ליד ספקטרוסקופיית אינפרא אדום

ה ליד ספקטרוסקופיית אינפרא אדום היא שיטת ניתוח המבוססת על ספיגת הקרינה האלקטרומגנטית בטווח האור הקצר-אינפרא אדום. יש לו מגוון רחב של שימושים בתחום הכימיה, טכנולוגיית המזון והרפואה. ברפואה מדובר, בין היתר, בשיטת הדמיה להצגת פעילות מוחית.

מה זה ליד ספקטרוסקופיה אינפרא אדום?

ספקטרוסקופיה כמעט אינפרא אדום, נקרא גם NIRS מקוצר, הוא תחום משנה של ספקטרוסקופיה אינפרא אדום (ספקטרוסקופיית IR). מבחינה פיזית, ספקטרוסקופיית IR מבוססת על קליטת קרינה אלקטרומגנטית באמצעות עירור של מצבי תנודה במולקולות וקבוצות אטומים.

ה- NIRS בוחן חומרים הסופגים בטווח התדרים בין 4,000 ל- 13,000 תנודות לסנטימטר. זה תואם לטווח אורך הגל בין 2500 ל- 760 ננומטר. בתחום זה, בעיקר ריגושים של מולקולות מים וקבוצות פונקציונליות כמו קבוצות הידרוקסיל, אמינו, קרבוקסיל ו- CH. אם קרינה אלקטרומגנטית בטווח תדרים זה פוגעת בחומרים המתאימים, התנודות נרגשות עם ספיגת פוטונים עם תדר אופייני. ספקטרום הקליטה נרשם לאחר שהקרינה עברה דרך הדגימה או משתקפת.

לאחר מכן ספקטרום זה מראה את הקליטה בצורה של קווים באורכי גל מסוימים. בשילוב עם שיטות ניתוח אחרות, ספקטרוסקופיית IR ובמיוחד ספקטרוסקופיה כמעט-אינפרא אדום יכולה להצהיר על המבנה המולקולרי של החומרים שנבדקו ובכך פותחת מגוון רחב של יישומים, החל מניתוחים כימיים ליישומים תעשייתיים וטכנולוגיית מזון וכלה ברפואה.

פונקציה, אפקט ומטרות

ספקטרוסקופיה כמעט אינפרא אדום משמשת ברפואה במשך 30 שנה. כאן הוא משמש, בין היתר, כשיטת הדמיה לקביעת פעילות המוח. בנוסף, ניתן להשתמש בו למדידת תכולת החמצן בדם, נפח הדם וזרימת הדם ברקמות שונות.

ההליך אינו פולשני וללא כאבים. היתרון של האור הקצר-אינפרא-אדום הקצר הוא חדירות הרקמה הטובה שלו, כך שהוא מיועד מראש לשימוש רפואי. בעזרת ספקטרוסקופיה כמעט-אינפרא אדום דרך הכיפה, נקבעת פעילות המוח באמצעות השינויים הדינמיים הנמדדים בתכולת החמצן בדם. הליך זה מבוסס על העיקרון של צימוד נוירווסקולרי. הצימוד הנוירווסקולרי מתבסס על העובדה ששינוי בפעילות המוח פירושו גם שינויים בדרישת האנרגיה וכך גם דרישת החמצן.

כל עלייה בפעילות המוח מצריכה גם ריכוז גבוה יותר של חמצן בדם, אשר נקבע על ידי ספקטרוסקופיה כמעט אינפרא אדום. המצע הקשור לחמצן בדם הוא המוגלובין. המוגלובין הוא צבע קשור לחלבון המופיע בשתי צורות שונות. יש המוגלובין מחומצן ומחומצן. זה אומר שהוא מחומצן או נטול חמצן. כאשר עוברים מצורה אחת לאחרת, צבעו משתנה. זה משפיע גם על העברת האור. דם חמצן מחלחל יותר לאור אינפרא אדום מאשר דם חסר חמצן.

