สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรด

สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรด เป็นวิธีการวิเคราะห์โดยอาศัยการดูดกลืนรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงของแสงอินฟราเรดคลื่นสั้น มีการใช้งานที่หลากหลายในด้านเคมีเทคโนโลยีการอาหารและการแพทย์ ในทางการแพทย์เป็นวิธีการถ่ายภาพเพื่อแสดงการทำงานของสมอง

สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดคืออะไร?

สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดเรียกอีกอย่างว่า NIRS ย่อเป็นพื้นที่ย่อยของอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (IR spectroscopy) ในทางกายภาพ IR สเปกโทรสโกปีขึ้นอยู่กับการดูดกลืนรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านการกระตุ้นของสถานะการสั่นในโมเลกุลและกลุ่มอะตอม

ที่ NIRS จะตรวจสอบวัสดุที่ดูดซับในช่วงความถี่ตั้งแต่ 4,000 ถึง 13,000 การสั่นสะเทือนต่อซม. ซึ่งสอดคล้องกับช่วงความยาวคลื่น 2500 ถึง 760 นาโนเมตรในช่วงนี้การสั่นสะเทือนของโมเลกุลของน้ำและหมู่ฟังก์ชันเช่นกลุ่มไฮดรอกซิลอะมิโนคาร์บอกซิลและ CH ส่วนใหญ่จะตื่นเต้น หากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่นี้กระทบกับสารที่เกี่ยวข้องการสั่นสะเทือนจะถูกกระตุ้นด้วยการดูดซับโฟตอนด้วยความถี่ลักษณะเฉพาะ สเปกตรัมการดูดกลืนจะถูกบันทึกหลังจากที่รังสีผ่านตัวอย่างหรือสะท้อนออกมา

จากนั้นสเปกตรัมนี้จะแสดงการดูดซับในรูปแบบของเส้นที่ความยาวคลื่นบางช่วง เมื่อใช้ร่วมกับวิธีการวิเคราะห์อื่น ๆ สเปกโทรสโกปี IR และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดสามารถสร้างข้อความเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุลของสารที่กำลังตรวจสอบได้ดังนั้นจึงเป็นการเปิดแอปพลิเคชันที่หลากหลายตั้งแต่การวิเคราะห์ทางเคมีไปจนถึงการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีอาหารและยา

ฟังก์ชั่นผลและเป้าหมาย

สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์เป็นเวลา 30 ปี ที่นี่มีการใช้เป็นวิธีการถ่ายภาพเพื่อกำหนดการทำงานของสมอง นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อวัดปริมาณออกซิเจนในเลือดปริมาณเลือดและการไหลเวียนของเลือดในเนื้อเยื่อต่างๆ

ขั้นตอนนี้ไม่รุกรานและไม่เจ็บปวด ข้อได้เปรียบของแสงอินฟราเรดคลื่นสั้นคือความสามารถในการซึมผ่านของเนื้อเยื่อได้ดีจึงถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ การใช้สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดผ่านกะโหลกศีรษะการทำงานของสมองจะพิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกที่วัดได้ของปริมาณออกซิเจนในเลือด ขั้นตอนนี้เป็นไปตามหลักการของ neurovascular coupling การมีเพศสัมพันธ์ของระบบประสาทขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงของการทำงานของสมองยังหมายถึงการเปลี่ยนแปลงความต้องการพลังงานและความต้องการออกซิเจนด้วย

การเพิ่มขึ้นของการทำงานของสมองจะต้องมีความเข้มข้นของออกซิเจนในเลือดสูงขึ้นซึ่งกำหนดโดยสเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรด สารตั้งต้นที่จับกับออกซิเจนในเลือดคือฮีโมโกลบิน เฮโมโกลบินเป็นสีย้อมโปรตีนที่เกิดขึ้นในสองรูปแบบที่แตกต่างกัน มีฮีโมโกลบินที่ให้ออกซิเจนและ deoxygenated นั่นหมายความว่าไม่มีออกซิเจนหรือไม่มีออกซิเจน เมื่อย้ายจากรูปร่างหนึ่งไปยังอีกรูปร่างหนึ่งสีของมันจะเปลี่ยนไป นอกจากนี้ยังมีผลต่อการส่งผ่านของแสง เลือดที่มีออกซิเจนสามารถซึมผ่านแสงอินฟราเรดได้มากกว่าเลือดที่ขาดออกซิเจน

