Introduction
Quantum physics ja phlebology (laskimolääketiede) kohtaavat näkyvimmin teknologioissa, joiden toimintaperiaatteet juurtuvat kvanttijohdonnaiseen optiikkaan ja sähkömagneettiseen teoriaan, erityisesti lasereihin sekä valon ja kudoksen väliseen vuorovaikutukseen laskimoiden ablaatiossa ja kuvantamisessa[1–4]. Toinen merkittävä silta on magneettiresonanssiin perustuva laskimokuvantaminen ja oksimetria, joissa MR-vaiheinformaatio tulkitaan magneettiseksi suskeptibiliteetiksi ja sitä käytetään laskimoiden happeutumisen sijaismuuttujien kvantifiointiin, yhdistäen kvanttispin-fysiikan laskimofysiologiaan[5–7]. Kolmannen sillan muodostavat nousevat ”quantum technologies” anturoinnissa ja laskennassa, mukaan lukien SQUID-pohjainen biomagnetismi sekä kvantti-inspiroituneet/quantum machine learning -työvuo’ot, jotka kohdistuvat verenkiertoon ja verisuonten tiloihin liittyviin biolääketieteellisiin signaaleihin[8, 9].
Tässä kirjallisuudessa ”yhteiset piirteet” tarkoittavat harvoin sitä, että laskimoissa itsessään esiintyisi eksoottisia makroskooppisia kvantti-ilmiöitä; sen sijaan phlebology hyödyntää mittaus- ja hoitomenetelmiä (laserit, interferometrinen kuvantaminen, magnetometria, MR-suskeptibiliteetin rekonstruktio), joiden fysikaalinen perusta on kvanttiteoriassa, fotoniikassa ja kvanttitietoon perustuvassa sähkömagneettisessa mallinnuksessa[5, 8, 10].
Therapeutic intersections
Endovenous laser -lähestymistavat havainnollistavat suorinta translationaalista risteyskohtaa: koherenttia lasersäteilyä johdetaan laskimon sisään, ja kliininen tavoite on takaisinvirtauksen tai vajaatoimintaisten laskimoiden sulkeminen (occlusion) hallitulla fototermisellä vauriolla, joka syntyy valon absorption ja kuumenemisen seurauksena[1–4]. Mekanistinen tutkimus korostaa, että absorboitunut energia kohdistuu usein intraluminaaliseen vereen/koagulaattiin kuitukärjen ympärillä (ei ainoastaan suoraan laskimon seinämään), jolloin koagulaatiolämpötilat voidaan saavuttaa riippumatta siitä, onko hemoglobin tai vesi nimellinen kohdekromofori[12]. Tämä määrittelee EVLA/EVLT/EVLP-menetelmät muuksi kuin pelkäksi ”aallonpituusetiketiksi”; ne ovat kytkettyjä fotoniabsorption, lämmöntuoton ja lämmönsiirron prosesseja, jotka riippuvat siirto- ja absorptio-ominaisuuksista käytetyllä aallonpituudella[13].
In vitro -tutkimuksessa, jossa käytettiin solid-state laser -laitetta aallonpituudella 1.885 μm ja teholla ~3 W, tarkasteltiin, miten intraluminaalisen punasolun suspension läsnäolo verrattuna suolaliuokseen sekä kuumentuneen hiiltyneen kerroksen muodostuminen kuidun päätepintaan vaikuttavat ablaatiotehokkuuteen[1]. Kyseisessä tutkimuksessa kuumentunut hiiltynyt kerros lisäsi EVLA-tehokkuutta, mikä korostaa termokemiallista reittiä, joka voi vahvistaa energian deponointia kärjessä pelkän vereen kohdistuvan optisen absorption yli[1]. Asiaan liittyvät mekanistiset argumentit selittävät, miksi aallonpituuden selektiivisyys voi heikentyä toimenpiteen aikana: kärjen ympärille voi muodostua koagulaattia, joka muuttuu osittain hiileksi yli 1,000 °C lämpötiloissa. Koska hiili absorboi kaikki EVLA-laseraallonpituudet yhtä hyvin, karbonisoituminen voi vähentää aallonpituusriippuvuutta, kun kärjen kuumenemista hallitsee hiilen absorptio[13].
