什么是近红外光谱?
NIRS测量的是什么
近红外光谱(NIRS)是Artinis设备(如OxyMon和Brite)所基于的技术,主要依赖于人体组织的两个特征。首先,在NIR范围内组织对光的相对透明度,其次,血红蛋白的氧合依赖性光吸收特性。
通过使用多种不同的波长,可以连续显示血红蛋白浓度的相对变化。
使用NIRS原理,可以监测:
非侵入性
买得起的
连续不断地
在实验室,甚至在野外
无需特殊基础设施
没有经过专门培训的人员
为什么采用NIRS技术?
身体所有器官中的所有细胞对氧气的需求是恒定的,但变化不定。然而,人体对氧气的储存是最少的。通过循环向组织提供恒定和充足的氧气是至关重要的。任何对组织氧合的干扰都会很快导致不可逆的损伤。
光学血氧计,特别是近红外光谱(NIRS),是评估各种器官(如肌肉和大脑)氧合状态和血流动力学的工具。
NIRS解释:吸收和透射
在本视频中,来自Artinis Medical Systems的Alexandra解释了分光光度法的支柱——吸收和透射的概念。
近红外光谱(NIRS)是如何开始的
NIRS始于Frans Jöbsis在《科学》杂志上发表的一篇论文(1977年),Jöwsis报告称,生物组织对近红外(700-1300 nm)的光相对透明。
因此,有可能通过器官传输足够的光子用于原位监测。在这个近红外区域,血红蛋白——包括它的两个主要变体氧血红蛋白(O2Hb)和脱氧血红蛋白(HHb)——表现出依赖氧的吸收。血红蛋白被认为是生物组织中吸收近红外区域光的主要发色团。
科学
如果已知吸收,朗伯-比尔定律可以用来计算发色团的吸收。兰伯特-比尔定律由下式给出:
ODλ是称为介质光密度的无量纲因子,I0是入射光,I是透射光,ελ是发色团的消光系数(单位:µM-1•cm-1),c是发色体的浓度(单位:μM),L是光入射点和出射点之间的距离(单位:cm),λ是使用的波长(单位:nm)。
朗伯-比尔定律旨在用于透明、非散射介质。当它应用于散射介质(图1.1),例如生物组织时,必须结合无量纲路径长度校正因子。该因子有时被称为差分光路长度因子(DPF),它解释了由于组织中的散射而导致的光路长度的增加。散射介质的修正朗伯-比尔定律由下式给出:
其中ODλ表示由于组织中的散射和吸收引起的与氧无关的光学损失。假设ODλ在NIRS测量期间是恒定的,我们可以将光密度的变化转换为浓度的变化。
这个方程对于含有一个发色团的介质是有效的。如果涉及更多的发色团,我们需要测量至少与存在的发色体一样多的波长。这会产生一组线性方程。该集合的解决方案导致了大多数NIRS系统中使用的算法。散射介质使近红外源和探测器相互平行测量吸收成为可能(图1.1)。这为使用NIRS设备测量较大组织(如肌肉和大脑)中的氧合提供了机会。
散射介质的可视化,以及光如何穿过它。
散射介质使近红外源和探测器相互平行测量吸收成为可能(图1.2)。这为使用NIRS设备测量较大组织(如肌肉和大脑)中的氧合提供了机会。
显示视觉皮层刺激的图表。
视觉皮层刺激
显示fNIRS在移动性程度以及时间和空间分辨率方面与其他模态相比的3D图。
与其他模式相比,NIRS。
NIRS算法
定义NIRS使用的算法需要各种发色团的光谱消光系数。两种主要发色团O2Hb和HHb的光谱。
O2Hb和HHb之和是组织中总血容量(tHb)的量度。肌肉组织含有另外两个发色团:氧和脱氧肌红蛋白(O2Mb和HMb)。为了区分肌肉组织中的血红蛋白和肌红蛋白,光谱需要足够不同。不幸的是,在光谱的近红外区域并非如此。这意味着,NIRS无法区分所测量的氧浓度是由血红蛋白还是肌红蛋白携带的。波长这意味着,NIRS无法区分所测量的氧浓度是由血红蛋白还是肌红蛋白携带的。能够区分Hb和Mb的波长不能穿透组织足够深。
NIRS和脉搏血氧测定法有什么区别?
近红外光谱所依赖的技术与脉搏血氧测定技术非常相似。
主要区别在于被采样的组织。脉搏血氧计计算动脉血液中含氧血红蛋白的百分比。NIRS计算研究组织(毛细血管)中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白(以及可选的含氧血红蛋白百分比)的变化,其中包括动脉血和静脉血。
fNIRS简介
fNIRS(功能近红外光谱)是一种非侵入式成像技术。它可以测量氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化,这反映了大脑的局部活动。fNIRS提供了一种非侵入性的方式来实时获得高分辨率的脑信号。
观看“fNIRS简介”网络研讨会,了解更多关于fNIRS的理论、fNIRS与其他模式相比的特点、如何使用fNIRS和分析fNIRS数据。
NIRS肌肉氧监测简介
近红外光谱(NIRS)是一种能够无创测量局部组织(例如肌肉)氧合的技术。运动科学领域是NIRS广泛应用于了解局部肌肉耗氧量的第一个研究领域之一。
观看“NIRS肌肉测量简介”网络研讨会,了解更多有关NIRS理论、如何进行定量测量以及我们的哪些设备可以使用的信息,并跟随多通道肌肉测量的实时演示。
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