近赤外分光法は、 吸収 of 電磁放射 短波赤外光の範囲で。 化学、食品技術、医学に多くの用途があります。 医学では、それは、とりわけ、表示するための画像化方法です 脳 活動。
近赤外分光法とは何ですか？
医学では、近赤外分光法は、とりわけ、表示するための画像技術です 脳 アクティビティ。 近赤外分光法（NIRSとも略される）は、赤外分光法（IR分光法）の一分野です。 物理的に、IR分光法はに基づいています 吸収 of 電磁放射 の振動状態の励起による と原子のグループ。 NIRSは、4,000 cmあたり13,000〜2500の振動の周波数範囲で吸収する材料を調べます。 これは、760〜XNUMXnmの波長範囲に対応します。 この範囲では、の振動 水 ヒドロキシル、アミノ、カルボキシル、CH基などの官能基が主に励起されます。 いつ 電磁放射 この周波数範囲のが対応する物質に当たると、振動の励起が発生します 吸収 特徴的な周波数を持つ光子の。 放射線がサンプルを通過した後、または反射された後、吸収スペクトルが記録されます。 このスペクトルは、特定の波長での線の形で吸収を示します。 他の分析技術と組み合わせて、IR分光法、特に近赤外分光法は、調査中の物質の分子構造に関する情報を提供し、化学分析から産業および食品用途、医学まで幅広い用途を開きます。
機能、効果、目標
近赤外分光法はすでに30年間医学で使用されています。 ここでは、とりわけ、それは、の決定における画像化方法として役立つ。 脳 アクティビティ。 さらに、それは測定するために使用することができます 酸素 の内容 血、 血液 ボリューム、およびさまざまな組織の血流。 手順は非侵襲的で痛みがありません。 短波赤外光の利点は、その優れた組織透過性であり、事実上、医療用途に向けられています。 スカルキャップを介した近赤外分光法を使用して、脳の活動は、測定された動的変化によって決定されます 酸素 のコンテンツ 血。 この方法は、神経血管カップリングの原理に基づいています。 神経血管カップリングは、脳活動の変化がエネルギー需要の変化も意味するという事実に基づいています。 酸素 要求する。 脳活動の増加はまたより高い必要があります 濃度 酸素の 血、近赤外分光法によって決定されます。 血液中の酸素結合基質は ヘモグロビン. ヘモグロビン は、XNUMXつの異なる状態の形で発生するタンパク質結合色素です。 酸素化と脱酸素化があります ヘモグロビン。 これは、酸素化または脱酸素化されていることを意味します。 ある形から別の形に変わると、その色が変わります。 これは、光の透過率にも影響します。 酸素化された血液は、酸素が枯渇した血液よりも赤外線を透過します。 したがって、赤外光が通過するとき、酸素負荷の違いを決定することができます。 吸収スペクトルの変化が計算され、瞬間的な脳活動についての結論が得られます。 これに基づいて、NIRSは現在、脳の活動を視覚化するための画像技術としてますます使用されています。 したがって、近赤外分光法は、すべての思考がより高い脳活動も生成するため、認知プロセスの研究も可能にします。 活動が活発な地域を特定することも可能です。 この方法は、光学ブレイン・コンピューター・インターフェースの実現にも適しています。 ブレイン・コンピューター・インターフェースは、人間とコンピューターの間のインターフェースを表しています。 特に身体障害者はこれらのシステムの恩恵を受けています。 たとえば、義肢の動きなど、純粋な思考力を備えたコンピューターを介して特定のアクションをトリガーできます。 医学におけるNIRSの他のアプリケーションには以下が含まれます 救急医療。 たとえば、デバイスは集中治療室や手術後の酸素供給を監視します。これにより、急性酸素欠乏の場合に迅速な対応が保証されます。 近赤外分光法は、 モニタリング 循環器障害 または運動中の筋肉への酸素供給を最適化します。
リスク、副作用、および危険
近赤外分光法の使用は問題がなく、副作用を引き起こしません。 赤外線放射 ない低エネルギー放射線です つながる 生物学的に重要な物質への損傷。 遺伝物質でさえ攻撃されません。 放射線は、生物学のさまざまな振動状態の励起を引き起こすだけです 。 手順はまた、非侵襲的で痛みがありません。 MEG（脳磁図）、fMRI（機能的）などの他の機能的方法と組み合わせて 磁気共鳴画像）、PET（陽電子放出断層撮影）、またはSPECT（単一光子放射） コンピュータ断層撮影）、近赤外分光法は脳の活動をうまく画像化できます。 さらに、近赤外分光法は モニタリング 酸素 濃度 救命救急で。 たとえば、リューベックの心臓外科クリニックでの研究では、NIRSを使用して脳の酸素飽和度を測定することにより、心臓外科の外科的リスクを以前の方法よりも確実に予測できることが示されています。 近赤外分光法は、他の集中治療アプリケーションでも良好な結果をもたらします。 たとえば、集中治療室の重症患者を監視して低酸素症を回避するためにも使用されます。 さまざまな研究で、NIRSは モニタリング。 研究は、近赤外分光法の可能性だけでなく、限界も示しています。 しかし、近年の技術の進歩により、ますます複雑な測定を実行できるようになりました。 これにより、生体組織で発生する代謝プロセスをこれまで以上に正確に記録および画像化することができます。 近赤外分光法は、将来、医学においてさらに大きな役割を果たすでしょう。
