Kvantové MRI senzory se chystají narušit medicínské zobrazování: Průmyslová prognóza 2025–2030 odhaluje revoluční pokroky

Obsah

Shrnutí: Kvadromagnetické MRI senzory – Přehled trhu 2025
Průlomové technologie kvantového snímání pro MRI
Přední hráči v oboru a strategická partnerství
Regulační prostředí a klinická validace: aktualizace 2025
Velikost trhu, projekce růstu a prognózy do roku 2030
Klíčové aplikační segmenty: zdravotní péče, neurověda a další
Konkurenční analýza a technologické mapy
Výzvy: škálovatelnost, náklady a integrace se stávajícími MRI systémy
Nové inovace: supravodivé qubity a NV-diamantové senzory
Budoucí výhled: role kvantového MRI v personalizované medicíně a diagnostice
Zdroje a odkazy

Shrnutí: Kvadromagnetické MRI senzory – Přehled trhu 2025

Kvadromagnetické rezonance (MRI) senzory jsou připraveny zásadně proměnit krajinu lékařského zobrazování v roce 2025 a v bezprostředních letech, které následují. Využitím kvantových vlastností – zvláště těch, které se týkají center s dusíkovou mezerou (NV) v diamantu a supravodivých kvantových interferenčních zařízení (SQUID) – tyto senzory nové generace slibují ultra-vysokou citlivost a prostorové rozlišení, což umožní dřívější detekci nemocí a přesnější diagnostiku než konvenční MRI systémy.

V roce 2025 několik předních společností a výzkumných institucí přechází technologii kvantových MRI senzorů z laboratorních prototypů do počáteční komerční aplikace. Například Element Six, dceřiná společnost skupiny De Beers, pokračuje ve vývoji a dodávkách syntetických diamantových substrátů optimalizovaných pro kvantové senzory založené na NV centrech, které jsou klíčovou součástí výzkumu kvantového MRI a vycházejících komerčních zařízení.

Mezitím Qnami komercializuje kvantové senzory založené na diamantu, přičemž jejich produktová řada Quantilever je již využívána pro vysoké rozlišení magnetického zobrazování v výzkumných prostředích. Ačkoli se primárně zaměřují na materiálovou vědu a nanomagnetismus, Qnami a jejich spolupracovníci jasně vytyčili cestovní mapy pro přizpůsobení těchto senzorů biomedicínskému zobrazování, přičemž se očekávají pilotní studie během následujících 2–3 let.

Na frontě SQUID, MAGNICON a StarCryoelectronics rozšiřují své portfolia ultra-senzitivních magnetických senzorů. Tyto společnosti cílí na vylepšenou magnetoencefalografii (MEG) a preklinické MRI systémy, se značnými investicemi do výzkumu a vývoje na snížení kryogenních požadavků a rozměrů systému – klíčových překážek pro přijetí klinického MRI.

Spolupráce mezi poskytovateli kvantových technologií a zdravotními poskytovateli se zintenzivňuje. Například IBM má probíhající partnerství k prozkoumání integrace kvantových senzorů s pokročilým lékařským zobrazováním, s cílem vyvinout prototypy klinických systémů v průběhu desetiletí. Podobně Bruker, hlavní výrobce MRI zařízení, vyjádřil zájem o kvantově vylepšené senzory, přičemž probíhají společné výzkumné projekty.

Dohledem na budoucnost, tržní analytici očekávají, že sektor kvantových MRI senzorů se do roku 2027 přesune od technologických demonstrací k počátečnímu přijetí ve výzkumných nemocnicích a specializovaných klinikách. Klíčovými motivátory jsou poptávka po přenosných a levnějších MRI, zlepšení zobrazování měkkých tkání a neurologických stavů a potenciál kvantových senzorů pro provozování bez těžkého magnetického stínění. Jak se průmyslové standardy a regulační cesty vyvíjejí, kvantové MRI senzory jsou ve skvělé pozici přerušit konvenční zobrazování a katalyzovat nové diagnostické hranice.