Kliiniset vertailut vahvistavat edelleen translationaalista fysiikasta phlebology-sovelluksiin ulottuvaa ketjua. Eräässä potilassarjassa suuren piilolaskimon (great saphenous vein) täydellinen obliteraatio säilyi seurannassa, ja EVLA aallonpituuksilla 1560 nm ja 1940 nm kuvattiin erittäin tehokkaaksi ja turvalliseksi alaraajojen suonikohjujen laskimorefluksin korjaamisessa[11]. Optisten parametrien tutkimukset tukevat sitä, miksi aallonpituuden valinta on edelleen tärkeää, vaikka karbonisoituminen voisi vaimentaa selektiivisyyttä: penetraatiosyvyyden laskimon seinämässä raportoitiin olevan ~1.3 mm aallonpituudella 980 nm, kun taas se oli ~0.22 mm aallonpituudella 1470 nm. Tämä viittaa hyvin erilaisiin spatiaalisiin energian deponointiprofiileihin ja mahdollisiin ympäröiviin vaurioihin[14].
Aallonpituuden valintaa käsitellään eksplisiittisesti myös EVLP-järjestelmien kehityksessä, jossa useilla aallonpituuksilla on erilaiset absorptio-ominaisuudet; esimerkiksi 810 nm kuvataan spesifiseksi hemoglobin-absorptiolle. Laaja kliininen tutkimus vertaili EVLP:n tehoa ja turvallisuutta aallonpituuksilla 1064 nm ja 810 nm kroonisen laskimoiden vajaatoiminnan (suonikohjujen) hoidossa[2]. Erilliset optiset analyysit puoltavat mahdollisesti suotuisia keski-infrapuna-alueen valintoja ja toteavat, että ”tähän mennessä parhaat tulokset” saavutettiin 1.56-mm säteilyllä ja että aallonpituuksilla 1.68 ja 1.7 mm absorptio veren ei-vesipitoisissa komponenteissa on paljon heikompaa kuin absorptio vedessä, mikä motivoi vesidominantteja kohdentamishypoteeseja näillä pidemmillä aallonpituuksilla[15].
Erillinen ei-terminen terapeuttinen risteyskohta on fotokemiallinen laskimohoito photo-collagen cross-linking -menetelmällä, jossa riboflavin toimii ristisilloittavana aineena ja sininen valo aktivaattorina[16]. Laskimonäytteissä tämä lähestymistapa tuotti nopean ja merkittävän kutistumisen ilman histologista näyttöä endoteliaalisesta vauriosta, ja suonikohjujen mekaanisissa ominaisuuksissa havaittiin selviä muutoksia. Tämä viittaa hallittavaan valoaktivoituun uudelleenmuotoilumekanismiin puhtaan termisen ablaation sijaan[16].
Diagnostic intersections optical and photonic
Optinen diagnostiikka laskimolääketieteessä hyödyntää usein sitä, että hemoglobin-molekyylillä on aallonpituudesta riippuvia absorptio-ominaisuuksia, mikä mahdollistaa laskimoiden happeutumisen, trombin koostumuksen tai verisuonten rakenteen noninvasiivisen tutkimisen käyttämällä fotoneja koettimina[3, 4, 17]. Eri menetelmissä yhteinen fysiikka on se, että mitatut signaalit (vaimennus, interferenssikuviot, fotoakustiset painetransientit, fluoresenssiemissio) johtuvat viime kädessä fotonien absorptiosta ja sironnasta veressä ja verisuonen seinämän komponenteissa[3, 10, 18].
Near-infrared spectroscopy
Near-infrared (NIR) spectroscopy kuvataan noninvasiiviseksi tekniikaksi, joka käyttää hemoglobin-molekyylin differentiaalisia absorptio-ominaisuuksia luurankolihasten happeutumisen arvioimiseen; valittujen aallonpituuksien seuranta voi tarjota indeksin deoxygenation-asteesta[3]. Eräässä tutkimuksessa mitattiin suoraan laskimoveren happisaturaatiota ja absorptiota aallonpituuksilla 760–800 nm kyynärvarren harjoituksen aikana testattaessa, korreloiko optinen absorptioalue laskimoveren happeutumisen kanssa[3]. Erillisessä menetelmässä käytettiin NIRS-tekniikkaa yhdessä laskimo-okkluusion kanssa mittaamaan perifeerisen laskimoveren oxyhemoglobin-saturaatiota (SvO2) noninvasiivisesti aikuisen kyynärvarresta[19], ja siinä raportoitiin merkittävä korrelaatio NIRS-menetelmällä mitatun kyynärvarren SvO2:n ja co-oximetry-menetelmällä mitatun pinnallisen laskimoveren SvO2:n välillä (n=19, r=0.7, p<0.0001)[19].
