Spektroskopi inframerah dekat

Itu Spektroskopi inframerah dekat adalah metode analisis yang didasarkan pada penyerapan radiasi elektromagnetik dalam rentang cahaya inframerah gelombang pendek. Ini memiliki berbagai kegunaan dalam kimia, teknologi makanan dan obat-obatan. Dalam kedokteran, salah satunya adalah metode pencitraan untuk menampilkan aktivitas otak.

Apa itu spektroskopi inframerah dekat?

Spektroskopi inframerah-dekat, juga disebut NIRS disingkat, adalah sub-area dari spektroskopi inframerah (spektroskopi IR). Secara fisik, spektroskopi IR didasarkan pada penyerapan radiasi elektromagnetik melalui eksitasi keadaan osilasi dalam molekul dan kelompok atom.

NIRS memeriksa bahan yang menyerap dalam rentang frekuensi dari 4.000 hingga 13.000 getaran per cm. Ini sesuai dengan rentang panjang gelombang dari 2500 hingga 760 nm. Dalam kisaran ini, getaran molekul air dan gugus fungsi seperti gugus hidroksil, amino, karboksil, dan CH terutama tereksitasi. Jika radiasi elektromagnetik dalam rentang frekuensi ini mengenai zat yang sesuai, getarannya akan tereksitasi dengan penyerapan foton dengan frekuensi karakteristik. Spektrum absorpsi dicatat setelah radiasi melewati sampel atau dipantulkan.

Spektrum ini kemudian menunjukkan absorpsi berupa garis-garis pada panjang gelombang tertentu. Dalam kombinasi dengan metode analisis lain, spektroskopi IR dan, khususnya, spektroskopi inframerah dekat dapat membuat pernyataan tentang struktur molekul zat yang diperiksa dan dengan demikian membuka berbagai aplikasi, dari analisis kimia hingga aplikasi teknologi industri dan makanan hingga obat-obatan.

Fungsi, efek & tujuan

Spektroskopi inframerah-dekat telah digunakan dalam pengobatan selama 30 tahun. Di sini digunakan, antara lain, sebagai metode pencitraan untuk menentukan aktivitas otak. Selain itu, dapat digunakan untuk mengukur kandungan oksigen dalam darah, volume darah dan aliran darah di berbagai jaringan.

Prosedurnya non-invasif dan tidak menimbulkan rasa sakit. Keuntungan dari sinar infra merah gelombang pendek adalah permeabilitas jaringannya yang baik, sehingga sudah ditakdirkan untuk keperluan medis. Menggunakan spektroskopi inframerah-dekat melalui kopiah, aktivitas otak ditentukan melalui perubahan dinamis terukur dalam kandungan oksigen dalam darah. Prosedur ini didasarkan pada prinsip kopling neurovaskular. Hubungan neurovaskular didasarkan pada fakta bahwa perubahan aktivitas otak juga berarti perubahan dalam kebutuhan energi dan dengan demikian juga kebutuhan oksigen.

Setiap peningkatan aktivitas otak juga membutuhkan konsentrasi oksigen yang lebih tinggi dalam darah, yang ditentukan dengan spektroskopi inframerah-dekat. Substrat pengikat oksigen dalam darah adalah hemoglobin. Hemoglobin adalah pewarna terikat protein yang terjadi dalam dua bentuk berbeda. Ada hemoglobin beroksigen dan terdeoksigenasi. Itu berarti itu oksigen atau bebas oksigen. Saat berpindah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, warnanya berubah. Ini juga mempengaruhi transmisi cahaya. Darah beroksigen lebih mudah ditembus cahaya infra merah daripada darah yang kekurangan oksigen.

Ketika sinar infra merah melewatinya, perbedaan beban oksigen dapat ditentukan. Perubahan dalam spektrum absorpsi dihitung dan memberikan informasi tentang aktivitas otak saat ini. Atas dasar ini, NIRS kini semakin banyak digunakan sebagai metode pencitraan untuk menampilkan aktivitas otak. Jadi, spektroskopi inframerah-dekat juga memungkinkan penyelidikan proses kognitif, karena setiap pikiran juga menghasilkan tingkat aktivitas otak yang lebih tinggi. Dimungkinkan juga untuk menemukan area aktivitas yang meningkat. Metode ini juga cocok untuk mewujudkan antarmuka optik otak-komputer. Antarmuka otak-komputer merepresentasikan antarmuka antara manusia dan komputer. Orang-orang yang memiliki keterbatasan fisik mendapat manfaat dari sistem ini.

Mereka dapat menggunakan komputer untuk memicu tindakan tertentu, seperti gerakan prostesis, dengan kekuatan pikiran murni. Bidang penerapan NIRS lainnya dalam dunia kedokteran antara lain terkait dengan pengobatan darurat. Perangkat memantau suplai oksigen di unit perawatan intensif atau setelah operasi. Ini memastikan reaksi cepat jika terjadi kekurangan oksigen yang akut. Spektroskopi inframerah-dekat juga berguna untuk memantau gangguan peredaran darah atau untuk mengoptimalkan suplai oksigen ke otot selama latihan.

Resiko, efek samping & bahaya

Penggunaan spektroskopi inframerah dekat bebas masalah dan tidak menimbulkan efek samping. Radiasi infra merah adalah radiasi berenergi rendah yang tidak merusak zat penting secara biologis. Susunan genetik juga tidak diserang. Radiasi hanya menstimulasi berbagai keadaan getaran molekul biologis. Prosedurnya juga non-invasif dan tidak menimbulkan rasa sakit.

Dalam kombinasi dengan metode fungsional lain, seperti MEG (magnetoencephalography), fMRI (functional magnetic resonance tomography), PET (positron emission tomography) atau SPECT (single-photon emission computed tomography), spektroskopi inframerah dekat dapat menggambarkan aktivitas otak dengan baik. Selain itu, spektroskopi inframerah-dekat memiliki potensi besar untuk memantau konsentrasi oksigen dalam pengobatan perawatan intensif. Sebuah studi di Clinic for Cardiac Surgery di Lübeck menunjukkan bahwa risiko operasional dalam operasi jantung dapat diprediksi lebih andal dengan menentukan saturasi oksigen otak dengan bantuan NIRS dibandingkan dengan metode sebelumnya.

Spektroskopi inframerah-dekat juga memberikan hasil yang baik untuk aplikasi perawatan intensif lainnya. Misalnya, alat ini juga digunakan untuk memantau pasien yang sakit parah di unit perawatan intensif untuk mencegah kekurangan oksigen. Dalam berbagai penelitian, NIRS dibandingkan dengan metode pemantauan konvensional. Studi menunjukkan potensi, tetapi juga batas spektroskopi inframerah dekat.

Namun, pengukuran yang semakin kompleks dapat dilakukan karena perkembangan teknis proses tersebut dalam beberapa tahun terakhir. Hal ini memungkinkan proses metabolisme yang terjadi di jaringan biologis untuk dicatat dengan lebih baik dan lebih baik serta menampilkannya secara grafis. Spektroskopi inframerah-dekat akan memainkan peran yang lebih besar dalam pengobatan di masa depan.