כאשר האור האינפרא אדום עובר, ניתן לקבוע את ההבדלים בעומס החמצן. השינויים בספקטרום הקליטה מחושבים ומספקים מידע על פעילות המוח הנוכחית. על בסיס זה, NIRS משמשת כיום יותר ויותר כשיטת הדמיה להצגת פעילות מוחית. לפיכך, ספקטרוסקופיה כמעט-אינפרא אדום מאפשרת גם לחקור תהליכים קוגניטיביים, מכיוון שכל מחשבה מייצרת גם רמה גבוהה יותר של פעילות מוחית. ניתן גם לאתר את אזורי הפעילות המוגברת. שיטה זו מתאימה גם למימוש ממשק מחשב-מחשב אופטי. הממשק למחשבים המוחיים מייצג ממשק בין בני אדם למחשבים, אנשים עם מוגבלות פיזית נהנים במיוחד ממערכות אלה.

הם יכולים להשתמש במחשב כדי להפעיל פעולות מסוימות, כמו תנועת פרוטזות, עם כוח מחשבה טהור. תחומי יישום אחרים של NIRS ברפואה מתייחסים, בין היתר, לרפואת חירום. המכשירים עוקבים אחר אספקת החמצן ביחידות לטיפול נמרץ או לאחר פעולות. זה מבטיח תגובה מהירה במקרה של חוסר חמצן חריף. ספקטרוסקופיה כמעט אינפרא אדום מועיל גם לניטור הפרעות במחזור הדם או למיטוב אספקת החמצן לשרירים במהלך האימונים.

סיכונים, תופעות לוואי וסכנות

השימוש בספקטרוסקופיה כמעט אינפרא אדום הוא ללא בעיות ואינו גורם לתופעות לוואי. קרינה אינפרא אדום היא קרינה נמוכה באנרגיה שאינה פוגעת בחומרים חשובים מבחינה ביולוגית. גם האיפור הגנטי לא מותקף. הקרינה מגרה רק את מצבי הרטט השונים של מולקולות ביולוגיות. ההליך הוא גם לא פולשני וללא כאבים.

בשילוב עם שיטות פונקציונליות אחרות, כמו MEG (מגנטואנספלוגרפיה), fMRI (טומוגרפיה של תהודה מגנטית פונקציונלית), PET (טומוגרפיה של פליטת פוזיטרון) או SPECT (טומוגרפיה ממוחשבת פליטת פוטון בודדת), הספקטרוסקופיה כמעט-אינפרא אדום יכולה לדמיין היטב את פעילות המוח. יתר על כן, לספקטרוסקופיה כמעט אינפרא אדום יש פוטנציאל רב לפיקוח על ריכוז החמצן ברפואה לטיפול נמרץ. מחקר בקליניקה לניתוחי לב בלובק מראה כי ניתן לחזות בצורה מהימנה יותר סיכונים תפעוליים בניתוחי לב על ידי קביעת הרוויה בחמצן במוח בעזרת NIRS מאשר בשיטות קודמות.

ספקטרוסקופיה כמעט-אינפרא אדום מספקת תוצאות טובות גם ליישומי טיפול נמרץ אחרים. לדוגמה, הוא משמש גם לניטור חולים קשים ביחידות לטיפול נמרץ על מנת למנוע מחסור בחמצן. במחקרים שונים משווים את NIRS לשיטות ניטור קונבנציונאליות. המחקרים מראים את הפוטנציאל, אך גם את גבולות הספקטרוסקופיה הקרובה לאינפרא אדום.

עם זאת, ניתן לבצע מדידות מורכבות יותר ויותר עקב התפתחויות טכניות של התהליך בשנים האחרונות. זה מאפשר לתעד את התהליכים המטבוליים המתרחשים ברקמות ביולוגיות בצורה טובה יותר ויותר ולייצג אותם באופן גרפי. ספקטרוסקופיה כמעט-אינפרא אדום תמלא תפקיד גדול עוד יותר ברפואה בעתיד.