Introduction
La physique quantique et la phlébologie (médecine veineuse) se rejoignent de la manière la plus visible à travers des technologies dont les principes de fonctionnement sont ancrés dans l'optique dérivée de la physique quantique et la théorie électromagnétique, notamment les lasers et l'interaction lumière-tissu pour l'ablation veineuse et l'imagerie[1–4]. Un deuxième pont majeur est l'imagerie veineuse et l'oxymétrie basées sur la résonance magnétique, où les informations de phase RM sont interprétées comme une susceptibilité magnétique et utilisées pour quantifier les substituts de l'oxygénation veineuse, reliant la physique du spin quantique à la physiologie veineuse[5–7]. Un troisième pont est constitué par les « technologies quantiques » émergentes en matière de détection et de calcul, notamment le biomagnétisme basé sur les SQUID et les flux de travail d'apprentissage automatique inspirés du quantique ou quantiques qui ciblent les signaux biomédicaux pertinents pour le flux sanguin et les états vasculaires[8, 9].
À travers cette littérature, les « aspects communs » indiquent rarement que les veines elles-mêmes présentent des phénomènes quantiques macroscopiques exotiques ; la phlébologie adopte plutôt des modalités de mesure et de traitement (lasers, imagerie interférométrique, magnétométrie, reconstruction de la susceptibilité RM) dont les fondements physiques résident dans la théorie quantique, la photonique et la modélisation électromagnétique informée par le quantique[5, 8, 10].
Intersections thérapeutiques
Les approches laser endoveineuses illustrent l'intersection translationnelle la plus directe : un rayonnement laser cohérent est délivré à l'intérieur d'une veine, et l'objectif clinique est l'occlusion des veines refluantes ou incontinentes par des dommages photothermiques contrôlés produits par l'absorption de la lumière et le chauffage[1–4]. Les travaux mécanistes soulignent que l'énergie absorbée est souvent déposée dans le sang/coagulum intraluminal autour de la pointe de la fibre (et pas seulement directement dans la paroi veineuse), de sorte que des températures de coagulation peuvent être atteintes que l'hémoglobine ou l'eau soit le chromophore cible nominal[12]. Cela définit l'EVLA/EVLT/EVLP non pas simplement comme un « label de longueur d'onde », mais comme un processus couplé d'absorption de photons, de génération de chaleur et de transfert de chaleur dépendant des propriétés de diffusion et d'absorption à la longueur d'onde utilisée[13].
Des travaux in vitro utilisant un laser à l'état solide à 1.885 μm et ~3 W ont examiné comment la présence d'une suspension de globules rouges intraluminaux par rapport à une solution saline, et la formation d'une couche carbonisée chauffée sur la face d'extrémité de la fibre, affectent l'efficacité de l'ablation[1]. Dans cette étude, la présence de la couche carbonisée chauffée a augmenté l'efficacité de l'EVLA, mettant en évidence une voie thermochimique qui peut amplifier le dépôt d'énergie à la pointe au-delà de la simple absorption optique dans le sang seul[1]. Des arguments mécanistes connexes expliquent pourquoi la sélectivité de la longueur d'onde peut diminuer pendant la procédure : un coagulum peut se former autour de la pointe et être partiellement transformé en carbone à des températures dépassant 1,000 °C, et parce que le carbone absorbe toutes les longueurs d'onde laser EVLA de manière égale, la carbonisation peut réduire la dépendance à la longueur d'onde une fois que le chauffage de la pointe est dominé par l'absorption du carbone[13].
Les comparaisons cliniques renforcent davantage le pipeline translationnel de la physique vers la phlébologie. Dans une série de patients, l'oblitération totale de la grande veine saphène a persisté tout au long du suivi, et l'EVLA à 1560 nm et 1940 nm a été décrite comme hautement efficace et sûre pour corriger le reflux veineux dans les varices des membres inférieurs[11]. Les études de paramètres optiques expliquent pourquoi le choix de la longueur d'onde reste important même si la carbonisation peut atténuer la sélectivité : les profondeurs de pénétration dans la paroi veineuse ont été rapportées à ~1.3 mm à 980 nm contre ~0.22 mm à 1470 nm, impliquant des profils de dépôt d'énergie spatiale et des schémas de lésions collatérales potentiels très différents[14].
