서울성모병원 공동연구팀, ‘양자컴퓨팅 국책과제’ 선정…심혈관 정밀의료 도전

입력 2026-08-25 09:01:28

양자컴퓨터로 심장 혈류 분석

맞춤형 진단·치료 가능성 확인

서울성모병원 정정임(왼쪽부터) 교수, 윤종찬 교수, 최영 교수, 서울시립대 안도열 교수, ㈜플로우닉스 이규한 연구소장.[서울성모병원 제공]

[헤럴드경제=김광우 기자] 가톨릭대학교 서울성모병원과 서울시립대학교, 플로우닉스 공동연구팀이 양자컴퓨팅을 활용해 심혈관질환의 혈류를 분석하는 기술 개발에 나선다.

서울성모병원은 공동연구팀이 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 ‘2026년도 양자컴퓨팅 기반 양자이득 도전연구사업’ 신규 과제에 선정됐다고 25일 밝혔다.

이번 연구는 양자알고리듬을 활용해 심혈관질환의 전산유체역학(CFD) 분석 속도와 정확도를 높이고, 실제 임상 현장에서 양자컴퓨팅이 기존 컴퓨터보다 우수한 성능을 보이는 조건인 ‘양자이득’을 규명하는 것이 목표다.

연구는 2026년부터 2028년까지 2년 6개월 동안 진행되며 총 25억원의 국책 연구비를 지원받는다.

이번 연구는 CT·MRI 등 해부학적 영상만으로 파악하기 어려운 혈류 정보를 계산하는 전산유체역학에 양자컴퓨팅을 적용해, 심혈관질환 환자의 맞춤형 진단에 활용할 가능성을 검증하는 데 초점이 맞춰져 있다.

구체적으로 심장·좌심방·대동맥을 자동으로 구분하는 3차원 딥러닝 모델을 개발한 뒤 양자 기반 혈류역학 모델을 구축하고, 4D Flow MRI를 활용해 실제 환자 사례에서 결과를 검증할 계획이다. 기존 CFD 대비 양자 기반 CFD의 정밀도를 95% 이상 확보하는 것이 목표다.

연구는 우선 전체 인구의 2~3%에서 발생하는 가장 흔한 지속성 부정맥인 심방세동을 대상으로 시작해 향후 다른 심장질환으로 확대할 예정이다.

심혈관질환에서는 혈류의 속도와 압력, 혈관벽에 가해지는 마찰력인 벽전단응력 등이 혈전 형성이나 심장 근육 손상에 영향을 줄 수 있다. 하지만 CT나 MRI 같은 해부학적 영상만으로는 혈관의 협착 정도는 확인할 수 있어도 혈류의 속도와 압력까지 파악하는 데 한계가 있다.

양자 알고리듬 기반 심혈관 질환 전산유체역학 기술 개발 및 양자이득 평가.[서울성모병원 제공]

전산유체역학은 해부학적 영상을 바탕으로 혈류의 속도·압력·벽전단응력을 계산할 수 있지만, 정확도를 높이기 위해 계산량이 늘어나면 연산 속도가 늦어져 임상 적용에 제한이 있었다.

연구팀은 양자컴퓨터를 활용하면 정확도가 높은 고밀도 계산을 보다 빠르게 처리할 수 있을 것으로 보고 있다. 0과 1을 이용해 순차적으로 연산하는 고전 컴퓨터와 달리, 양자컴퓨터는 여러 상태를 동시에 표현하는 중첩 원리를 활용해 방대한 경우의 수를 동시에 탐색할 수 있기 때문이다.

이를 위해 연구팀은 양자컴퓨터가 후보 해를 제시하면 고전 컴퓨터가 오차를 계산해 다시 수정을 요청하는 변분양자알고리듬을 비롯해 크릴로프 부분공간 탐색기법, 고전적 섀도우 측정기법, 비마르코프 양자오류완화 기법 등을 결합해 활용할 예정이다. 이를 통해 계산 정확도를 유지하면서도 양자 연산에 필요한 자원과 측정 횟수를 줄이는 것을 목표로 한다.

서울성모병원은 임상데이터 확보와 검증을 총괄하고, 서울시립대학교는 양자알고리듬 개발과 성능지표 산출을 맡는다. 플로우닉스는 4D Flow MRI 기반 혈류 분석 플랫폼을 활용해 양자 CFD의 정확도를 검증한다.

윤종찬 서울성모병원 순환기내과 교수는 “혈류역학에 근거한 환자별 맞춤 진단과 치료가 심혈관질환 극복의 핵심이지만 아직 임상 현장에서 충분히 구현되지 못하고 있다”며 “계산 비용이 가장 큰 CFD Solver 단계에 양자알고리듬과 오류완화 기법을 적용해 실제 임상에서 양자이득이 나타나는 조건을 확인하고자 한다”고 말했다.

한편 연구팀은 2025년 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립전환과학진흥센터가 주관한 양자컴퓨팅 챌린지에 국내에서 유일하게 선정됐다. 올해는 미국 클리블랜드 클리닉과 글로벌 투자사 K5 글로벌이 공동 주관하는 퀀텀 이노베이션 캐털라이저 프로그램에도 한국에서 유일하게 최종 선정됐다.

woo@heraldcorp.com