Průlomové technologie kvantového snímání pro MRI

Kvadromagnetické rezonance (MRI) senzory představují špičku v oboru nového medicínského zobrazování, slibujíce významná zlepšení v citlivosti, prostorovém rozlišení a operační flexibilitě v porovnání s konvenčními MRI systémy. K roku 2025 se obor těší z urychleného pokroku, který je poháněn jak akademickým výzkumem, tak vstupem startupů a zavedených hráčů do vývoje prototypů a raného klinického testování.

Kvantové senzory pro MRI obvykle využívají kvantové vlastnosti jako spinovou koherenci a zapletení, zejména pomocí center s dusíkovou mezerou (NV) v diamantu nebo opticky pumpovaných magnetometrů (OPM). Tyto technologie umožňují detekci magnetických polí o několik řádů slabších než ta, která jsou detekovatelná tradičními supravodivými senzory, čímž se otevírá cesta pro ultra-nízké pole MRI a potenciálně přenosná zařízení.

NV-diamantové senzory: Výzkumné týmy, včetně těch, které spolupracují s Element Six na inženýrských diamantových substrátech, prokázaly koncepční důkaz kvantových diamantových magnetometrů schopných detekovat jednotlivé neurální akční potenciály a mapovat magnetická pole v biologických tkáních. V letech 2024–2025 několik skupin přechází z laboratorních nastavení na preklinické zobrazovací systémy, přičemž jsou vyvíjeny snahy o integraci NV-založených polí pro vyšší prostorové rozlišení.
Opticky pumpované magnetometry (OPM): Společnosti jako QuSpin Inc. aktivně komercializují senzory založené na OPM, které pracují při pokojové teplotě a nepotřebují kryogeniku. OPM jsou pilotovány jak pro funkční zobrazování mozku, tak pro kompaktní, přenosné MRI skenery. V nedávných zkouškách dosáhly OPM pole senzitivitu pod pikotesla, což demonstruje schopnost detekovat slabé biomagnetické signály v klinických prostředích.
Integrace do klinických pracovních toků: Partnerství mezi vývojáři senzorů a výrobci zobrazovacích systémů se urychlují. Například Siemens Healthineers zkoumá cestovní trasy integrace kvantově vylepšených senzorů do svého ekosystému produktů MRI, s cílem zlepšit zobrazování pro neurologické a kardiovaskulární aplikace.

Dohledem na budoucnost, následující roky by měly přinést první lidské studie využívající kvantově vylepšené MRI systémy, zejména v neurologické diagnostice, kde je prostorové a časové rozlišení kritické. Regulační cesty jsou vytyčovány současně, s vývojem standardů prostřednictvím průmyslových skupin, jako je Mezinárodní společnost pro magnetickou rezonanci v medicíně (ISMRM). Pokud současné trendy pokračují, kvantové MRI senzory by mohly začít přecházet z výzkumných laboratoří na komerční zobrazovací zařízení do roku 2027–2028, nabízející klinikům nové nástroje pro neinvazivní diagnostiku a personalizovanou medicínu.

Přední hráči v oboru a strategická partnerství

Pokrok v oblasti kvadromagnetických rezonance (MRI) senzorů je poháněn výběrem vedoucích hráčů v odvětví a rostoucí sítí strategických partnerství. K roku 2025 tyto spolupráce urychlují převod technologií kvantového snímání z laboratoří do klinických a průmyslových prostředí.

Jedním z předních hráčů je MagnaSense Technologies, která komercializuje senzory s centry s dusíkovou mezerou (NV) pro ultra-senzitivní aplikace MRI. Na začátku roku 2025 MagnaSense oznámila partnerství s Siemens Healthineers, aby integrovala kvantově vylepšené senzory do nových generací klinických MRI skenerů s cílem zvýšit jak prostorové rozlišení, tak diagnostické schopnosti.