Toisessa validointitutkimuksessa tarkasteltiin NIRS-signaalien ja laskimoveren hemoglobin-happisaturaation (O2Hb%) sekä laskimoveren happipitoisuuden (CvO2) välisiä suhteita[20]. Fysiologiseen alueeseen normalisoinnin jälkeen raportoitiin korkeat lineaariset korrelaatiot deoxygenated- ja oxygenated-heemisignaalien ja laskimoveren O2Hb%:n (R≈0.92) välillä sekä heemisignaalien ja CvO2:n (R≈0.89–0.90) välillä, mikä osoittaa, että fotoniabsorptioon perustuvat NIRS-mittaukset voivat seurata laskimoiden happeutumismittareita hallituissa olosuhteissa[20]. Keskuslaskimoiden kontekstissa NIRAS-menetelmän raportoitiin tarjoavan tarkan noninvasiivisen aivojen laskimoveren saturaatiomittauksen, jossa CSvO2 laskettiin NIRAS-menetelmällä ja sitä verrattiin suoraan sisemmästä kaulalaskimosta otetun veren co-oximetry-mittaukseen[21].
Photoplethysmography
Photoplethysmography (PPG) perustuu infrapunavalolähteeseen ja vastaanottimeen veritilavuuden vaihteluiden arvioimiseksi. Se arvioi tilavuusmuutoksia mittaamalla valon määrää, joka absorboituu ja heijastuu takaisin vastaanottimeen[22]. Kroonisen laskimoiden vajaatoiminnan arvioinnissa digitaalisen PPG:n tuottamia laskimoiden hemodynaamisia arvoja käytettiin standardiarvioinnin rinnalla tutkittaessa, tarvittiinko interventiota (EVLA). Doppler-ultraäänen ja D-PPG:n välisiä korrelaatioita tarkasteltiin sen arvioimiseksi, voisiko D-PPG auttaa laskimopatologian ymmärtämisessä ja hoitovaihtoehtojen arvioinnissa[22]. Menetelmä on historiallisesti tuotu esiin jo 1930-luvulla keinona arvioida verisuonijärjestelmää, mikä korostaa sen roolia vakiintuneena optisena hemodynamiikan sijaismuuttujana[22].
Optical coherence tomography
Optical coherence tomography (OCT) kuvataan tehokkaaksi kuvantamismenetelmäksi, joka perustuu matalan koherenssin interferometriaan. Se mahdollistaa korkean resoluution kuvantamisen muutaman millimetrin kudospenetraatiolla ja verisuonen seinämien lähes histologisen visualisoinnin[10, 23, 24]. Endovaskulaarinen OCT on esitelty ”histologian kaltaista tietoa” tarjoavana menetelmänä laskimon seinämästä[4]. Eräs sovellus määrittelee endovaskulaarisen OCT:n korkeimman resoluution intravaskulaariseksi kuvantamistekniikaksi, jossa käytetään lähi-infrapunavaloa noin 1300 nm aallonpituudella[25]. Laskimohoitojen arvioinnissa OCT-menetelmää käytettiin laskimon seinämän anatomian ja kudoksen muutosten kvalitatiiviseen arviointiin radiotaajuusablaation ja endovenoosisen laserhoidon jälkeen naudan laskimonäytteissä, sisältäen ELT-parametrit diodilaserilla aallonpituudella 980 nm ja energiatiheyksillä 15, 25 ja 35 J/cm[4].
OCT-menetelmää on ehdotettu myös intrakraniaalisiin laskimosovelluksiin: sen käyttöönotto ihmisen aivojen laskimosinuksessa ”voisi auttaa” kovakalvon valtimolaskimofisteleiden, aivolaskimosinustromboosin ja idiopaattisen intrakraniaalisen hypertension diagnosoinnissa, hoidossa ja ymmärtämisessä[25]. Tämä havainnollistaa, kuinka interferometrinen fotonipohjainen kuvantaminen voi laajentaa laskimolääketiedettä pinnallisista jalkalaskimoista laskimosinuspatologiaan, riippuen katetripohjaisesta pääsystä ja optisen signaalin rajoitteista[25].
