Inleiding
Kwantumfysica en flebologie (veneuze geneeskunde) kruisen elkaar het meest zichtbaar via technologieën waarvan de werkingsprincipes geworteld zijn in kwantum-afgeleide optica en elektromagnetische theorie, met name lasers en licht-weefselinteractie voor veneuze ablatie en beeldvorming[1–4]. Een tweede belangrijke brug wordt gevormd door op magnetische resonantie gebaseerde veneuze beeldvorming en oximetrie, waarbij MR-fase-informatie wordt geïnterpreteerd als magnetische susceptibiliteit en wordt gebruikt om proxy's voor veneuze oxygenatie te kwantificeren, waardoor kwantumspin-fysica wordt gekoppeld aan veneuze fysiologie[5–7]. Een derde brug bestaat uit opkomende “kwantumtechnologieën” op het gebied van detectie en berekening, waaronder op SQUID gebaseerd biomagnetisme en kwantum-geïnspireerde/kwantum machine learning-workflows die gericht zijn op biomedische signalen die relevant zijn voor de bloedstroom en vasculaire toestanden[8, 9].
In deze literatuur zijn de “gemeenschappelijke aspecten” zelden dat aderen zelf exotische macroscopische kwantumfenomenen vertonen; in plaats daarvan adopteert de flebologie meet- en behandelingsmodaliteiten (lasers, interferometrische beeldvorming, magnetometrie, MR-susceptibiliteitsreconstructie) waarvan de fysische fundamenten liggen in de kwantumtheorie, fotonica en kwantum-geïnformeerde elektromagnetische modellering[5, 8, 10].
Therapeutische raakvlakken
Endoveneuze laserbenaderingen illustreren het meest directe translationele raakvlak: coherente laserstraling wordt in een ader afgegeven, en het klinische doel is de occlusie van refluxerende of incompetente venen door middel van gecontroleerde fotothermische schade geproduceerd door lichtabsorptie en verhitting[1–4]. Mechanistisch werk benadrukt dat geabsorbeerde energie vaak wordt afgezet in intraluminaal bloed/coagulum rond de fiber-tip (niet alleen direct in de vaatwand), zodanig dat coagulatietemperaturen kunnen worden bereikt ongeacht of hemoglobine of water de nominale doelchromofoor is[12]. Dit kadert EVLA/EVLT/EVLP niet louter als een “golflengte-label”, maar als een gekoppeld proces van fotonabsorptie, warmteopwekking en warmteoverdracht dat afhankelijk is van verstrooiings- en absorptie-eigenschappen bij de gebruikte golflengte[13].
In vitro werk met een solid-state laser op 1.885 μm en ~3 W onderzocht hoe de aanwezigheid van intraluminale rode bloedcelsuspensie versus zoutoplossing, en de vorming van een verhitte gecarboniseerde laag op het eindvlak van de fiber, de ablatie-efficiëntie beïnvloedt[1]. In die studie verhoogde de aanwezigheid van de verhitte gecarboniseerde laag de EVLA-efficiëntie, wat een thermochemische route benadrukt die de energieafzetting bij de tip kan versterken tot voorbij eenvoudige optische absorptie in alleen bloed[1]. Gerelateerde mechanistische argumenten verklaren waarom golflengteselectiviteit tijdens de procedure kan afnemen: coagulum kan zich rond de tip vormen en gedeeltelijk worden omgezet in koolstof bij temperaturen boven 1.000 °C, en omdat koolstof alle EVLA-lasergolflengten even goed absorbeert, kan carbonisatie de golflengte-afhankelijkheid verminderen zodra de tipverhitting wordt gedomineerd door koolstofabsorptie[13].
Diagnostische raakvlakken: optisch en fotonisch
Optische diagnose in de flebologie maakt frequent gebruik van het feit dat hemoglobine golflengte-afhankelijke absorptie-eigenschappen heeft, wat niet-invasieve ondervraging van veneuze oxygenatie, trombus-samenstelling of vasculaire structuur mogelijk maakt met fotonen als probes[3, 4, 17]. Over de verschillende methoden heen is de gemeenschappelijke fysica dat gemeten signalen (verzwakking, interferentiepatronen, fotoakoestische druktransiënten, fluorescentie-emissie) uiteindelijk worden aangestuurd door fotonabsorptie en verstrooiing in bloed- en vaatwandbestanddelen[3, 10, 18].