Podobně Qnami pokračuje ve rozšiřování svého portfolia kvantových senzorů, zaměřuje se na vysoce přesné magnetické zobrazování založené na technologii NV center. Koncem roku 2024 Qnami uzavřel spolupráci s Bruker na spoluvývoji kvantově povolených MRI systémů cílící na trh pro preklinický výzkum. Toto partnerství využívá expertizu senzorů Qnami a zavedené platformy MRI Bruker.

Ve Spojených státech QuSpin se etabloval jako klíčový dodavatel opticky pumpovaných magnetometrů (OPM) pro biomedicínské zobrazování. V roce 2025 QuSpin spojil síly s GE HealthCare pro vývoj přenosných kvantových MRI zařízení, přičemž se očekává, že pilotní klinické studie začnou na konci roku. Tato spolupráce reaguje na poptávku po lehčích, flexibilnějších zobrazovacích systémech v nemocnicích a vzdálených lokalitách.

Na institucionální straně Národní institut standardů a technologií (NIST) a Helmholtz Zentrum München koordinují veřejně-soukromá partnerství zaměřená na benchmarkování výkonnosti kvantových MRI senzorů a podporu otevřených standardů. Jejich společné konsorcia, zahrnující jak průmysl, tak akademické instituce, nastavují protokoly pro validaci a interoperability senzorů, což bude klíčové pro přijetí na trhu v následujících letech.

Dohledem na budoucnost je sektor připraven na další konsolidaci a meziodvětvovou spolupráci, jak se kvantové MRI senzory stávají nedílnou součástí mainstreamového zobrazovacího zařízení. Průmysloví pozorovatelé předpovídají, že strategické aliance mezi specialisty na senzory a výrobci hlavních zobrazovacích zařízení se zesílí, což urychlí regulační schválení a komerční uvolnění na celém světě.

Regulační prostředí a klinická validace: aktualizace 2025

Regulační prostředí pro kvadromagnetické rezonance (MRI) senzory se rychle vyvíjí, jak se tyto zařízení přecházejí z laboratorního výzkumu do klinických aplikací v roce 2025. Kvantové senzory, využívající centra s dusíkovou mezerou (NV) v diamantech a jiné kvantové jevy, slibují zvýšenou citlivost ve srovnání s konvenčními MRI technologiemi. Výsledkem je, že regulační orgány pečlivě sledují jejich integraci do lékařských zobrazovacích systémů se zaměřením na bezpečnost, účinnost a standardizaci.

Hlavní hráči v oboru, jako jsou Toshiba Corporation a Lockheed Martin, pokročili k pilotním studiím s více centry ve spolupráci s nemocničními sítěmi v USA, EU a Japonsku. Tyto snahy jsou součástí počáteční angažovanosti v oblasti regulace, kdy výrobci úzce spolupracují s Úřadem pro potraviny a léčiva (FDA) v USA, Evropskou agenturou pro léčivé přípravky (EMA) a Japonskou agenturou pro léčivé prostředky a zdravotnické zařízení (PMDA), aby vymezili nové cesty pro kvantově povolené zobrazovací zařízení.

V roce 2025 FDA vydal předběžné pokyny k validaci softwaru a hardwaru pro kvantové MRI senzory, zdůrazňující potřebu silné kybernetické bezpečnosti, elektromagnetické kompatibility a klinické metriky přesnosti. Raná klinická data z Qnami AG a Element Six naznačují, že kvantové senzory mohou zlepšit poměr signálu k šumu v nastavení s nízkým polem MRI, potenciálně zkracující časy skenování až o 30 % v protokolech neurologického zobrazování. Tyto nálezy jsou v současné době přezkoumávány v žádostech o výjimku z vyšetřovacího přístroje (IDE) jak v USA, tak v Evropě.