La sélection de la longueur d'onde est également explicitement traitée dans l'évolution du système EVLP, où plusieurs longueurs d'onde sont positionnées comme ayant des caractéristiques d'absorption différentes ; par exemple, 810 nm est décrit comme spécifique à l'absorption de l'hémoglobine, et une vaste étude clinique a entrepris de comparer l'efficacité et la sécurité de l'EVLP à 1064 nm par rapport à 810 nm pour l'insuffisance veineuse chronique (varices)[2]. Des analyses optiques distinctes plaident pour des choix potentiellement favorables dans l'infrarouge moyen, notant que « les meilleurs résultats jusqu'à présent » ont été obtenus avec un rayonnement de 1.56-mm, et qu'aux longueurs d'onde de 1.68 et 1.7 mm, l'absorption dans les composants non aqueux du sang est beaucoup plus faible que l'absorption dans l'eau, motivant des hypothèses de ciblage dominant l'eau à ces longueurs d'onde plus longues[15].
Une intersection thérapeutique non thermique distincte est la thérapie veineuse photochimique via la réticulation du photo-collagène, où la riboflavine est utilisée comme agent de réticulation et la lumière bleue agit comme activateur[16]. Sur des spécimens veineux, cette approche a produit un rétrécissement rapide et significatif sans preuve histologique de dommage endothélial et avec des changements évidents des propriétés mécaniques des varices, suggérant un mécanisme de remodelage activé par la lumière contrôlable plutôt qu'une ablation purement thermique[16].
Intersections diagnostiques optiques et photoniques
Le diagnostic optique en phlébologie exploite fréquemment le fait que l'hémoglobine possède des propriétés d'absorption dépendant de la longueur d'onde, permettant une interrogation non invasive de l'oxygénation veineuse, de la composition du thrombus ou de la structure vasculaire en utilisant des photons comme sondes[3, 4, 17]. À travers les méthodes, la physique commune est que les signaux mesurés (atténuation, franges d'interférence, transitoires de pression photoacoustique, émission de fluorescence) sont finalement pilotés par l'absorption et la diffusion des photons dans le sang et les constituants de la paroi des vaisseaux[3, 10, 18].
Spectroscopie proche infrarouge
La spectroscopie proche infrarouge (NIRS) est décrite comme une technique non invasive qui utilise les propriétés d'absorption différentielle de l'hémoglobine pour évaluer l'oxygénation des muscles squelettiques, et la surveillance de longueurs d'onde sélectionnées peut fournir un indice de désoxygénation[3]. Une étude a mesuré explicitement la saturation veineuse en oxygène et l'absorption à 760–800 nm pendant un exercice de l'avant-bras pour tester si la bande d'absorption optique est corrélée à l'oxygénation veineuse[3]. Une méthode distincte a utilisé la NIRS avec occlusion veineuse pour mesurer la saturation périphérique veineuse en oxyhémoglobine (SvO2) de manière non invasive dans l'avant-bras de l'adulte[19], et a rapporté une corrélation significative entre la SvO2 de l'avant-bras mesurée par NIRS et la SvO2 du sang veineux superficiel mesurée par co-oxymétrie (n=19, r=0.7, p<0.0001)[19].
D'autres travaux de validation ont examiné les relations entre les signaux NIRS et la saturation en oxygène de l'hémoglobine veineuse (O2Hb%) et la concentration veineuse en oxygène (CvO2)[20]. Après normalisation à la plage physiologique, des corrélations linéaires élevées ont été rapportées entre les signaux de l'hème désoxygéné et oxygéné et l'O2Hb% veineuse (R≈0.92) ainsi qu'entre les signaux de l'hème et la CvO2 (R≈0.89–0.90), indiquant que les mesures NIRS basées sur l'absorption de photons peuvent suivre les paramètres d'oxygénation veineuse dans des conditions contrôlées[20]. Dans des contextes veineux centraux, il a été rapporté que la NIRAS fournit une mesure non invasive précise de la saturation veineuse cérébrale, avec la CSvO2 calculée par NIRAS et comparée à la co-oxymétrie directe du sang de la veine jugulaire interne[21].