Nabij-infraroodspectroscopie
Nabij-infraroodspectroscopie (NIR-spectroscopie) wordt beschreven als een niet-invasieve techniek die de differentiële absorptie-eigenschappen van hemoglobine gebruikt om de oxygenatie van skeletspieren te evalueren, en het monitoren van geselecteerde golflengten kan een index van deoxygenatie bieden[3]. Eén studie mat expliciet de veneuze zuurstofsaturatie en absorptie bij 760–800 nm tijdens onderarmoefeningen om te testen of de optische absorptieband correleert met veneuze oxygenatie[3]. Een afzonderlijke methode gebruikte NIRS met veneuze occlusie om de perifere veneuze oxyhemoglobinesaturatie (SvO2) niet-invasief te meten in de menselijke onderarm[19], en rapporteerde een significante correlatie tussen de SvO2 in de onderarm gemeten met NIRS en de oppervlakkige veneuze bloed-SvO2 gemeten met co-oximetrie (n=19, r=0.7, p<0.0001)[19].
Ander validatiewerk onderzocht de relaties tussen NIRS-signalen en veneuze hemoglobine-zuurstofsaturatie (O2Hb%) en veneuze zuurstofconcentratie (CvO2)[20]. Na normalisatie naar het fysiologische bereik werden hoge lineaire correlaties gerapporteerd tussen gedeoxygeneerde en geoxygeneerde heemsignalen en veneuze O2Hb% (R≈0.92) en tussen heemsignalen en CvO2 (R≈0.89–0.90), wat aangeeft dat op fotonabsorptie gebaseerde NIRS-metingen veneuze oxygenatiemetrieken kunnen volgen in gecontroleerde omgevingen[20]. In centraal-veneuze contexten werd gerapporteerd dat NIRAS een nauwkeurige niet-invasieve meting van cerebrale veneuze saturatie biedt, waarbij CSvO2 berekend met NIRAS werd vergeleken met directe co-oximetrie van bloed uit de vena jugularis interna[21].
Fotoplethysmografie
Fotoplethysmografie (PPG) vertrouwt op een infraroodlichtbron en -receptor om fluctuaties in het bloedvolume te benaderen, en schat volumeveranderingen door de hoeveelheid licht te meten die wordt geabsorbeerd en teruggekaatst naar de receptor[22]. In een setting voor de evaluatie van chronische veneuze insufficiëntie werden veneuze hemodynamische waarden geleverd door digitale PPG gebruikt naast standaardevaluatie om te onderzoeken of interventie (EVLA) vereist was, en werden correlaties tussen Doppler-echografie en D-PPG onderzocht om te beoordelen of D-PPG kon helpen bij het begrijpen van veneuze pathologie en het evalueren van behandelingsopties[22]. De methode wordt ook historisch gecontextualiseerd als oorspronkelijk geïntroduceerd in de jaren 1930 als een middel om het vasculaire systeem te evalueren, waarbij de rol als gevestigde optische proxy voor hemodynamiek wordt benadrukt[22].
Optische coherentietomografie
Optische coherentietomografie (OCT) wordt beschreven als een krachtige beeldvormingsmodaliteit gebaseerd op interferometrie met lage coherentie, die beeldvorming met hoge resolutie mogelijk maakt met weefselpenetratiedieptes van enkele millimeters en bijna-histologische visualisatie van vaatwanden[10, 23, 24]. Endovasculaire OCT is gepresenteerd als het verstrekken van “histologie-achtige informatie” van de veneuze wand[4], en één toepassing kadert endovasculaire OCT als de intravasculaire beeldvormingstechniek met de hoogste resolutie die beschikbaar is met nabij-infrarood licht bij ongeveer 1300 nm[25]. Bij de beoordeling van veneuze therapie werd OCT geëvalueerd voor kwalitatieve beoordeling van de anatomie van de veneuze wand en weefselveranderingen na radiofrequentie-ablatie en endoveneuze lasertherapie in boviene veneuze specimens, inclusief het rapporteren van ELT-parameters van een diodelaser bij 980 nm met energiedichtheden van 15, 25 en 35 J/cm[4].