Polarization-sensitive OCT
Polarization-sensitive OCT (PS-OCT) laajentaa OCT-menetelmää mittaamalla kudoksen kahtaistaistaittoa (birefringence), mikä tarjoaa kontrastin kollageenille ja sileille lihassoluille, joita esiintyy vanhemmissa, kroonisissa hyytymissä[26]. Rotan DVT-mallissa tutkittiun intravaskulaarista PS-OCT-menetelmää trombin morfologian ja koostumuksen arvioimiseksi in vivo trombin ikääntymisen aikana[26]. OCT-poikkileikkauskuvien automaattinen analyysi erotti akuutit ja krooniset trombit 97.6% herkkyydellä ja 98.6% spesifisyydellä käyttämällä lineaarista diskriminanttimallia, joka yhdisti polarisaatio- ja perinteiset OCT-mittarit, tukien PS-OCT-menetelmää herkänä lähestymistapana DVT:n koostumuksen arviointiin ja trombin iän erotteluun[26].
Photoacoustic imaging and elastography
Photoacoustic imaging (PAI) kuvataan menetelmäksi, joka mahdollistaa kudoksen optisen absorption etämittaukset. Sen kontrasti syntyy foto/opto/termoakustisen ilmiön kautta, jossa lyhyen sähkömagneettisen pulssin absorptio tuottaa termoelastisen akustisen aallon[17, 27]. Käytännössä biologisia kudoksia säteilytetään ei-ionisoivilla laserpulsseilla; absorptio nostaa paikallista lämpötilaa (muutaman millikelvinin verran), mikä johtaa termoelastiseen laajenemiseen ja akustiseen emissioon[18]. Red blood cells, jotka sisältävät hemoglobin-molekyyliä ja absorboivat näkyvää valoa merkittävästi, nostavat nopeasti lämpötilaansa ja painettaan absorboituaan valoenergiaa, tarjoten fysiologisesti merkittävän endogeenisen absorboijan hyytymien ja verisuonten kuvantamiseen[28].
DVT-luokittelukonsepteissa hyytymän organisoituminen voi vähentää hemoglobin-pitoisuutta ja siten vähentää optista absorptiota, mikä motivoi fotoakustisten signaalimuutosten käyttöä trombien noninvasiiviseen luokitteluun[27]. Eräs tutkimus tarkentaa edelleen, että voidaan käyttää pulssitettua lasersäteilyä, jonka aallonpituus on viritetty RBC-absorptiolle, ja ehdottaa, että akuuttien verihyytymien tulisi lähettää voimakkaampia fotoakustisia signaaleja kuin kroonisen DVT:n voimakkaamman optisen absorption vuoksi[27]. Empiirisesti yhdistetyn ultraäänen ja fotoakustisen kuvantamisen raportoitiin antavan tietoa DVT-trombien rakenteesta ja iästä, kun taas laajemmat katsaukset huomioivat PAI-menetelmän lupauksen sen spatiaalisen resoluution ja korkean optisen kontrastin ansiosta[17, 29].
Absorptionpohjaisen luokittelun lisäksi vascular elastic photoacoustic tomography (VE-PAT) yhdistää optisen absorption havaitsemisen mekaanisten ominaisuuksien päättelyyn. PAT saavuttaa korkean spatiaalisen resoluution optisen diffuusion rajan ulkopuolella havaitsemalla optisen absorption ultraäänellä, ja sen korostetaan omaavan vahvan hemoglobin-pohjaisen absorptiokontrastin RBC-soluissa sekä kykenevän tarjoamaan verisuonten rakenteellisia, toiminnallisia ja mekaanisia ominaisuuksia eläimillä ja ihmisillä[30]. VE-PAT:n raportoitiin kykenevän mittaamaan verisuonten elastisia ominaisuuksia ihmisillä[30], havaitsemaan simuloidusta tromboosista johtuvan verisuonten komplianssin vähenemisen suurten suonten fantomeissa (vahvistettu standardipuristustestillä)[30] sekä havaitsemaan verisuonten komplianssin vähenemisen ihmiskoehenkilöllä, kun distaalinen okkluusio tapahtui, osoittaen potentiaalin syvän laskimotromboosin havaitsemiseen[30].