Photopléthysmographie
La photopléthysmographie (PPG) repose sur une source de lumière infrarouge et un récepteur pour estimer les fluctuations du volume sanguin, et elle évalue les changements de volume en mesurant la quantité de lumière absorbée et réfléchie vers le récepteur[22]. Dans un contexte d'évaluation de l'insuffisance veineuse chronique, les valeurs hémodynamiques veineuses fournies par la PPG numérique ont été utilisées parallèlement à l'évaluation standard pour déterminer si une intervention (EVLA) était requise, et les corrélations entre l'échographie Doppler et la D-PPG ont été examinées pour évaluer si la D-PPG pouvait aider à comprendre la pathologie veineuse et à évaluer les options de traitement[22]. La méthode est également contextualisée historiquement comme ayant été introduite à l'origine dans les années 1930 comme moyen d'évaluer le système vasculaire, soulignant son rôle en tant que substitut optique établi pour l'hémodynamique[22].
Tomographie par cohérence optique
La tomographie par cohérence optique (OCT) est décrite comme une modalité d'imagerie puissante basée sur l'interférométrie à faible cohérence, permettant une imagerie haute résolution avec des profondeurs de pénétration tissulaire de quelques millimètres et une visualisation quasi-histologique des parois des vaisseaux[10, 23, 24]. L'OCT endovasculaire a été présentée comme fournissant des « informations de type histologique » sur la paroi veineuse[4], et une application définit l'OCT endovasculaire comme la technique d'imagerie intravasculaire à la plus haute résolution disponible utilisant la lumière proche infrarouge à environ 1300 nm[25]. Dans l'évaluation de la thérapie veineuse, l'OCT a été évaluée pour l'évaluation qualitative de l'anatomie de la paroi veineuse et des altérations tissulaires après ablation par radiofréquence et thérapie laser endoveineuse sur des spécimens veineux bovins, incluant le rapport des paramètres ELT d'un laser à diode à 980 nm avec des densités d'énergie de 15, 25 et 35 J/cm[4].
L'OCT est également positionnée pour des applications veineuses intracrâniennes : son adoption dans le sinus veineux cérébral humain « pourrait aider » au diagnostic, au traitement et à la compréhension des fistules artérioveineuses durales, de la thrombose des sinus veineux cérébraux et de l'hypertension intracrânienne idiopathique[25]. Cela illustre comment l'imagerie photonique interférométrique peut étendre la phlébologie au-delà des veines superficielles des jambes vers la pathologie des sinus veineux, sous réserve de l'accès par cathéter et des contraintes du signal optique[25].
OCT sensible à la polarisation
L'OCT sensible à la polarisation (PS-OCT) étend l'OCT en mesurant la biréfringence tissulaire, fournissant un contraste pour le collagène et les cellules musculaires lisses présentes dans les caillots chroniques plus anciens[26]. Dans un modèle de DVT chez le rat, la PS-OCT intravasculaire a été étudiée pour évaluer la morphologie et la composition du thrombus in vivo au cours du vieillissement du thrombus[26]. L'analyse automatisée des images en coupe transversale OCT a différencié les thrombus aigus et chroniques avec une sensibilité de 97.6% et une spécificité de 98.6% en utilisant un modèle discriminant linéaire combinant les mesures de polarisation et les mesures OCT conventionnelles, soutenant la PS-OCT comme une approche sensible pour l'évaluation de la composition de la DVT et la différenciation de l'âge du thrombus[26].
Imagerie et élastographie photoacoustiques
L'imagerie photoacoustique (PAI) est décrite comme permettant des mesures à distance de l'absorption optique des tissus, et son contraste est généré via l'effet photo/opto/thermoacoustique dans lequel l'absorption d'une courte impulsion électromagnétique produit une onde acoustique thermoélastique[17, 27]. En pratique, les tissus biologiques sont irradiés par des impulsions laser non ionisantes ; l'absorption augmente la température locale (de l'ordre de quelques millikelvins), entraînant une expansion thermoélastique et une émission acoustique[18]. Les globules rouges, qui contiennent de l'hémoglobine et absorbent de manière significative la lumière visible, augmentent rapidement en température et en pression lors de l'absorption de l'énergie lumineuse, fournissant un absorbeur endogène physiologiquement significatif pour l'imagerie des caillots et des vaisseaux sanguins[28].