OCT wordt ook gepositioneerd voor intracraniële veneuze toepassingen: adoptie in de menselijke cerebrale veneuze sinus “zou kunnen helpen” bij de diagnose, behandeling en het begrip van durale arterioveneuze fistels, cerebrale veneuze sinustrombose en idiopathische intracraniële hypertensie[25]. Dit illustreert hoe interferometrische, op fotonen gebaseerde beeldvorming de flebologie kan uitbreiden voorbij oppervlakkige beenvaten naar veneuze sinuspathologie, afhankelijk van katheter-gebaseerde toegang en optische signaalbeperkingen[25].
Polarisatiegevoelige OCT
Polarisatiegevoelige OCT (PS-OCT) breidt OCT uit door weefsel-dubbelbreking te meten, wat contrast biedt voor collageen en gladde spiercellen die aanwezig zijn in oudere, chronische stolsels[26]. In een rat-DVT-model werd intravasculaire PS-OCT onderzocht om trombusmorfologie en -samenstelling in vivo te beoordelen gedurende de veroudering van de trombus[26]. Geautomatiseerde analyse van OCT-doorsnedebeelden differentieerde acute en chronische trombi met 97.6% sensitiviteit en 98.6% specificiteit met behulp van een lineair discriminantmodel dat polarisatie- en conventionele OCT-metrieken combineerde, wat PS-OCT ondersteunt als een sensitieve benadering voor de beoordeling van DVT-samenstelling en differentiatie van de trombusleeftijd[26].
Fotoakoestische beeldvorming en elastografie
Fotoakoestische beeldvorming (PAI) wordt beschreven als een techniek die externe metingen van optische absorptie door weefsel mogelijk maakt, en het contrast wordt gegenereerd via het foto/opto/thermoakoestische effect waarbij de absorptie van een korte elektromagnetische puls een thermo-elastische akoestische golf produceert[17, 27]. In de praktijk worden biologische weefsels bestraald met niet-ioniserende laserpulsen; absorptie verhoogt de lokale temperatuur (in de orde van enkele millikelvin), wat leidt tot thermo-elastische expansie en akoestische emissie[18]. Rode bloedcellen, die hemoglobine bevatten en zichtbaar licht significant absorberen, stijgen snel in temperatuur en druk bij het absorberen van lichtenergie, wat een fysiologisch betekenisvolle endogene absorbeerder vormt voor de beeldvorming van stolsels en bloedvaten[28].
In concepten voor DVT-stadiëring kan reorganisatie van het stolsel de hemoglobineconcentratie verlagen en daardoor de optische absorptie verminderen, wat het gebruik van fotoakoestische signaalveranderingen motiveert om trombi niet-invasief te stadiëren[27]. Eén studie specificeert verder dat gepulste laserstraling met een golflengte afgestemd op RBC-absorptie kan worden gebruikt, en stelt voor dat acute bloedstolsels sterkere fotoakoestische signalen zouden moeten uitzenden dan chronische DVT vanwege de sterkere optische absorptie[27]. Empirisch werd gerapporteerd dat gecombineerde echografie en fotoakoestische beeldvorming informatie verschaft over de structuur en leeftijd van DVT-trombi, terwijl bredere reviews de belofte van PAI opmerken vanwege de spatiële resolutie en het hoge optische contrast[17, 29].
Naast op absorptie gebaseerde stadiëring koppelt vasculaire elastische fotoakoestische tomografie (VE-PAT) de detectie van optische absorptie aan de afleiding van mechanische eigenschappen. PAT bereikt een hoge spatiële resolutie voorbij de optische diffusielimiet door optische absorptie ultrasoon te detecteren, en wordt benadrukt vanwege het sterke op hemoglobine gebaseerde absorptiecontrast in RBC's en het vermogen om structurele, functionele en mechanische eigenschappen van bloedvaten bij dieren en mensen te leveren[30]. Er werd gerapporteerd dat VE-PAT in staat was om vasculaire elastische eigenschappen bij mensen te meten[30], verminderde vasculaire compliantie als gevolg van gesimuleerde trombose in fantoomvaten te detecteren (gevalideerd door standaard compressietests)[30], en een afname in vasculaire compliantie bij een menselijk subject te detecteren wanneer stroomafwaartse occlusie optrad, wat het potentieel voor de detectie van diepveneuze trombose aantoont[30].
