التحليل الطيفي الأشعة تحت الحمراء القريبة

ال التحليل الطيفي الأشعة تحت الحمراء القريبة هي طريقة تحليل تعتمد على امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق ضوء الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة. لها مجموعة واسعة من الاستخدامات في الكيمياء وتكنولوجيا الأغذية والطب. في الطب ، هو ، من بين أمور أخرى ، طريقة تصوير لعرض نشاط الدماغ.

ما هو التحليل الطيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء؟

مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة ، ويسمى أيضًا نيرس هي منطقة فرعية من مطيافية الأشعة تحت الحمراء (مطيافية الأشعة تحت الحمراء). فيزيائيًا ، يعتمد التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء على امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي من خلال إثارة حالات التذبذب في الجزيئات ومجموعات الذرات.

يفحص NIRS المواد التي تمتص في نطاق التردد من 4000 إلى 13000 اهتزاز لكل سم. يتوافق هذا مع مدى الطول الموجي من 2500 إلى 760 نانومتر.في هذا النطاق ، يتم تحفيز اهتزازات جزيئات الماء والمجموعات الوظيفية مثل مجموعات الهيدروكسيل والأمينو والكربوكسيل والميثان بشكل أساسي. إذا ضرب الإشعاع الكهرومغناطيسي في هذا النطاق الترددي المواد المقابلة ، فإن الاهتزازات تتأثر بامتصاص الفوتونات بتردد مميز. يتم تسجيل طيف الامتصاص بعد مرور الإشعاع عبر العينة أو انعكاسه.

ثم يوضح هذا الطيف الامتصاص في شكل خطوط عند أطوال موجية معينة. بالاقتران مع طرق التحليل الأخرى ، يمكن لمطياف الأشعة تحت الحمراء ، وعلى وجه الخصوص ، التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة أن يدلي ببيانات حول التركيب الجزيئي للمواد التي تم فحصها ، وبالتالي يفتح مجموعة واسعة من التطبيقات ، من التحليلات الكيميائية إلى تطبيقات التكنولوجيا الصناعية والغذائية إلى الطب.

الوظيفة والتأثير والأهداف

يُستخدم التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة في الطب منذ 30 عامًا. يتم استخدامه هنا ، من بين أشياء أخرى ، كطريقة تصوير لتحديد نشاط الدماغ. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدامه لقياس محتوى الأكسجين في الدم ، وحجم الدم وتدفق الدم في الأنسجة المختلفة.

هذا الإجراء غير جراحي وغير مؤلم. إن ميزة ضوء الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة هي نفاذية الأنسجة الجيدة ، لذا فهي مخصصة للاستخدام الطبي. باستخدام التحليل الطيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء من خلال غطاء الجمجمة ، يتم تحديد نشاط الدماغ من خلال التغيرات الديناميكية المقاسة في محتوى الأكسجين في الدم. يعتمد هذا الإجراء على مبدأ اقتران الأوعية الدموية العصبية. يعتمد اقتران الأوعية الدموية العصبية على حقيقة أن التغيرات في نشاط الدماغ تعني أيضًا تغييرات في متطلبات الطاقة وبالتالي أيضًا متطلبات الأكسجين.

تتطلب أي زيادة في نشاط الدماغ أيضًا تركيزًا أعلى للأكسجين في الدم ، والذي يتم تحديده بواسطة التحليل الطيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء. الركيزة المرتبطة بالأكسجين في الدم هي الهيموجلوبين. الهيموغلوبين هو صبغة مرتبطة بالبروتين تحدث في شكلين مختلفين. هناك الهيموجلوبين المؤكسج وغير المؤكسج. هذا يعني أنه إما مؤكسج أو خالي من الأكسجين. عند الانتقال من شكل إلى آخر ، يتغير لونه. هذا يؤثر أيضًا على انتقال الضوء. الدم المؤكسج أكثر نفاذاً للأشعة تحت الحمراء من الدم الذي يعاني من نقص الأكسجين.