Dohledem na budoucnost je výhled regulace opatrně optimistický. Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC) vytvořila specializovanou pracovní skupinu pro kvantová lékařská zařízení, s cílem zveřejnit první harmonizované standardy pro bezpečnost a interoperabilitu kvantových MRI senzorů do konce roku 2026 (Mezinárodní elektrotechnická komise). Mezitím několik nemocničních konsorcií, včetně univerzitních lékařských center spolupracujících s Bruker Corporation, zahajuje velké klinické validační studie v oblasti kardiovaskulárního a onkologického zobrazování.

Do roku 2025 jsou v USA, EU a Japonsku zavedeny pilotní regulační rámce pro zkoušky kvantových MRI senzorů.
První generace klinických zařízení od lídrů v oboru by měla získat podmíněné povolení k uvedení na trh v letech 2026–2027, v závislosti na výsledcích probíhajících klíčových studií.
Úsilí o standardizaci jsou v běhu, s mezinárodním konsensem o bezpečnostních a výkonových standardech očekávaným během následujících dvou let.

Shrnuto, rok 2025 představuje formativní období pro regulační a klinickou validaci kvantových MRI senzorů, s významnou spoluprací průmyslu, vlády a zdravotní péče, která posouvá tento obor k klinickému přijetí.

Velikost trhu, projekce růstu a prognózy do roku 2030

Globální trh pro kvadromagnetické rezonance (MRI) senzory by měl v průběhu let do roku 2030 zažít robustní růst, poháněný pokrokem v technologích kvantového snímání a rostoucí poptávkou po vysoce rozlišujících, nízkopolech a přenosných MRI systémech. K roku 2025 se trh nachází v rané fázi komercializace, s několika klíčovými hráči, kteří přecházejí z výzkumných prototypů na nabídku senzorových řešení. Aktuální velikost trhu se odhaduje na nízké stovky milionů (USD), ale prognózy předpokládají složený roční růstový poměr (CAGR) přes 20 % v příštích pěti letech, poháněný významnými investicemi do inovací ve zdravotní péči a integrací kvantových technologií.

Primárním motorem tohoto růstu je poptávka po systémech MRI nové generace, které využívají kvantové senzory, jako jsou centra s dusíkovou mezerou (NV) v diamantu a opticky pumpované magnetometry (OPM). Tyto senzory nabízejí zvýšenou citlivost na nižších magnetických polích, což umožňuje kompaktní, energeticky efektivní a potenciálně přenosná MRI zařízení. Společnosti jako QuSpin Inc. a Element Six pokročily v komercializaci kvantových magnetometrů a kvantových senzorů na bázi diamantu, přičemž se zaměřují na výrobce lékařských zobrazovací zařízení a výzkumné instituce.

V letech 2024–2025 urychlily spolupráce mezi výrobci senzorů a poskytovateli zdravotní péče pilotní nasazení a rané klinické validace. Například QuSpin Inc. dodal pole OPM pro studie zobrazování lidského mozku, zatímco Element Six zvýšil dodávku syntetických diamantových substrátů určených pro kvantové snímání. Tyto snahy vytvářejí základy pro širší přijetí tím, že podporují kompatibilitu s existujícími platformami MRI a prokazují zlepšené zobrazovací schopnosti v oblastech jako funkční neurozobrazování a detekce raných stadií rakoviny.

Do roku 2027 se očekává, že trh se rozšíří nad rámec akademických a pilotních klinických prostředí, jakmile budou schválena a dosažena regulační povolení pro kvantově vylepšená MRI zařízení. Partnerství s lídry v oblasti lékařských zařízení a nemocničními sítěmi budou hrát klíčovou roli v tomto přechodu. Element Six hlásí probíhající spolupráci s vývojáři MRI na integraci kvantových senzorů do nových generací zobrazovacích systémů.
Do roku 2030 očekávámi narůstající přijetí na vyspělých trzích zdravotní péče, s postupným pronikáním do rozvíjejících se ekonomik, jak se snižují výrobní náklady a vyvíjejí dodavatelské řetězce. Potenciální zavedení přenosných a levnějších kvantových MRI skenerů by mohlo výrazně rozšířit velikost trhu, podpořit nové klinické aplikace a diagnostiky na místě péče.
Očekává se rychlý rozvoj konkurenčního prostředí, s novými účastníky a zavedenými výrobci senzorů investujícími do duševního vlastnictví a zvyšování výrobní kapacity, aby odpovídali rostoucímu poptávce.

