La spectroscopie proche infrarouge est une méthode analytique basée sur la absorption of un rayonnement électromagnétique dans le domaine de la lumière infrarouge à ondes courtes. Il a de nombreuses applications en chimie, en technologie alimentaire et en médecine. En médecine, il s'agit, entre autres, d'une méthode d'imagerie pour montrer cerveau activité.
Qu'est-ce que la spectroscopie proche infrarouge?
En médecine, la spectroscopie proche infrarouge est, entre autres, une technique d'imagerie pour montrer cerveau activité. La spectroscopie proche infrarouge, également abrégée NIRS, est une branche de la spectroscopie infrarouge (spectroscopie IR). Physiquement, la spectroscopie IR est basée sur la absorption of un rayonnement électromagnétique par excitation d'états vibrationnels dans molécules et des groupes d'atomes. NIRS examine les matériaux qui absorbent dans la gamme de fréquences de 4,000 13,000 à 2500 760 vibrations par cm. Cela correspond à la gamme de longueurs d'onde de XNUMX à XNUMX nm. Dans cette gamme, les vibrations de d'eau molécules et les groupes fonctionnels, tels que le groupe hydroxyle, amino, carboxyle ainsi que le groupe CH, sont principalement excités. Lorsque un rayonnement électromagnétique de cette gamme de fréquences frappe les substances correspondantes, l'excitation des vibrations se produit avec absorption de photons avec une fréquence caractéristique. Une fois que le rayonnement a traversé l'échantillon ou a été réfléchi, le spectre d'absorption est enregistré. Ce spectre montre alors les absorptions sous forme de raies à des longueurs d'onde spécifiques. En combinaison avec d'autres techniques analytiques, la spectroscopie IR et, en particulier, la spectroscopie dans le proche infrarouge peuvent fournir des informations sur la structure moléculaire des substances étudiées, ouvrant un large éventail d'applications allant de l'analyse chimique aux applications industrielles et alimentaires en passant par la médecine.
Fonction, effet et objectifs
La spectroscopie proche infrarouge est déjà utilisée en médecine depuis 30 ans. Ici, il sert, entre autres, de méthode d'imagerie dans la détermination de cerveau activité. De plus, il peut être utilisé pour mesurer la oxygène contenu de la sang, du sang le volumeet la circulation sanguine dans divers tissus. La procédure est non invasive et indolore. L'avantage de la lumière infrarouge à ondes courtes est sa bonne perméabilité tissulaire, ce qui la rend pratiquement prédestinée à une application médicale. En utilisant la spectroscopie proche infrarouge à travers la calotte, l'activité cérébrale est déterminée par les changements dynamiques mesurés de la oxygène contenu dans le sang. Cette méthode est basée sur le principe du couplage neurovasculaire. Le couplage neurovasculaire est basé sur le fait que les changements dans l'activité cérébrale signifient également des changements dans la demande d'énergie et donc oxygène demande. Toute augmentation de l'activité cérébrale nécessite également un concentration d'oxygène dans le sang, tel que déterminé par spectroscopie dans le proche infrarouge. Le substrat de liaison à l'oxygène dans le sang est hémoglobine. Hémoglobine est un pigment lié aux protéines qui se présente sous deux formes d'état différentes. Il est oxygéné et désoxygéné hémoglobine. Cela signifie qu'il est soit oxygéné, soit désoxygéné. Lorsqu'il change d'une forme à l'autre, sa couleur change. Cela affecte également la transmission de la lumière. Le sang oxygéné est plus transparent à la lumière infrarouge que le sang appauvri en oxygène. Ainsi, lorsque la lumière infrarouge passe à travers, les différences de charge en oxygène peuvent être déterminées. Les changements dans les spectres d'absorption sont calculés et offrent des conclusions sur l'activité cérébrale instantanée. Sur cette base, le NIRS est maintenant de plus en plus utilisé comme technique d'imagerie pour visualiser l'activité cérébrale. Ainsi, la spectroscopie proche infrarouge permet également l'étude des processus cognitifs, car chaque pensée génère également une activité cérébrale plus élevée. Il est également possible de localiser les zones d'activité accrue. Cette méthode convient également à la réalisation d'une interface optique cerveau-ordinateur. L'interface cerveau-ordinateur représente une interface entre les humains et les ordinateurs. Les personnes handicapées physiques bénéficient en particulier de ces systèmes. Par exemple, ils peuvent déclencher certaines actions via l'ordinateur avec un pouvoir de pensée pur, comme le mouvement des prothèses. D'autres applications du NIRS en médecine comprennent médecine d'urgence. Par exemple, les appareils surveillent l'apport d'oxygène dans les unités de soins intensifs ou après les opérations, ce qui garantit une réponse rapide en cas de carence aiguë en oxygène. La spectroscopie proche infrarouge fonctionne également bien dans Stack monitoring troubles circulatoires ou l'optimisation de l'apport d'oxygène au muscle pendant l'exercice.
Risques, effets secondaires et dangers
L'utilisation de la spectroscopie proche infrarouge est sans problème et ne provoque aucun effet secondaire. Rayonnement infrarouge est un rayonnement de faible énergie qui ne conduire à tout dommage causé à des substances biologiquement importantes. Même le matériel génétique n'est pas attaqué. Le rayonnement ne provoque que l'excitation des différents états vibrationnels de la molécules. La procédure est également non invasive et indolore. En combinaison avec d'autres méthodes fonctionnelles, telles que MEG (magnétoencéphalographie), IRMf (fonctionnelle imagerie par résonance magnétique), ANIMAUX (tomographie par émission de positrons), ou SPECT (émission de photons uniques tomodensitométrie), la spectroscopie proche infrarouge permet de bien visualiser l'activité cérébrale. En outre, la spectroscopie proche infrarouge a un grand potentiel Stack monitoring oxygène concentration en soins intensifs. Par exemple, une étude de la Clinique de chirurgie cardiaque de Lübeck montre que les risques chirurgicaux en chirurgie cardiaque peuvent être prédits de manière plus fiable qu'avec les méthodes précédentes en déterminant la saturation cérébrale en oxygène à l'aide du NIRS. La spectroscopie proche infrarouge donne également de bons résultats dans d'autres applications de soins intensifs. Par exemple, il est également utilisé pour surveiller les patients gravement malades dans les unités de soins intensifs afin d'éviter l'hypoxie. Dans diverses études, le NIRS est comparé aux méthodes conventionnelles pour Stack monitoring. Les études montrent le potentiel, mais aussi les limites de la spectroscopie proche infrarouge. Cependant, les progrès techniques de la technique ces dernières années ont permis d'effectuer des mesures de plus en plus complexes. Cela permet d'enregistrer et d'imager de plus en plus précisément les processus métaboliques qui se déroulent dans un tissu biologique. La spectroscopie proche infrarouge jouera un rôle encore plus grand en médecine à l'avenir.