عندما يمر ضوء الأشعة تحت الحمراء ، يمكن تحديد الاختلافات في حمل الأكسجين. يتم حساب التغييرات في أطياف الامتصاص وتوفير معلومات حول نشاط الدماغ الحالي. على هذا الأساس ، يتم الآن استخدام NIRS بشكل متزايد كطريقة تصوير لعرض نشاط الدماغ. وبالتالي ، يتيح التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة أيضًا التحقيق في العمليات الإدراكية ، لأن كل فكرة تولد أيضًا مستوى أعلى من نشاط الدماغ. من الممكن أيضًا تحديد مناطق النشاط المتزايد. هذه الطريقة مناسبة أيضًا لتحقيق واجهة بصرية بين الدماغ والكمبيوتر. تمثل الواجهة بين الدماغ والحاسوب واجهة بين البشر وأجهزة الكمبيوتر ، ويستفيد المعاقون جسديًا بشكل خاص من هذه الأنظمة.

يمكنهم استخدام الكمبيوتر لبدء إجراءات معينة ، مثل حركة الأطراف الاصطناعية ، بقوة تفكير خالصة. المجالات الأخرى لتطبيق NIRS في الطب تتعلق ، من بين أمور أخرى ، بطب الطوارئ. تقوم الأجهزة بمراقبة إمداد الأكسجين في وحدات العناية المركزة أو بعد العمليات. هذا يضمن رد فعل سريع في حالة النقص الحاد في الأكسجين. يعتبر التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة مفيدًا أيضًا في مراقبة اضطرابات الدورة الدموية أو لتحسين إمداد الأكسجين للعضلات أثناء التدريب.

المخاطر والآثار الجانبية والأخطار

استخدام التحليل الطيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء خالي من المشاكل ولا يسبب أي آثار جانبية. الأشعة تحت الحمراء هي إشعاع منخفض الطاقة ولا يضر بمواد مهمة من الناحية البيولوجية. لا يتم مهاجمة التركيب الجيني أيضًا. يحفز الإشعاع الحالات الاهتزازية المختلفة للجزيئات البيولوجية فقط. الإجراء أيضًا غير جراحي وغير مؤلم.

بالاقتران مع طرق وظيفية أخرى مثل MEG (التصوير الدماغي المغنطيسي) ، التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (التصوير المقطعي بالرنين المغناطيسي الوظيفي) ، PET (التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني) أو SPECT (التصوير المقطعي المحوسب بانبعاث فوتون واحد) ، يمكن لمطياف الأشعة تحت الحمراء القريب تصور أنشطة الدماغ بشكل جيد. علاوة على ذلك ، فإن التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة لديه إمكانات كبيرة لمراقبة تركيز الأكسجين في طب العناية المركزة. على سبيل المثال ، أظهرت دراسة في عيادة جراحة القلب في لوبيك أنه يمكن التنبؤ بالمخاطر التشغيلية في جراحة القلب بشكل أكثر موثوقية من خلال تحديد تشبع الأكسجين في الدماغ باستخدام NIRS مقارنة بالطرق السابقة.

يوفر التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة أيضًا نتائج جيدة لتطبيقات العناية المركزة الأخرى. على سبيل المثال ، يتم استخدامه أيضًا لمراقبة المرضى المصابين بأمراض خطيرة في وحدات العناية المركزة من أجل تجنب نقص الأكسجين. في دراسات مختلفة ، تمت مقارنة NIRS بطرق المراقبة التقليدية. تُظهر الدراسات إمكانات التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة ، ولكن أيضًا حدودها.

ومع ذلك ، يمكن إجراء المزيد والمزيد من القياسات المعقدة بسبب التطورات التقنية للعملية في السنوات الأخيرة. يتيح ذلك تسجيل عمليات التمثيل الغذائي التي تحدث في الأنسجة البيولوجية بشكل أفضل وأفضل وتمثيلها بيانياً. سيلعب التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة دورًا أكبر في الطب في المستقبل.