Chap. 1 Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) – 近紅外光譜術

NIRS
本篇文章不會用到這張圖,只是覺得我畫得很不錯,讓你看看。

在台灣,這是一個偏冷門的學科。如果你在Google上搜尋也只會找到一堆英文資料,相關的中文資訊不多。

而這也是我把我所做的研究記錄在這裡的原因,我想要讓大家認識這個技術、知道這個技術,最後在臨床上讓大家能夠接受、使用它。

如果最後真的能夠讓大家比較認識這個技術,那我也就功德圓滿可以歸西了。對了,這系列文章會有很多看起來很裝逼的學術用語,我會盡量提醒自己去解釋,但如果還是有看不懂或是我忘記解釋的,再麻煩提醒我一下。

什麼叫做近紅外光譜術?

如果要簡單、廣泛、正確地來說,就是透過兩種以上的波長來去檢測特定物質的一種技術。目前的應用其實很廣,化學、物理、農業都會用到,農業的用途比較特別像是檢測新鮮度、糖分等等。

而我研究的是將此技術應用在臨床上(白話一點,人體啦),著重在量測區域組織中的含氧血紅素以及缺氧血紅素的濃度變化

這句話也很饒口我知道,我換句話說。

我們將血液分為含氧、缺氧這兩種,含氧的意思就是血液中的紅血球有攜帶氧氣分子,而缺氧的意思相信聰明的你不用我再多說明。而當我們使用到某個組織時(如肌肉、腦部),該組織中的含氧血、缺氧血含量就會有上升、下降等變化,此時就可以透過NIRS來抓取這種生理訊號

好啦,讓我們回歸正題。

將近紅外光譜術(Near-infrared spectroscopy, NIRS)運用在生物組織上最早是由Jöbsis在1977年所提出,該研究指出近紅外光對於生物組織有相對良好的穿透性,且可利用近紅外光對生物組織的透射光強度去量測血流變化量與血氧濃度的變化量[1]。

為什麼會有良好的穿透性? 我們可以看看下面那張圖,吸收係數越高,代表越容易被吸收、越不容易穿透,而在波長700nm到900nm時,水分的吸收係數很低,超過之後就開始飆高,而人體70%都是水,所以在900nm之後的光大部分會被人體組織給吸收,光能夠穿透的比例就大幅減少了。

其原理為利用生物組織內的特定物質,如血紅素、水分、脂質等等,分別會對不同波長的光源有不同的吸收係數,因此使用特定波長的光源,量測對應的組織穿透或是散射光,便可計算在該波長具有高吸收係數的物質濃度。

這是水分、含氧血紅素 (oxy-Hb)、缺氧血紅素(deoxy-Hb)的吸收光譜圖
資料參考自: https://omlc.org/spectra/hemoglobin/
圖片是我用Python畫的,有機會再教。

好,簡單的介紹先到這邊,相信好奇又聰明的你一定有很多疑問,接下來我會開始很詳細地介紹,因為我也同時在寫我的博士論文,就當作是再潤飾一次囉。

每一篇文章的篇幅我會盡量控制在一定的長度,畢竟太長要看很久,我字也要打很多。(這樣就有理由買新鍵盤了!)

第一章 (Chap. 1) 的綱要,我寫在這裡,寫完就會把超連結加上去,沒有就代表還沒寫:

1.1 Brief Overview of History
1.2 NIRS Principle and Signals
1.3 Theoretical Background
1.4 Fields of Application

在接下來的文章裡(也就是上面列出來的那些),我們會回顧一下NIRS這個技術的發展,簡單概述一下它的歷史。

之後會總結一下目前對於近紅外光訊號以及生理學之間的關係,並且概述透過光從組織之間取得生理資訊的方法其理論以及數學模型。

為了設計下一代、新一代的NIRS,目前有關NIRS系統製作的論文們也會列舉幾篇來討論一下,當然是抓取比較關鍵的地方,每篇論文如果都要一個字一個字讀會死人的。

最後呢,會討論一下在臨床研究的現況。


之後會常用到的縮寫、代稱、名詞

  • NIRS:近紅外光譜術 (Near-infrared spectroscopy)
  • oxy-Hb:含氧血紅素 (oxy-hemoglobin)
  • deoxy-Hb: 缺氧血紅素 (deoxy-hemoglobin) a.k.a. HHb、hHb
  • 臨床:廣而言之,對象是病患 (人) 的學科,即可加上臨床兩字


Reference

  1. Jobsis, Frans F. “Noninvasive, infrared monitoring of cerebral and myocardial oxygen sufficiency and circulatory parameters.” Science 198.4323 (1977): 1264-1267.

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