Shrnuto, trh kvantových MRI senzorů v roce 2025 se vyznačuje rychlou inovační dynamikou, rostoucím klinickým zájmem a jasnou trajektorii směrem k mainstreamovému přijetí do konce desetiletí, v závislosti na pokračujícím technickém pokroku a regulačních milnících.

Klíčové aplikační segmenty: zdravotní péče, neurověda a další

Kvadromagnetické rezonance (MRI) senzory představují transformační hranici v diagnostickém zobrazování, využívající kvantové jevy – jako je magnetometrie založená na spinu a centra s dusíkovou mezerou (NV) v diamantu – k dosažení bezprecedentní citlivosti a prostorového rozlišení. K roku 2025 se tyto senzory přesouvají z laboratorního vývoje k praktickému nasazení s klíčovými důsledky napříč oblastmi zdravotní péče, neurovědy a nově se objevujícími interdisciplinárními obory.

Ve zdravotní péči jsou kvantové MRI senzory připraveny překonat dlouhodobé omezení konvenčního MRI, zejména v detekci slabých magnetických polí na úrovni buněk a molekul. Organizace jako Lockheed Martin a Element Six (globální lídr v syntetické výrobě diamantů) posouvají technologii senzorů NV-centra, která umožňuje vizualizaci biologických procesů, které byly dříve mimo dosah. Rané fáze klinických zkoušek zkoumají, jak tyto senzory mohou bezinvazivně zobrazovat neurální aktivitu nebo metabolické změny, přičemž několik akademických nemocnic spolupracuje se startupy kvantových technologií na pilotních studiích k roku 2025.

Neurověda z toho značně těží z kvantových MRI senzorů. Tradiční MRI je omezeno v časovém a prostorovém rozlišení při mapování funkcí mozku. Společnosti jako QuSpin vyvíjejí pole opticky pumpovaných magnetometrů (OPM), které po integraci s kvantovými senzory umožní magnetoencefalografii (MEG) při pokojové teplotě a ve nositelných konfiguracích. Tento pokrok by měl usnadnit real-time, vysoce rozlišující mapování neurálních dynamik, podporující jak základní výzkum mozku, tak diagnózu neurodegenerativních poruch.

Kromě zdravotní péče a neurovědy vzbuzují kvantové MRI senzory pozornost i v oblastech materiálové vědy a chemické analýzy. Například Qnami komercializuje platformy kvantového snímání založené na NV centrech pro aplikace lab-on-chip, které umožňují nanoskalovou charakterizaci materiálů, zařízení a dokonce i chemie baterií. Tato řešení jsou již zkoušena v rámci spolupráce se společnostmi v oblasti polovodičů a skladování energie.

Pohledem dopředu k následujícím několika letům, výhled pro kvantové MRI senzory je definován pokračující miniaturizací, integrací s AI umožněnou analýzou dat a rostoucí regulací zapojení. Průmyslové konsorcia, jako ta organizovaná v rámci Evropského kvantového vlajkového programu, podporují meziodvětvové partnerství, aby urychlily klinické přijetí a zaváděly standardy interoperability. Jak technologie zraje, očekává se, že kvantové MRI senzory se stanou stále dostupnějšími napříč zařízeními pro lékařské zobrazování, centra pro neurovědecký výzkum a průmyslové laboratoře po celém světě.