เมื่อแสงอินฟราเรดผ่านสามารถกำหนดความแตกต่างของการโหลดออกซิเจนได้ การเปลี่ยนแปลงของสเปกตรัมการดูดซึมจะคำนวณและให้ข้อมูลเกี่ยวกับการทำงานของสมองในปัจจุบัน บนพื้นฐานนี้ NIRS ถูกนำมาใช้เป็นวิธีการถ่ายภาพเพื่อแสดงการทำงานของสมองมากขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นสเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดยังช่วยให้สามารถตรวจสอบกระบวนการทางความคิดได้เนื่องจากทุกความคิดจะสร้างกิจกรรมของสมองในระดับที่สูงขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถค้นหาพื้นที่ของกิจกรรมที่เพิ่มขึ้น วิธีนี้ยังเหมาะสำหรับการใช้อินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมองด้วยแสง อินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมองแสดงถึงการติดต่อระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ผู้พิการทางร่างกายจะได้รับประโยชน์จากระบบเหล่านี้เป็นพิเศษ

พวกเขาสามารถใช้พลังแห่งความคิดเพื่อกระตุ้นให้เกิดการกระทำบางอย่างผ่านทางคอมพิวเตอร์เช่นการเคลื่อนย้ายขาเทียม พื้นที่อื่น ๆ ของการใช้ NIRS ในการแพทย์เกี่ยวข้องกับการแพทย์ฉุกเฉิน อุปกรณ์ตรวจสอบปริมาณออกซิเจนในห้องผู้ป่วยหนักหรือหลังการผ่าตัด สิ่งนี้ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วในกรณีที่ขาดออกซิเจนอย่างเฉียบพลัน สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดยังมีประโยชน์สำหรับการตรวจสอบความผิดปกติของการไหลเวียนโลหิตหรือเพิ่มประสิทธิภาพการจัดหาออกซิเจนไปยังกล้ามเนื้อในระหว่างการฝึก

ความเสี่ยงผลข้างเคียงและอันตราย

การใช้สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดนั้นปราศจากปัญหาและไม่ก่อให้เกิดผลข้างเคียงใด ๆ รังสีอินฟราเรดเป็นรังสีพลังงานต่ำที่ไม่ทำลายสารสำคัญทางชีวภาพ การแต่งหน้าทางพันธุกรรมยังไม่ถูกโจมตี รังสีจะกระตุ้นสถานะการสั่นสะเทือนต่างๆของโมเลกุลทางชีววิทยาเท่านั้น ขั้นตอนนี้ยังไม่รุกรานและไม่เจ็บปวด

เมื่อใช้ร่วมกับวิธีการทำงานอื่น ๆ เช่น MEG (magnetoencephalography), fMRI (เอกซ์เรโซแนนซ์แม่เหล็กที่ใช้งานได้), PET (เอกซเรย์ปล่อยโพซิตรอน) หรือ SPECT (การตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบปล่อยโฟตอนเดี่ยว) สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดสามารถอธิบายกิจกรรมของสมองได้ดี นอกจากนี้สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดยังมีศักยภาพที่ดีในการตรวจสอบความเข้มข้นของออกซิเจนในยาผู้ป่วยหนัก การศึกษาที่คลินิกสำหรับการผ่าตัดหัวใจในลือเบคแสดงให้เห็นว่าความเสี่ยงในการผ่าตัดในการผ่าตัดหัวใจสามารถทำนายได้อย่างน่าเชื่อถือมากขึ้นโดยพิจารณาความอิ่มตัวของออกซิเจนในสมองโดยใช้ NIRS มากกว่าวิธีการก่อนหน้านี้

สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดยังให้ผลลัพธ์ที่ดีสำหรับการใช้งานผู้ป่วยหนักอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นใช้ในการติดตามผู้ป่วยหนักในห้องผู้ป่วยหนักเพื่อป้องกันการขาดออกซิเจน ในการศึกษาต่างๆ NIRS ถูกเปรียบเทียบกับวิธีการตรวจสอบทั่วไป การศึกษาแสดงให้เห็นถึงศักยภาพ แต่ยังรวมถึงข้อ จำกัด ของสเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดด้วย

อย่างไรก็ตามการวัดที่ซับซ้อนมากขึ้นสามารถทำได้เนื่องจากการพัฒนาทางเทคนิคของกระบวนการในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สิ่งนี้ช่วยให้กระบวนการเผาผลาญที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อชีวภาพสามารถบันทึกได้ดีขึ้นและดีขึ้นและแสดงเป็นภาพกราฟิกได้ สเปกโทรสโกปีใกล้อินฟราเรดจะมีบทบาทมากขึ้นในการแพทย์ในอนาคต