Nabij-infraroodfluorescentie en hyperspectrale beeldvorming
Nabij-infraroodfluorescentie (NIRF) trombusbeeldvorming maakt gebruik van gerichte fluoroforen om moleculaire bindingsgebeurtenissen om te zetten in detecteerbare NIR-fotonemissie; zo werd bijvoorbeeld een op fibrine gericht peptide geconjugeerd aan de nabij-infrarood fluorofoor Cy7 (FTP11-Cy7) om een beeldvormingsmiddel te ontwikkelen en te valideren dat hoge-resolutie NIRF-beeldvorming van diepveneuze trombose mogelijk maakt[31]. In preklinische workflows werd niet-invasieve geïntegreerde fluorescentie moleculaire tomografie met CT (FMT-CT) uitgevoerd bij muizen met subacute DVT in de vena jugularis, wat een gecombineerde optisch-radiologische benadering voor trombuslokalisatie en -kwantificatie illustreert[31]. Gerelateerd werk benadrukt dat fluorescentiebeeldvorming in het tweede nabij-infraroodvenster (NIR-II, 1.000–1,700 nm) gunstig is vanwege de verminderde complexiteit van de apparatuur en de eenvoudigere bediening, en dat er een theranostische medicijndrager is ontwikkeld om real-time monitoring van het gerichte trombolytische proces van DVT mogelijk te maken[32].
Aan het uiteinde van het spectrum van oppervlaktebeeldvorming bakent hyperspectrale zichtbaar–NIR-beeldvorming spataderen af door gebruik te maken van golflengte-afhankelijke diffuse reflectiesignaturen. In één systeemstudie werden vrijwilligers verlicht met polychromatisch licht variërend van 400–950 nm[33], en piekten diffuse reflectiespectra bij 530 nm voor spataderen versus 780 nm voor beenvaten[33]. Hyperspectrale beelden bij geselecteerde golflengten werden genormaliseerd en gefilterd voorafgaand aan de afbakening met behulp van kwantitatieve fase-analyse en k-means clustering, waarbij optische spectra worden gekoppeld aan computationele segmentatie voor contactloze vaatmapping[33].
Diagnostische raakvlakken: magnetische resonantie
Quantitative susceptibility mapping (QSM) biedt een magnetische resonantiebrug tussen kwantumspin-fysica en veneuze fysiologie door gebruik te maken van MR-fase-evolutie om lokale magnetische susceptibiliteit af te leiden. QSM “onderzoekt gradiënt-echo fasedata” om de lokale magnetische susceptibiliteit van weefsel te bepalen[5], en het meten van susceptibiliteitsverschillen met QSM maakt het naar verluidt mogelijk om SvO2-waarden te kwantificeren op basis van de relatie tussen susceptibiliteitsverschil and SvO2[6]. Gevoeligheid voor oxygenatie wordt ondersteund door rapporten dat QSM veranderingen in deoxyhemoglobinesaturatie, geïnduceerd door hyperoxische gasblootstelling, kan kwantificeren in zowel diermodellen als mensen[7], en door een gerapporteerde uitstekende overeenkomst tussen ShvO2 gemeten op een bloedgasanalysator en ShvO2 berekend uit QSM-metingen[7].
De veneuze specificiteit van op susceptibiliteit gebaseerde metrieken is gegrond in het contrast in magnetische eigenschappen tussen oxygenatietoestanden: oxyhemoglobine wordt beschreven als diamagnetisch (negatieve susceptibiliteit), terwijl deoxyhemoglobine paramagnetisch is (positieve susceptibiliteit)[28]. Binnen de verstrekte QSM-literatuurfragmenten wordt QSM ook gekaderd als een niet-invasieve methode die een indirecte maat kan bieden voor cerebrale veneuze zuurstofsaturatie (CSvO2), wat het potentieel versterkt voor toepassingen in de veneuze oximetrie waar directe bemonstering onpraktisch is[5].