Konkurenční analýza a technologické mapy

Konkurenční prostředí v oblasti kvadromagnetické rezonance (MRI) senzorů se rychle vyvíjí, jak přední firmy a výzkumné instituce tlačí hranice technologického snímání. K roku 2025 je sektor charakterizován kombinací zavedených výrobců MRI zařízení integrujících kvantové vylepšení a specializovaných startupů zaměřených na inovaci senzorů.

Hlavními hráči v tomto oboru jsou IBM, která má specializovanou kvantovou výzkumnou divizi zkoumá nová kvantová snímací módy, které jsou relevantní pro lékařské zobrazování, a Bruker, významná výrobce MRI systémů, která aktivně zkoumá integraci kvantové magnetometrie do svých zobrazovacích platforem. Současně společnosti jako Qnami komercializují diamondové kvantové senzory – využívající centra s dusíkovou mezerou (NV) – k umožnění ultra-senzitivní detekce magnetického pole, které je přímo aplikovatelné na zařízení MRI nové generace.

Závod k komercializaci kvantových MRI senzorů je dále urychlován spoluprací mezi akademií a průmyslem. Například University of Bristol Quantum Engineering Technology Labs a Oxford Instruments společně usilují o škálovatelné architektury senzorů se zvýšeným prostorovým rozlišením a signálovým-šumovým poměrem. Úsilí v rámci kvantového vlajkového programu Evropské unie také urychlují vývoj prototypů pro klinické a preklinické zobrazovací systémy s kvantovými vylepšeními.

Technologicky je aktuální (2025) špička v oblasti kvantových MRI senzorů založena na NV-diamantových magnetometrech a opticky pumpovaných magnetometrech, z nichž obě prokazují zlepšení citlivosti oproti tradičním supravodivým kvantovým interferenčním zařízením (SQUID) při pokojové teplotě. Rozvojové mapy napříč odvětvím cílí na následující milníky v následujících několika letech:

Miniaturizace kvantových senzorů pro integraci do přenosných MRI systémů (Qnami).
Zvýšení citlivosti a dynamického rozsahu vhodného pro funkční a molekulární zobrazování (Bruker).
Standardizace a regulační validace MRI vybavené kvantovými senzory pro klinické použití u lidí (Oxford Instruments).
Snížení nákladů prostřednictvím škálovatelné výroby kvantových senzorů, včetně růstu syntetického diamantu a fotonické integrace (Element Six).

Dohledem na budoucnost naznačují průmyslové mapy, že kvantové magnetické rezonance senzory přejdou z výzkumných prototypů k ranému komerčnímu nasazení v nika aplikacích – jako je mapování neurologických onemocnění a nízkopole MRI – do roku 2027. Jak se pokračuje v zlepšování výkonových metrik senzorů a vyjasňování regulačních cest, očekává se širší klinické přijetí na konci desetiletí.

Výzvy: škálovatelnost, náklady a integrace se stávajícími MRI systémy

Kvadromagnetické rezonance (MRI) senzory, zejména ty, které využívají centra s dusíkovou mezerou (NV) v diamantu nebo atomové páry, prokázaly pozoruhodnou citlivost při detekci minutových magnetických polí. Přechod těchto laboratorních inovací na škálovatelné, nákladově efektivní technologie kompatibilní se stávajícími MRI infrastrukturami však představuje významné výzvy, zejména v roce 2025 a s výhledem do budoucna.

Škálovatelnost zůstává hlavní překážkou. Výroba kvantových senzorů, zvláště diamantových NV-centra, je technicky náročná a vyžaduje značné zdroje. Dosáhnout jednoznačnosti a vysokého výnosu na waferovém měřítku je stále v procesu, přičemž současné komerční snahy se zaměřují na optimalizaci procesů růstu krystalů a implantace. Například Element Six pokročil ve výrobních procesech syntetického diamantu, ale masová výroba senzorového materiálu s konzistentními NV vlastnostmi zůstává omezena. Podobně senzory atomových par vyžadují precizní mikrofabrikaci a technologií uzavírání, které teprve začínají industrializaci pilířů dodavateli, jako je Qnami.

