament d’oxigen en unitats de cures intensives o després de les operacions, cosa que garanteix una resposta ràpida en cas de deficiència aguda d’oxigen. L'espectroscòpia d'infraroig gairebé també funciona bé monitoratge trastorns circulatoris o optimitzar el subministrament d’oxigen al múscul durant l’exercici.
Riscos, efectes secundaris i perills
L’ús d’espectroscòpia infraroja propera no té problemes i no produeix efectes secundaris. Radiació infraroja és una radiació de baixa energia que no lead a qualsevol dany a substàncies biològicament importants. Fins i tot el material genètic no és atacat. La radiació només causa excitació dels diversos estats vibracionals de la biologia molècules. El procediment també no és invasiu i indolor. En combinació amb altres mètodes funcionals, com MEG (magnetoencefalografia), fMRI (funcional imatges per ressonància magnètica), PET (tomografia per emissió de positrons), o SPECT (emissió d’un sol fotó tomografia assistida per ordinador), l’espectroscòpia infraroja propera pot imaginar bé l’activitat cerebral. A més, l'espectroscòpia d'infrarojos propers té un gran potencial monitoratge oxigen concentració en atenció crítica. Per exemple, un estudi a la Clínica de Cirurgia Cardíaca de Lübeck mostra que els riscos quirúrgics en cirurgia cardíaca es poden predir de manera més fiable que amb mètodes anteriors mitjançant la determinació de la saturació d’oxigen cerebral mitjançant NIRS. L'espectroscòpia d'infrarojos propers també ofereix bons resultats en altres aplicacions de cures intensives. Per exemple, també s’utilitza per controlar pacients crítics en unitats de cures intensives per evitar la hipòxia. En diversos estudis, NIRS es compara amb mètodes convencionals per a monitoratge. Els estudis mostren el potencial, però també les limitacions de l'espectroscòpia d'infrarojos propers. No obstant això, els avenços tècnics en la tècnica en els darrers anys han permès realitzar mesures cada vegada més complexes. Això permet que els processos metabòlics que tenen lloc en un teixit biològic es puguin registrar i imaginar cada vegada amb més precisió. L'espectroscòpia d'infrarojos propers tindrà un paper encara més important en medicina en el futur.