Dans les concepts de stadification de la DVT, la réorganisation du caillot peut diminuer la concentration d'hémoglobine et ainsi réduire l'absorption optique, motivant l'utilisation des changements de signal photoacoustique pour stadifier les thrombus de manière non invasive[27]. Une étude précise en outre qu'un rayonnement laser pulsé avec une longueur d'onde réglée sur l'absorption des globules rouges peut être utilisé, et propose que les caillots sanguins aigus devraient émettre des signaux photoacoustiques plus forts que la DVT chronique en raison d'une absorption optique plus forte[27]. Empiriquement, il a été rapporté que l'imagerie combinée par ultrasons et photoacoustique fournit des informations sur la structure et l'âge des thrombus de DVT, tandis que des revues plus larges notent les promesses de la PAI en raison de sa résolution spatiale et de son contraste optique élevé[17, 29].
Au-delà de la stadification basée sur l'absorption, la tomographie photoacoustique élastique vasculaire (VE-PAT) relie la détection de l'absorption optique à l'inférence de propriétés mécaniques. La PAT atteint une résolution spatiale élevée au-delà de la limite de diffusion optique par détection ultrasonore de l'absorption optique, et elle est mise en avant pour son fort contraste d'absorption basé sur l'hémoglobine dans les globules rouges et pour sa capacité à fournir des propriétés structurelles, fonctionnelles et mécaniques des vaisseaux sanguins chez les animaux et les humains[30]. Il a été rapporté que la VE-PAT est capable de mesurer les propriétés élastiques vasculaires chez l'homme[30], de détecter une diminution de la compliance vasculaire due à une thrombose simulée dans des fantômes de gros vaisseaux (validée par des tests de compression standard)[30], et de détecter une diminution de la compliance vasculaire chez un sujet humain lors d'une occlusion en aval, démontrant un potentiel pour la détection de la thrombose veineuse profonde[30].
Fluorescence proche infrarouge et imagerie hyperspectrale
L'imagerie de thrombus par fluorescence proche infrarouge (NIRF) utilise des fluorophores ciblés pour convertir les événements de liaison moléculaire en émission de photons NIR détectables ; par exemple, un peptide ciblant la fibrine a été conjugué au fluorophore proche infrarouge Cy7 (FTP11-Cy7) pour développer et valider un agent d'imagerie permettant une imagerie NIRF haute résolution de la thrombose veineuse profonde[31]. Dans les flux de travail précliniques, une tomographie moléculaire de fluorescence intégrée non invasive avec scanner (FMT-CT) a été réalisée chez des souris présentant une DVT sous-aiguë de la veine jugulaire, illustrant une approche optique-radiologique combinée pour la localisation et la quantification du thrombus[31]. Des travaux connexes soulignent que l'imagerie de fluorescence dans la deuxième fenêtre du proche infrarouge (NIR-II, 1,000–1,700 nm) est favorable en raison de la complexité réduite de l'équipement et d'une utilisation plus facile, et qu'un vecteur de médicament théranostique a été développé pour permettre une surveillance en temps réel du processus thrombolytique ciblé de la DVT[32].
À l'extrémité de l'imagerie de surface du spectre, l'imagerie hyperspectrale visible–NIR délimite les varices en exploitant les signatures de réflexion diffuse dépendant de la longueur d'onde. Dans une étude de système, des volontaires ont été éclairés avec une lumière polychromatique couvrant 400–950 nm[33], et les spectres de réflexion diffuse ont culminé à 530 nm pour les varices contre 780 nm pour les veines des jambes[33]. Les images hyperspectrales à des longueurs d'onde sélectionnées ont été normalisées et filtrées avant la délimitation à l'aide d'une analyse de phase quantitative et d'un clustering k-means, reliant les spectres optiques à la segmentation computationnelle pour la cartographie des veines sans contact[33].