Kwantumbiofysische mechanismen
Op moleculair niveau is de oxygenatietoestand van hemoglobine gekoppeld aan magnetische eigenschappen die direct relevant zijn voor zowel interacties met magnetische velden als MR-susceptibiliteitsbeeldvorming. Oxyhemoglobine wordt beschreven als diamagnetisch, terwijl deoxyhemoglobine paramagnetisch is, wat wijst op oxygenatie-afhankelijke susceptibiliteit en magnetische-krachtinteracties op moleculair/elektronisch niveau[28]. Hemoglobine wordt ook beschreven als een allosterisch eiwit dat een conformationele verandering ondergaat tijdens overgangen van gespannen (gedeoxygeneerd) naar ontspannen (geoxygeneerd) en vice versa, waarbij wordt benadrukt dat zuurstofbinding gekoppeld is aan de structurele toestand van het eiwit[28].
Een voorgestelde mechanistische brug tussen elektromagnetische velden en bloedfysiologie is dat magnetische velden bewegende ladingen beïnvloeden en daarmee de allosterische transformatie van hemoglobine, die wordt beschreven als een proces waarbij populaties verschuiven in plaats van een unidirectionele conversie van de ene quaternaire structuur naar de andere[28]. In de context van de veneuze geneeskunde verbindt dit geheel van claims kwantum-geïnformeerde magnetisme-concepten (susceptibiliteit, veld–lading-interacties) met de functie van hemoglobine, die ten grondslag ligt aan het veneuze zuurstofgehalte en de zuurstofafgiftedynamiek die optische (NIRS, PAI) en MR (QSM) methoden proberen te meten[3, 6, 28].
Opkomende en conceptuele raakvlakken
Verschillende onderzoekslijnen reiken verder dan de gevestigde klinische flebologische instrumenten, maar verwoorden nog steeds uit de kwantumfysica afgeleide principes toegepast op vasculaire of veneuze signalen. Bij EVLA wordt computationele modellering expliciet gemotiveerd door de laserfiber weer te geven als een puntbron in een cilindrische veneuze buis en de radiale herverdeling van licht te modelleren via een diffusieproces dat wordt bepaald door bloedverstrooiing en -absorptie bij de beschouwde golflengte, wat een fysica-georiënteerde benadering van parameteroptimalisatie bij veneuze ablatie illustreert[13].
Bio-elektronische apparaten met de merknaam “Quantum Molecular Resonance” (QMR) worden ook besproken als potentiële instrumenten in de flebologie: een “nieuw type elektrisch scalpel” wordt beschreven als bruikbaar voor de behandeling van dermale capillairen en varicositeiten, met instelbaar vermogen en nauwkeurige timing bedoeld om thermische schade te beperken[34]. In hetzelfde kader wordt sclerotherapie beschreven als de primaire behandeling voor spataderen, bezemstaven en telangiëctasieën, waarbij QMR wordt gepositioneerd als een aanvulling in het bredere therapeutische ecosysteem van het beheer van oppervlakkige veneuze aandoeningen[34].
Aan de computationele kant is een hybride kwantum–klassieke machine learning-benadering gerapporteerd voor laser speckle contrast imaging (LSCI) van de bloedstroom: in plaats van een standaard 3D global pooling layer te gebruiken om feature maps te comprimeren, vervangt het model deze door een variationeel kwantumcircuit, en er wordt beweerd dat het circuit spatiële en temporele relaties in de data behoudt om de voorspellende nauwkeurigheid te handhaven[9]. Hoewel niet specifiek voor veneuze aandoeningen in het fragment, is het raakvlak dat beeldvormingspipelines voor de bloedstroom die relevant zijn voor vasculaire beoordeling kunnen worden gewijzigd door expliciete kwantumcircuitcomponenten, waardoor kwantuminformatieverwerking wordt gekoppeld aan de analyse van hemodynamische signalen[9].
