양자플래그십 양자자기공명센서 컨소시엄

Diamond Quantum Sensing and Imaging

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세부 주제 2

세부 주제 2 소개

연구주제

DETAIL 2 RESEARCH

세부2 과제 연구내용

양상블 NV 센터 기반 양자센싱, 외부패치형·내시경형 소형 심자도 센서, 머신러닝 기반 신호 복원 기술을 통합하여 의료 진단형 심자도 플랫폼을 구축합니다.

KEYWORDS

Quantum SensingCardiomagnetometerPatch SensorEndoscopic SensorSignal Recovery

01 핵심 필요 요소

양자센싱 핵심 필요

  • 민감도: 심자도 신호 측정이 가능한 고감도 양자센싱 기술

  • 시간분해능: 다양한 파형의 심자도 펄스 신호 측정이 가능한 AC 센싱 기술

figure1

심자도 펄스 측정을 위한 양자센싱 개념도

소형 심자도 센서 제작

  • 외부패치형 센서: 비침습·비접촉 가능한 소형 심자도 제작 기술

  • 내시경형 센서: 심장 근거리 측정이 가능한 내시경형 심자도 제작 기술

figure2

외부패치형·내시경형 심자도 센서 개념도

02 연구 개관

figure3

세부2 핵심 개발 기술 도식

주요 이슈 및 극복 방향

기존 SQUID·OPM 기반 심자도 기술의 극저온/차폐 의존성과 인체 적용 한계를 넘어, 상온 구동 가능한 양상블 NV 센터 기반의 고감도·고시간분해능 심자도 센서 및 복원 기술을 구축합니다.

  • 고감도 심자도 펄스 센싱 기술과 시간분해능 고도화

  • 외부패치형·내시경형 소형 심자도 센서 개발

  • 머신러닝 기반 신호 복원과 의료 진단 응용 검증

1st Core

고감도·시간분해능 기반 외부패치형 심자도 기술

CORE DESCRIPTION

  • 고순도 다이아몬드 성장과 고밀도 양상블 NV 센터 생성·제어를 통해 고감도 AC 양자센싱 프로토콜을 최적화합니다.

  • NV-NV, NV-P1 상호작용 제어와 결맞음 시간 향상으로 ms 단위 심자도 펄스 신호 측정 성능을 확보합니다.

  • 광학·마이크로파·검출부 일체형의 compact 외부패치형 심자도 센서를 구현합니다.

  • 소형 센서 구동 전자회로와 프로토타입을 개발해 센서 소형화와 민감도 성능 유지를 동시에 달성합니다.

fig4

고감도·시간분해능 심자도 센싱

fig5

외부패치형 소형 심자도 센서

2nd Core

내시경형 심자도 기술

CORE DESCRIPTION

  • All-fiber-integrated 구조의 내부 삽입형 내시경 심자도 센서를 개발합니다.

  • 나노 광공진기 결합 NV 센서와 다이아몬드 광집적, 광섬유 프로브를 연계해 광전달 효율과 집적도를 높입니다.

  • 마이크로파 전달이 가능한 일체형 광섬유 프로브를 구현하고, 센서헤드를 mm² 수준까지 소형화합니다.

fig6

내시경형 심자도 센서 개념도

3rd Core

Machine Learning 기반 신호 복원

CORE DESCRIPTION

  • 저신호 환경에서 심자도 파형을 예측·복원하는 머신러닝 모델을 개발합니다.

  • 민감도·분해능 향상을 위한 양자센싱 인공지능 모델을 설계하고, 결맞음 향상 기술과 연계합니다.

  • 인공신경망 기반 Fourier 변환 모델과 잡음 저감 기법을 적용해 주파수 예측, 분해능 향상, 측정 시간 단축을 달성합니다.

fig7

머신러닝 기반 신호 복원

03 도전성과 의의

도전성

양상블 기반 양자센싱 기술의 난제

  • 민감도·시간분해능·센서크기를 동시에 만족하는 정량 목표 달성

  • 고밀도 NV 센터 생성 및 큐비트 간 상호작용 제어 필요

  • 측정 시간을 획기적으로 줄이는 기술 개발 필요

의료 현장 활용 가능한 소형 센서 개발의 난제

  • 실험실 수준을 넘어 현장 활용이 가능한 센서 검증

  • 쥐·돼지 등 실험동물 기반 실효성 검증

  • 이동형·인체 삽입형 센서 제작을 통한 산업·의료 적용 기반 마련

창의성·혁신성

양상블 큐비트 제어 및 성능 향상

  • 민감도·시간분해능 향상 양자센싱 프로토콜 개발

  • Machine Learning을 활용한 심자도 파형 복원 및 측정 시간 단축

  • 세계적 수준의 독자 기술 활용과 세부1과의 연계 강화

소형 센서 제작과 의료 응용 확장

  • 외부패치형·내시경형 심자도 센서 동시 개발

  • 독자 기술 기반의 세계 최초 수준 내시경 심자도 시도

  • 심자도 모사 샘플·생체 샘플 기반 성능 데모와 국내 최초 의료 제품화 연계 기대