Intersections diagnostiques résonance magnétique
La cartographie de susceptibilité quantitative (QSM) fournit un pont par résonance magnétique entre la physique du spin quantique et la physiologie veineuse en utilisant l'évolution de la phase RM pour déduire la susceptibilité magnétique locale. La QSM « examine les données de phase d'écho de gradient » pour déterminer la susceptibilité magnétique locale des tissus[5], et la mesure des différences de susceptibilité à partir de la QSM permettrait de quantifier les valeurs de SvO2 sur la base de la relation entre la différence de susceptibilité et la SvO2[6]. La sensibilité à l'oxygénation est étayée par des rapports indiquant que la QSM peut quantifier les changements de saturation de la désoxyhémoglobine induits par un défi de gaz hyperoxique tant chez les modèles animaux que chez les humains[7], et par une excellente concordance rapportée entre la ShvO2 mesurée sur un analyseur de gaz du sang et la ShvO2 calculée à partir des mesures QSM[7].
La spécificité veineuse des mesures basées sur la susceptibilité est fondée sur le contraste des propriétés magnétiques entre les états d'oxygénation : l'oxyhémoglobine est décrite comme diamagnétique (susceptibilité négative) tandis que la désoxyhémoglobine est paramagnétique (susceptibilité positive)[28]. Dans les extraits de littérature QSM fournis, la QSM est également présentée comme une méthode non invasive qui peut fournir une mesure indirecte de la saturation veineuse cérébrale en oxygène (CSvO2), renforçant son potentiel pour les applications d'oxymétrie veineuse là où l'échantillonnage direct est impraticable[5].
Mécanismes biophysiques quantiques
Au niveau moléculaire, l'état d'oxygénation de l'hémoglobine est lié à des propriétés magnétiques qui sont directement pertinentes à la fois pour les interactions avec les champs magnétiques et l'imagerie de susceptibilité RM. L'oxyhémoglobine est décrite comme diamagnétique tandis que la désoxyhémoglobine est paramagnétique, ce qui implique une susceptibilité dépendante de l'oxygénation et des interactions de force magnétique au niveau moléculaire/électronique[28]. L'hémoglobine est également décrite comme une protéine allostérique qui subit un changement conformationnel lors des transitions de l'état tendu (désoxygéné) à l'état relaxé (oxygéné) et vice versa, soulignant que la liaison de l'oxygène est couplée à l'état structurel de la protéine[28].
Un pont mécaniste proposé entre les champs électromagnétiques et la physiologie sanguine est que les champs magnétiques affectent les charges en mouvement et donc la transformation allostérique de l'hémoglobine, qui est décrite comme impliquant des déplacements de populations plutôt qu'une conversion unidirectionnelle d'une structure quaternaire à une autre[28]. Dans le contexte de la médecine veineuse, cet ensemble d'allégations relie les concepts de magnétisme informés par le quantique (susceptibilité, interactions champ-charge) à la fonction de l'hémoglobine, qui sous-tend le contenu veineux en oxygène et la dynamique de déchargement de l'oxygène que les méthodes optiques (NIRS, PAI) et RM (QSM) tentent de mesurer[3, 6, 28].
Intersections émergentes et conceptuelles
Plusieurs axes de travail s'étendent au-delà des dispositifs de phlébologie clinique établis, mais articulent toujours des principes dérivés de la physique quantique appliqués aux signaux vasculaires ou veineux. Dans l'EVLA, la modélisation informatique est explicitement motivée par la représentation de la fibre laser comme une source ponctuelle dans un tube veineux cylindrique et la modélisation de la redistribution radiale de la lumière via un processus de diffusion régi par la diffusion et l'absorption du sang à la longueur d'onde considérée, illustrant une approche axée sur la physique pour l'optimisation des paramètres dans l'ablation veineuse[13].
Les dispositifs bioélectroniques portant le label « Résonance Moléculaire Quantique » (QMR) sont également discutés comme des outils potentiels en phlébologie : un « nouveau type de scalpel électrique » est décrit comme utilisable pour traiter les capillaires dermiques et les varicosités, avec une puissance réglable et un timing précis destinés à réduire les dommages thermiques[34]. Dans le même cadre, la sclérothérapie est décrite comme le traitement principal pour les varices, les varicosités et les télangiectasies, positionnant la QMR comme un complément dans l'écosystème thérapeutique plus large de la gestion des maladies veineuses superficielles[34].