Een afzonderlijk modelleringsconcept stelt een techniek voor die “geheel gebaseerd is op Kwantummechanica en Klassieke Elektrodynamica” om afwijkende vaatgroei tijdens angiogenese aan te pakken, en beweert kwantummechanische berekeningen te gebruiken om de locatie van afwijkende vaatgroei nauwkeuriger te voorspellen en in te dammen[35]. Hoewel dit dichter bij de vasculaire biologie en angiogenese staat dan bij het klassieke beheer van spataderen, vertegenwoordigt het toch een directe poging om kwantum/elektrodynamische modellering te gebruiken als leidraad voor interventies bij pathologische vaatvorming[35].
Ten slotte verbindt kwantumdetectie zich met veneuze toestanden via biomagnetisme. SQUIDs worden beschreven als zijnde gebaseerd op magnetische fluxkwantisering en het Josephson-effect[8], en gerelateerde kwantumsensoren detecteren de precessie van atomaire spins in een magnetisch veld met gevoeligheden nabij femtotesla's[8]. In een toepassing die expliciet betrekking heeft op veneuze ischemie, rapporteerden studies dat veranderingen optreden voorafgaand aan pathologische veranderingen en niet-invasief kunnen worden geregistreerd met een SQUID[36], en SQUIDs worden beschreven als meetinstrumenten voor magnetische velden die worden gecreëerd door de elektrische activiteit van het gladde spierweefsel in het maag-darmstelsel, wat de haalbaarheid aantoont van het vastleggen van zwakke bio-elektromagnetische signaturen die relevant zijn voor vasculaire compromis-toestanden[36].
Synthese
In de onderzochte literatuur verbinden verschillende overkoepelende “gemeenschappelijke aspecten” de kwantumfysica consistent met de flebologie via gedeelde meetbare grootheden, regelbare parameters en de fysica van instrumenten.
De onderstaande tabel vat terugkerende bruggen samen van uit de kwantumfysica afgeleide fysische principes naar concrete veneuze toepassingen.
Alles bij elkaar genomen laten deze thema's zien dat de gedeelde “taal” tussen kwantumfysica en flebologie grotendeels een taal is van meetbare contrasten en regelbare parameters: absorptiespectra en golflengte, coherentie en interferentie, polarisatietoestand, susceptibiliteit en gevoeligheidslimieten van sensoren[3, 5, 8, 10].
Beperkingen en conclusie
Binnen de hier onderzochte literatuur zijn de dominante raakvlakken toegepast en translationeel: lasers worden ingezet voor endoveneuze ablatie en vergeleken over verschillende golflengten voor effectiviteit en veiligheid, optische spectroscopie en beeldvorming worden gebruikt om veneuze oxygenatie af te leiden of trombi te karakteriseren, en MR-susceptibiliteitsreconstructie wordt gebruikt om proxy's voor veneuze oxygenatie te kwantificeren[3, 6, 11, 17]. De nauwste banden met meer “fundamentele” moleculaire fysica zijn (i) de oxygenatie-afhankelijke magnetische susceptibiliteit van hemoglobine (diamagnetisch oxyhemoglobine vs. paramagnetisch deoxyhemoglobine) en (ii) op susceptibiliteit gebaseerde QSM-methoden die deze verschillen benutten om zuurstofveranderingen te kwantificeren, samen met claims dat magnetische velden de allosterische transformaties van hemoglobine kunnen beïnvloeden via interacties met bewegende ladingen[7, 28].
Over het algemeen kunnen de gemeenschappelijke aspecten van kwantumfysica en flebologie die in dit corpus zijn gedocumenteerd, het best worden begrepen als de klinische inzet van op kwantumfysica gebaseerde fotonica en elektromagnetische meetwetenschap om veneuze ziekten te diagnosticeren, in beeld te brengen en te behandelen, waarbij hemoglobine dient als een centraal “brugmolecuul” dat tegelijkertijd een therapeutische absorbeerder, een optische rapporteur en een bron van magnetische susceptibiliteit is[3, 12, 28].
