Quang phổ cận hồng ngoại là một phương pháp phân tích dựa trên hấp thụ of bức xạ điện từ trong phạm vi của ánh sáng hồng ngoại sóng ngắn. Nó có nhiều ứng dụng trong hóa học, công nghệ thực phẩm và y học. Trong y học, nó là một phương pháp hình ảnh để hiển thị não Hoạt động.
Quang phổ cận hồng ngoại là gì?
Trong y học, quang phổ hồng ngoại gần, trong số những thứ khác, là một kỹ thuật hình ảnh để hiển thị não Hoạt động. Quang phổ cận hồng ngoại, còn được viết tắt là NIRS, là một nhánh của phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR spectroscopy). Về mặt vật lý, quang phổ IR dựa trên hấp thụ of bức xạ điện từ bằng cách kích thích các trạng thái dao động trong phân tử và các nhóm nguyên tử. NIRS kiểm tra các vật liệu hấp thụ trong dải tần từ 4,000 đến 13,000 dao động mỗi cm. Điều này tương ứng với dải bước sóng từ 2500 đến 760 nm. Trong phạm vi này, dao động của nước phân tử và các nhóm chức, chẳng hạn như hydroxyl, amino, cacboxyl cũng như nhóm CH, là chủ yếu được kích thích. Khi nào bức xạ điện từ của dải tần số này chạm vào các chất tương ứng, sự kích thích của dao động xảy ra với hấp thụ của các photon có tần số đặc trưng. Sau khi bức xạ đi qua mẫu hoặc bị phản xạ, phổ hấp thụ được ghi lại. Quang phổ này sau đó cho thấy sự hấp thụ ở dạng vạch ở các bước sóng cụ thể. Kết hợp với các kỹ thuật phân tích khác, quang phổ IR và đặc biệt là quang phổ cận hồng ngoại có thể cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử của các chất được khảo sát, mở ra một loạt các ứng dụng từ phân tích hóa học đến các ứng dụng công nghiệp và thực phẩm cho đến y học.
Chức năng, tác dụng và mục tiêu
Quang phổ cận hồng ngoại đã được sử dụng trong y học trong 30 năm. Ở đây, nó phục vụ, trong số những thứ khác, như một phương pháp hình ảnh trong việc xác định não Hoạt động. Hơn nữa, nó có thể được sử dụng để đo lường ôxy nội dung của máu, máu khối lượng, và máu chảy trong các mô khác nhau. Thủ tục không xâm lấn và không đau. Ưu điểm của ánh sáng hồng ngoại sóng ngắn là khả năng thẩm thấu mô tốt, khiến nó hầu như được ứng dụng trong y tế. Sử dụng quang phổ hồng ngoại gần qua nắp sọ, hoạt động của não được xác định bằng những thay đổi động lực học đo được của ôxy nội dung trong máu. Phương pháp này dựa trên nguyên lý nối mạch thần kinh. Khớp nối thần kinh dựa trên thực tế là những thay đổi trong hoạt động của não cũng có nghĩa là những thay đổi về nhu cầu năng lượng và do đó ôxy nhu cầu. Bất kỳ sự gia tăng hoạt động nào của não cũng đòi hỏi một tập trung oxy trong máu, được xác định bằng quang phổ cận hồng ngoại. Cơ chất liên kết oxy trong máu là huyết cầu tố. Huyết sắc tố là một sắc tố liên kết với protein xảy ra ở hai dạng trạng thái khác nhau. Có oxy và khử oxy huyết cầu tố. Điều này có nghĩa là nó được oxy hóa hoặc khử oxy. Khi nó chuyển từ dạng này sang dạng khác, màu sắc của nó sẽ thay đổi. Điều này cũng ảnh hưởng đến sự truyền của ánh sáng. Máu được cung cấp oxy trong suốt hơn với ánh sáng hồng ngoại so với máu thiếu oxy. Do đó, khi ánh sáng hồng ngoại đi