Sur le plan informatique, une approche d'apprentissage automatique hybride quantique-classique a été rapportée pour l'imagerie de contraste de speckle laser (LSCI) du flux sanguin : au lieu d'utiliser une couche de pooling globale 3D standard pour compresser les cartes de caractéristiques, le modèle la remplace par un circuit quantique variationnel, et le circuit est censé préserver les relations spatiales et temporelles dans les données pour maintenir la précision prédictive[9]. Bien que l'extrait ne soit pas spécifique aux maladies veineuses, l'intersection est que les pipelines d'imagerie de flux sanguin pertinents pour l'évaluation vasculaire peuvent être modifiés par des composants de circuits explicitement quantiques, reliant le traitement de l'information quantique à l'analyse des signaux hémodynamiques[9].
Un concept de modélisation distinct propose une technique « entièrement basée sur la Mécanique Quantique et l'Électrodynamique Classique » pour traiter la croissance anormale des vaisseaux pendant l'angiogenèse, et prétend utiliser des calculs de mécanique quantique pour prédire plus précisément l'emplacement et freiner la croissance anormale des vaisseaux[35]. Bien que cela se rapproche davantage de la biologie vasculaire et de l'angiogenèse que de la gestion classique des varices, cela représente tout de même une tentative directe d'utiliser la modélisation quantique/électrodynamique comme guide pour les interventions dans la formation pathologique des vaisseaux[35].
Enfin, la détection quantique se connecte aux états veineux via le biomagnétisme. Les SQUID sont décrits comme étant basés sur la quantification du flux magnétique et l'effet Josephson[8], et les capteurs quantiques associés détectent la précession des spins atomiques dans un champ magnétique avec des sensibilités proches des femtoteslas par [8]. Dans une application impliquant explicitement l'ischémie veineuse, des études ont rapporté que des changements surviennent avant les changements pathologiques et peuvent être enregistrés de manière non invasive à l'aide d'un SQUID[36], et les SQUID sont décrits comme mesurant les champs magnétiques créés par l'activité électrique du muscle lisse gastro-intestinal, démontrant la faisabilité de capturer des signatures bioélectromagnétiques faibles pertinentes pour les états de compromis vasculaire[36].
Synthèse
À travers la littérature échantillonnée, plusieurs « aspects communs » transversaux relient systématiquement la physique quantique à la phlébologie par le biais de quantités mesurables partagées, de paramètres contrôlables et de la physique des instruments.
Le tableau ci-dessous résume les ponts récurrents entre les principes physiques dérivés du quantique et les applications veineuses concrètes.
Pris ensemble, ces thèmes montrent que le « langage » partagé entre la physique quantique et la phlébologie est largement un langage de contrastes mesurables et de paramètres contrôlables : spectres d'absorption et longueur d'onde, cohérence et interférence, état de polarisation, susceptibilité et limites de sensibilité des capteurs[3, 5, 8, 10].
Limites et conclusion
Dans la littérature échantillonnée ici, les intersections dominantes sont appliquées et translationnelles : les lasers sont déployés pour l'ablation endoveineuse et comparés selon les longueurs d'onde pour l'efficacité et la sécurité, la spectroscopie et l'imagerie optiques sont utilisées pour déduire l'oxygénation veineuse ou caractériser les thrombus, et la reconstruction de la susceptibilité RM est utilisée pour quantifier les substituts de l'oxygénation veineuse[3, 6, 11, 17]. Les liens les plus étroits avec une physique moléculaire plus « fondamentale » sont (i) la susceptibilité magnétique de l'hémoglobine dépendante de l'oxygénation (oxyhémoglobine diamagnétique vs désoxyhémoglobine paramagnétique) et (ii) les méthodes QSM basées sur la susceptibilité qui exploitent ces différences pour quantifier les changements d'oxygénation, ainsi que les affirmations selon lesquelles les champs magnétiques peuvent affecter les transformations allostériques de l'hémoglobine par des interactions de charges en mouvement[7, 28].
Dans l'ensemble, les aspects communs de la physique quantique et de la phlébologie documentés dans ce corpus sont mieux compris comme le déploiement clinique de la photonique et de la science de la mesure électromagnétique fondées sur le quantique pour diagnostiquer, imager et traiter les maladies veineuses, l'hémoglobine servant de « molécule pont » centrale qui est simultanément un absorbeur thérapeutique, un rapporteur optique et une source de susceptibilité magnétique[3, 12, 28].
