Spektroskopi inframerah dekat adalah kaedah analitik berdasarkan penyerapan of sinaran elektromagnet dalam jarak cahaya inframerah gelombang pendek. Ia mempunyai banyak aplikasi dalam kimia, teknologi makanan dan perubatan. Dalam bidang perubatan, antara lain adalah kaedah pengimejan untuk ditunjukkan otak aktiviti.
Apakah spektroskopi inframerah dekat?
Dalam bidang perubatan, spektroskopi inframerah dekat adalah antara lain teknik pengimejan untuk ditunjukkan otak aktiviti. Spektroskopi inframerah dekat, juga disingkat NIRS, adalah cabang spektroskopi inframerah (spektroskopi IR). Secara fizikal, spektroskopi IR berdasarkan pada penyerapan of sinaran elektromagnet oleh pengujaan keadaan getaran di molekul dan kumpulan atom. NIRS memeriksa bahan yang menyerap dalam julat frekuensi 4,000 hingga 13,000 getaran per cm. Ini sesuai dengan jarak gelombang antara 2500 hingga 760 nm. Dalam julat ini, getaran air molekul dan kumpulan berfungsi, seperti hidroksil, amino, karboksil dan juga kumpulan CH, sangat teruja. Bila sinaran elektromagnet julat frekuensi ini memukul bahan yang sesuai, pengujaan getaran berlaku dengan penyerapan foton dengan frekuensi ciri. Setelah sinaran melewati sampel atau dipantulkan, spektrum penyerapan direkodkan. Spektrum ini kemudian menunjukkan penyerapan dalam bentuk garis pada panjang gelombang tertentu. Dalam kombinasi dengan teknik analitik lain, spektroskopi IR dan, khususnya, spektroskopi inframerah dekat dapat memberikan maklumat mengenai struktur molekul bahan yang disiasat, membuka berbagai aplikasi dari analisis kimia hingga aplikasi industri dan makanan hingga perubatan.
Fungsi, kesan dan matlamat
Spektroskopi inframerah dekat telah digunakan dalam perubatan selama 30 tahun. Di sini ia berfungsi, antara lain, sebagai kaedah pencitraan dalam penentuan otak aktiviti. Selanjutnya, ia boleh digunakan untuk mengukur oksigen kandungan darah, darah jumlah, dan aliran darah di pelbagai tisu. Prosedurnya tidak invasif dan tidak menyakitkan. Kelebihan cahaya inframerah gelombang pendek adalah kebolehtelapan tisu yang baik, menjadikannya hampir ditakdirkan untuk aplikasi perubatan. Menggunakan spektroskopi inframerah dekat melalui skullcap, aktiviti otak ditentukan oleh perubahan dinamik yang diukur oksigen kandungan dalam darah. Kaedah ini berdasarkan prinsip gandingan neurovaskular. Gandingan neurovaskular didasarkan pada kenyataan bahawa perubahan aktiviti otak juga bermaksud perubahan permintaan tenaga dan oleh itu oksigen permintaan. Sebarang peningkatan aktiviti otak juga memerlukan yang lebih tinggi kepekatan oksigen di darah, seperti yang ditentukan oleh spektroskopi inframerah dekat. Substrat pengikat oksigen dalam darah adalah hemoglobin. Hemoglobin adalah pigmen terikat protein yang berlaku dalam dua bentuk keadaan yang berbeza. Terdapat oksigen dan deoksigenasi hemoglobin. Ini bermaksud sama ada oksigen atau deoksigenasi. Apabila ia berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, warnanya berubah. Ini juga mempengaruhi penghantaran cahaya. Darah beroksigen lebih telus kepada cahaya inframerah daripada darah yang kekurangan oksigen. Oleh itu, apabila cahaya inframerah melewati, perbezaan pemuatan oksigen dapat ditentukan. Perubahan dalam spektrum penyerapan dihitung dan memberikan kesimpulan mengenai aktiviti otak seketika. Atas dasar ini, NIRS kini semakin digunakan sebagai teknik pencitraan untuk memvisualisasikan aktiviti otak. Oleh itu, spektroskopi inframerah dekat juga memungkinkan kajian proses kognitif, kerana setiap pemikiran juga menghasilkan aktiviti otak yang lebih tinggi. Juga mungkin untuk melokalisasi kawasan aktiviti yang meningkat. Kaedah ini juga sesuai untuk merealisasikan antara muka otak-komputer optik. Antara muka otak-komputer mewakili antara muka antara manusia dan komputer. Orang-orang cacat fizikal khususnya mendapat manfaat daripada sistem ini. Sebagai contoh, mereka boleh mencetuskan tindakan tertentu melalui komputer dengan daya pemikiran murni, seperti pergerakan prostesis. Aplikasi NIRS lain dalam perubatan termasuk ubat kecemasan. Sebagai contoh, peranti memantau bekalan oksigen di unit rawatan intensif atau selepas operasi. Ini memastikan tindak balas yang cepat sekiranya berlaku kekurangan oksigen akut. Spektroskopi inframerah dekat juga berfungsi dengan baik di pemantauan gangguan peredaran darah atau mengoptimumkan bekalan oksigen ke otot semasa bersenam.
Risiko, kesan sampingan, dan bahaya
Penggunaan spektroskopi inframerah dekat adalah bebas masalah dan tidak menyebabkan kesan sampingan. Sinaran inframerah adalah sinaran rendah tenaga yang tidak membawa kepada kerosakan bahan penting secara biologi. Malah bahan genetiknya tidak diserang. Sinaran hanya menyebabkan pengujaan pelbagai keadaan getaran biologi molekul. Prosedurnya juga tidak invasif dan tidak menyakitkan. Dalam kombinasi dengan kaedah fungsional lain, seperti MEG (magnetoencephalography), fMRI (berfungsi pengimejan resonans magnet), haiwan kesayangan (tomografi pelepasan positron), atau SPECT (pelepasan foton tunggal tomografi dikira, spektroskopi inframerah dekat dapat menggambarkan aktiviti otak dengan baik. Selanjutnya, spektroskopi inframerah dekat mempunyai potensi besar dalam pemantauan oksigen kepekatan dalam rawatan kritikal. Sebagai contoh, satu kajian di Clinic for Cardiac Surgery di Lübeck menunjukkan bahawa risiko pembedahan dalam pembedahan jantung dapat diramalkan lebih dipercayai berbanding dengan kaedah sebelumnya dengan menentukan ketepuan oksigen serebral menggunakan NIRS. Spektroskopi inframerah dekat juga memberikan hasil yang baik dalam aplikasi rawatan intensif lain. Sebagai contoh, ia juga digunakan untuk memantau pesakit yang sakit parah di unit rawatan intensif untuk mengelakkan hipoksia. Dalam pelbagai kajian, NIRS dibandingkan dengan kaedah konvensional untuk pemantauan. Kajian menunjukkan potensi, tetapi juga batasan spektroskopi inframerah dekat. Walau bagaimanapun, kemajuan teknik dalam beberapa tahun kebelakangan ini memungkinkan untuk melakukan pengukuran yang semakin kompleks. Ini membolehkan proses metabolik yang berlaku dalam tisu biologi direkodkan dan dicitrakan dengan lebih tepat. Spektroskopi inframerah dekat akan memainkan peranan yang lebih besar lagi dalam bidang perubatan pada masa akan datang.