qua, có thể xác định được sự khác biệt trong việc nạp oxy. Những thay đổi trong quang phổ hấp thụ được tính toán và đưa ra kết luận về hoạt động tức thời của não. Trên cơ sở này, NIRS ngày nay được sử dụng ngày càng nhiều như một kỹ thuật hình ảnh để hình dung hoạt động của não. Do đó, quang phổ cận hồng ngoại cũng cho phép nghiên cứu các quá trình nhận thức, bởi vì mọi suy nghĩ cũng tạo ra hoạt động não cao hơn. Cũng có thể khoanh vùng các khu vực hoạt động gia tăng. Phương pháp này cũng thích hợp để thực hiện giao diện máy tính-não quang học. Giao diện não-máy tính đại diện cho một giao diện giữa con người và máy tính. Những người khuyết tật đặc biệt được hưởng lợi từ các hệ thống này. Ví dụ, họ có thể kích hoạt một số hành động thông qua máy tính với sức mạnh suy nghĩ thuần túy, chẳng hạn như chuyển động của các bộ phận giả. Các ứng dụng khác của NIRS trong y học bao gồm thuốc khẩn cấp. Ví dụ, các thiết bị giám sát việc cung cấp oxy trong các đơn vị chăm sóc đặc biệt hoặc sau khi hoạt động, điều này đảm bảo phản ứng nhanh chóng trong trường hợp thiếu oxy cấp tính. Quang phổ cận hồng ngoại cũng hoạt động tốt trong giám sát rối loạn tuần hoàn hoặc tối ưu hóa việc cung cấp oxy cho cơ trong quá trình tập luyện.
Rủi ro, tác dụng phụ và nguy cơ
Việc sử dụng quang phổ hồng ngoại gần không gặp rắc rối và không gây ra tác dụng phụ. Bức xạ hồng ngoại là một bức xạ năng lượng thấp không dẫn đối với bất kỳ thiệt hại nào đối với các chất quan trọng về mặt sinh học. Ngay cả vật chất di truyền cũng không bị tấn công. Bức xạ chỉ gây ra sự kích thích các trạng thái dao động khác nhau của phân tử. Thủ tục này cũng không xâm lấn và không đau. Kết hợp với các phương pháp chức năng khác, chẳng hạn như MEG (từ tính não), fMRI (chức năng chụp cộng hưởng từ), VẬT NUÔI (Chụp cắt lớp phát xạ positron), hoặc SPECT (phát xạ photon đơn lẻ Chụp cắt lớp vi tính), quang phổ cận hồng ngoại có thể hình ảnh tốt hoạt động của não. Hơn nữa, quang phổ cận hồng ngoại có tiềm năng lớn trong giám sát ôxy tập trung đang được chăm sóc đặc biệt. Ví dụ, một nghiên cứu tại Phòng khám phẫu thuật tim ở Lübeck cho thấy rủi ro phẫu thuật trong phẫu thuật tim có thể được dự đoán đáng tin cậy hơn so với các phương pháp trước đây bằng cách xác định độ bão hòa oxy não bằng NIRS. Quang phổ hồng ngoại gần cũng mang lại kết quả tốt trong các ứng dụng chăm sóc đặc biệt khác. Ví dụ, nó cũng được sử dụng để theo dõi bệnh nhân nặng trong các đơn vị chăm sóc đặc biệt để ngăn chặn tình trạng thiếu oxy. Trong các nghiên cứu khác nhau, NIRS được so sánh với các phương pháp thông thường để giám sát. Các nghiên cứu cho thấy tiềm năng nhưng cũng có những hạn chế của quang phổ cận hồng ngoại. Tuy nhiên, những tiến bộ kỹ thuật trong kỹ thuật trong những năm gần đây đã giúp thực hiện các phép đo ngày càng phức tạp. Điều này cho phép các quá trình trao đổi chất diễn ra trong một mô sinh học được ghi lại và chụp ảnh chính xác hơn bao giờ hết. Quang phổ cận hồng ngoại sẽ đóng một vai trò lớn hơn nữa trong y học trong tương lai.