Near-infrared fluorescence and hyperspectral imaging
Near-infrared fluorescence (NIRF) -trombi-kuvantaminen käyttää kohdennettuja fluorophoreja muuntamaan molekyylien sitoutumistapahtumat havaittavaksi NIR-fotonien emissioksi; esimerkiksi fibriiniin kohdennettu peptidi konjugoitiin lähi-infrapuna-fluorophoreen Cy7 (FTP11-Cy7) kehittämään ja validoimaan kuvantamisaineen, joka mahdollistaa syvän laskimotromboosin korkean resoluution NIRF-kuvantamisen[31]. Esikliinisissä työvuo’oissa suoritettiin hiirillä, joilla oli subakuutti kaulalaskimon DVT, noninvasiivinen integroitu fluoresenssimolekyylitomografia CT-kuvantamisen (FMT-CT) kanssa, mikä havainnollistaa yhdistettyä optis-radiologista lähestymistapaa trombin paikantamiseen ja kvantifiointiin[31]. Aiheeseen liittyvä tutkimus korostaa, että fluoresenssikuvantaminen toisessa lähi-infrapunaikkunassa (NIR-II, 1,000–1,700 nm) on suotuisaa laitteiston vähäisemmän monimutkaisuuden ja helpomman käytön vuoksi ja että theranostic-lääkekantaja kehitettiin mahdollistamaan DVT:n kohdennetun trombolyyttisen prosessin reaaliaikainen seuranta[32].
Pintakuvantamisen osalta hyperspektraalinen näkyvän valon ja NIR-alueen kuvantaminen rajaa suonikohjut hyödyntämällä aallonpituudesta riippuvia diffuusin heijastuksen allekirjoituksia. Eräässä järjestelmätutkimuksessa vapaaehtoisia valaistiin polykromaattisella valolla välillä 400–950 nm[33], ja diffuusin heijastuksen spektrit huipentuivat 530 nm kohdalla suonikohjuissa verrattuna 780 nm:iin muissa jalkalaskimoissa[33]. Hyperspektraalikuvat valituilla aallonpituuksilla normalisoitiin ja suodatettiin ennen rajausta käyttämällä kvantitatiivista vaiheanalyysia ja k-means-klusterointia, yhdistäen optiset spektrit laskennalliseen segmentointiin kontaktittomassa laskimokartoituksessa[33].
Diagnostic intersections magnetic resonance
Quantitative susceptibility mapping (QSM) tarjoaa magneettiresonanssisillan kvanttispin-fysiikan ja laskimofysiologian välille käyttämällä MR-vaihe-evoluutiota paikallisen magneettisen suskeptibiliteetin päättelemiseen. QSM ”tarkastelee gradienttikaiku-vaihedataa” määrittääkseen kudoksen paikallisen magneettisen suskeptibiliteetin[5]. Suskeptibiliteettierojen mittaamisen QSM:stä raportoidaan mahdollistavan SvO2-arvojen kvantifioinnin perustuen suskeptibiliteettieron ja SvO2:n väliseen suhteeseen[6]. Happisaturaatioherkkyyttä tukevat raportit, joiden mukaan QSM voi kvantifioida hyperoksisen kaasuhaasteen aiheuttamia muutoksia deoxyhemoglobin-saturaatiossa sekä eläinmalleissa että ihmisillä[7], sekä raportoitu erinomainen vastaavuus verikaasuanalysaattorilla mitatun ShvO2:n ja QSM-mittauksista lasketun ShvO2:n välillä[7].
Suskeptibiliteettiin perustuvien mittareiden laskimospesifisyys perustuu happeutumistilojen väliseen magneettisten ominaisuuksien kontrastiin: oxyhemoglobin kuvataan diamagneettisena (negatiivinen suskeptibiliteetti), kun taas deoxyhemoglobin on paramagneettinen (positiivinen suskeptibiliteetti)[28]. Toimitetuissa QSM-kirjallisuusotteissa QSM määritellään myös noninvasiiviseksi menetelmäksi, joka voi tarjota epäsuoran mitan aivojen laskimoveren happisaturaatiolle (CSvO2), vahvistaen sen potentiaalia laskimo-oksimetriasovelluksissa, joissa suora näytteenotto on epäkäytännöllistä[5].
Quantum biophysical mechanisms
Molekyylitasolla hemoglobin-molekyylin happeutumistila on kytketty magneettisiin ominaisuuksiin, jotka ovat suoraan merkityksellisiä sekä magneettikenttävuorovaikutuksille että MR-suskeptibiliteettikuvantamiselle. Oxyhemoglobin kuvataan diamagneettiseksi, kun taas deoxyhemoglobin on paramagneettinen, mikä tarkoittaa happeutumisesta riippuvaa suskeptibiliteettia ja magneettisia voimavuorovaikutuksia molekyyli- ja elektronitasolla[28]. Hemoglobin kuvataan myös allosteeriseksi proteiiniksi, joka käy läpi konformaatiomuutoksen jännittyneen (tense, deoxygenated) ja rentoutuneen (relaxed, oxygenated) tilan välillä ja päinvastoin, korostaen, että hapen sitoutuminen on kytketty proteiinin rakenteelliseen tilaan[28].
Ehdotettu mekanistinen silta sähkömagneettisten kenttien ja veren fysiologian välillä on se, että magneettikentät vaikuttavat liikkuviin varauksiin ja siten hemoglobin-molekyylin allosteeriseen transformaatioon, jonka kuvataan sisältävän populaatioiden siirtymiä pikemminkin kuin yhden kvaternäärirakenteen yksisuuntaisen muuntumisen toiseksi[28]. Laskimolääketieteen kontekstissa tämä väitteiden kokonaisuus yhdistää kvanttitietoon perustuvat magnetismin käsitteet (suskeptibiliteetti, kenttä-varaus-vuorovaikutukset) hemoglobin-toimintaan, joka on perusta laskimoveren happipitoisuudelle ja hapen vapautumisdynamiikalle, jota optiset (NIRS, PAI) ja MR-menetelmät (QSM) pyrkivät mittaamaan[3, 6, 28].
Emerging and conceptual intersections
Useat tutkimuslinjat ulottuvat vakiintuneiden kliinisten laskimolääketieteen laitteiden ulkopuolelle, mutta artikuloivat silti kvanttifysiikasta johdettuja periaatteita sovellettuna verisuoni- tai laskimosignaaleihin. EVLA:ssa laskennallista mallinnusta motivoidaan eksplisiittisesti esittämällä laserkuitu pistelähteenä lieriömäisessä laskimoputkessa ja mallintamalla valon radiaalista uudelleenjakautumista diffuusioprosessina, jota hallitsevat veren sironta ja absorptio tarkastellulla aallonpituudella. Tämä havainnollistaa fysiikkalähtöistä lähestymistapaa parametrien optimointiin laskimoablaatiossa[13].
Bioelektroniset laitteet, joita markkinoidaan nimellä ”Quantum Molecular Resonance” (QMR), mainitaan myös mahdollisina työkaluina phlebology-alalla: ”uudentyyppistä sähkökirurgista veistä” kuvataan käytettäväksi ihon kapillaarien ja suonikohjujen hoitoon, säädettävällä teholla ja tarkalla ajoituksella, joiden tarkoituksena on vähentää lämpövaurioita[34]. Samassa kehystyksessä skleroterapia kuvataan ensisijaiseksi hoidoksi suonikohjuille, hämähäkkisuonille ja telangiektasioille, asettaen QMR:n täydentäväksi menetelmäksi laajemmassa pinnallisten laskimosairauksien hoidon ekosysteemissä[34].
Laskennallisella puolella on raportoitu hybridi kvantti-klassisesta koneoppimislähestymistavasta laser speckle contrast imaging (LSCI) -menetelmään verenvirtauksen seurannassa: sen sijaan, että käytettäisiin standardia 3D-globaalia pooling-kerrosta piirrekarttojen tiivistämiseen, malli korvaa sen variatiivisella kvanttipiirillä. Piirin väitetään säilyttävän datan spatiaaliset ja temporaaliset suhteet ennustustarkkuuden ylläpitämiseksi[9]. Vaikka kyseinen ote ei ole tässä kohdin laskimosairauskohtainen, risteyskohta on siinä, että verisuonten arviointiin liittyviä verenvirtauksen kuvantamisputkia voidaan muokata eksplisiittisillä kvanttipiirikomponenteilla, yhdistäen kvantti-informaation käsittelyn hemodynaamiseen signaalianalyysiin[9].
Erillinen mallinnuskonsepti ehdottaa tekniikkaa, joka ”perustuu täysin Quantum Mechanics- ja Classical Electrodynamics -periaatteisiin”, käsittelemään poikkeavaa verisuonten kasvua angiogeneesin aikana. Se väittää käyttävänsä kvanttimekaniikan laskelmia ennustamaan tarkemmin poikkeavien verisuonten sijaintia ja rajoittamaan niiden kasvua[35]. Vaikka tämä sijoittuu lähemmäs vaskulaaribiologiaa ja angiogeneesiä kuin perinteistä suonikohjujen hoitoa, se edustaa silti suoraa pyrkimystä käyttää kvantti/elektrodynamiikkamallinnusta oppaana interventioihin patologisessa verisuonien muodostumisessa[35].
Lopuksi kvanttianturointi (quantum sensing) yhdistyy laskimotiloihin biomagnetismin kautta. SQUID-anturien kuvataan perustuvan magneettivuon kvantittumiseen ja Josephsonin ilmiöön[8], ja niihin liittyvät kvanttianturit havaitsevat atomispinien prekessiota magneettikentässä herkkyyksillä, jotka lähestyvät femtotesloja per [8]. Sovelluksessa, joka liittyy eksplisiittisesti laskimoiskemiaan, tutkimukset raportoivat, että muutokset tapahtuvat ennen patologisia muutoksia ja ne voidaan tallentaa noninvasiivisesti SQUID-laitteella[36]. SQUID-laitteiden kuvataan mittaavan ruoansulatuskanavan sileän lihaksen sähköisestä toiminnasta syntyviä magneettikenttiä, osoittaen mahdollisuuden tallentaa heikkoja biosähkömagneettisia allekirjoituksia, jotka liittyvät verisuonten vauriotiloihin[36].
Synthesis
Tarkastellussa kirjallisuudessa useat läpileikkaavat ”yhteiset piirteet” yhdistävät kvanttifysiikan jatkuvasti phlebology-alaan jaettujen mitattavien suureiden, hallittavien parametrien ja instrumenttifysiikan kautta.
Alla oleva taulukko tiivistää toistuvia siltoja kvanttijohdannaisista fysikaalisista periaatteista konkreettisiin laskimosovelluksiin.
Nämä teemat osoittavat yhdessä, että kvanttifysiikan ja phlebology-alan yhteinen ”kieli” on suurelta osin mitattavien kontrastien ja hallittavien parametrien kieltä: absorptiospektrit ja aallonpituus, koherenssi ja interferenssi, polarisaatiotila, suskeptibiliteetti sekä anturien herkkyysrajat[3, 5, 8, 10].
Limitations and conclusion
Tässä tarkastellussa kirjallisuudessa vallitsevat risteyskohdat ovat soveltavia ja translationaalisia: lasereita käytetään endovenoosiseen ablaatioon ja niiden tehoa ja turvallisuutta vertaillaan eri aallonpituuksilla, optista spektroskopiaa ja kuvantamista käytetään laskimoiden happeutumisen päättelyyn tai trombien karakterisointiin, ja MR-suskeptibiliteetin rekonstruktiota käytetään laskimoiden happeutumisen sijaismuuttujien kvantifiointiin[3, 6, 11, 17]. Läheisimmät linkit ”perustavampaan” molekyylifysiikkaan ovat (i) hemoglobin-molekyylin happeutumisesta riippuva magneettinen suskeptibiliteetti (diamagneettinen oxyhemoglobin vs paramagneettinen deoxyhemoglobin) ja (ii) suskeptibiliteettiin perustuvat QSM-menetelmät, jotka hyödyntävät näitä eroja happeutumismuutosten kvantifioimiseksi, sekä väitteet siitä, että magneettikentät voivat vaikuttaa hemoglobin-molekyylin allosteerisiin transformaatioihin liikkuvien varausten vuorovaikutusten kautta[7, 28].
Kaiken kaikkiaan tässä aineistossa dokumentoidut kvanttifysiikan ja phlebology-alan yhteiset piirteet ymmärretään parhaiten kvanttiperustaisen fotoniikan ja sähkömagneettisen mittaustieteen kliinisenä hyödyntämisenä laskimosairauksien diagnosoinnissa, kuvantamisessa ja hoidossa, jossa hemoglobin toimii keskeisenä ”siltamolekyylinä”, joka on samanaikaisesti terapeuttinen absorboija, optinen raportoija ja magneettisen suskeptibiliteetin lähde[3, 12, 28].