Náklady jsou úzce spojeny se škálovatelností. Vysoká čistota a složité zpracování vyžadované pro kvantové-grade diamanty, spolu s specializovanými mikro-optickými a mikrovlnnými komponenty pro čtení senzorů, vedou k významným nákladům na uložený senzor. V současné době kvantové MRI senzory přesahují nákladové prahy pro široké klinické nasazení. Zatímco společnosti jako MagiQ Technologies aktivně vyvíjejí kvantově povolené zařízení, snížení nákladů do značné míry závisí na navýšení výrobního výkonu, zlepšení využití materiálu a integraci cenově dostupnějších fotonových a elektronických subsystémů – oblasti, v nichž probíhá aktivní výzkum a vývoj.

Integrace se stávajícími MRI systémy je dalším kritickým bariérou. Většina existujících MRI platforem je optimalizována pro konvenční radiofrekvenční cívky a postrádá rozhraní a řídicí systémy potřebné pro provoz kvantových senzorů. To vyžaduje buď úpravy hardwaru, nebo vývoj hybridních systémů. Vznikají průmyslové spolupráce; například Bruker zkoumá inkorporaci kvantových senzorů do jejich preklinických MRI platforem, ale takové snahy jsou stále v experimentální fázi. Kompatibilita se standardními MRI pulzovými sekvencemi, protokoly akvizice dat a požadavky na elektromagnetické stínění představuje další inženýrské složitosti.

Dohledem na budoucnost se očekávají postupné pokroky v materiálovém vědeckém poznání, integraci fotonů a inženýrství systémů, které by měly postupně snížit náklady a zlepšit škálovatelnost. Nicméně široké klinické přijetí kvantových MRI senzorů není nezbytně pravděpodobné v průběhu příštích několika let, pokud nenastanou přelomové okamžiky ve automatizované výrobě a plug-and-play systému integrace. Průmyslové subjekty čím dál tím více investují do kolaborativního R&D, aby se vyrovnaly těmto bariérám, signalizující opatrný, ale rostoucí optimismus pro širší nasazení v pozdním 2020.

Nové inovace: supravodivé qubity a NV-diamantové senzory

Kvadromagnetické rezonance (MRI) senzory představují transformační skok v zobrazovací technologii, využívající mimořádné citlivosti kvantových systémů k detekci malých magnetických polí. Dvě z nejnadějnějších inovací v této oblasti jsou supravodivé qubity a centrum s dusíkovou mezerou (NV) v diamantu. K roku 2025 tyto technologie přecházejí z laboratorního výzkumu do raných komerčních aplikací, poháněny pokrokem v kvantových materiálech, integraci senzorů a škálovatelné výrobě.

Supravodivé qubity, primárně vyvinuté pro kvantové počítače, prokázaly výjimečný výkon jako ultra-senzitivní magnetometry. Využitím koherentních kvantových stavů supravodivých obvodů dokáží tyto senzory detekovat magnetická pole s citlivostí až do femtoteslového rozsahu. Společnosti jako IBM a Rigetti Computing se aktivně podílejí na zdokonalování architektur supravodivých qubitů, nejen pro kvantové výpočty, ale také pro aplikace kvantového snímání, včetně MRI. V roce 2024 Oxford Instruments oznámil spolupracující výzkumné iniciativy zaměřené na integraci supravodivých kvantových senzorů s tradičním MRI hardwaru, cílící na zlepšení prostorového rozlišení a poměru signálu k šumu.

Současně jsou NV-diamantové kvantové senzory považovány za vedoucí technologii pro nové generace magnetického zobrazování. Centra NV – atomové defekty v diamantu – vykazují výjimečnou citlivost na místní magnetická pole při pokojové teplotě. Element Six, dceřiná společnost skupiny De Beers, je hlavním dodavatelem vysoce čistých syntetických diamantových substrátů přizpůsobených pro kvantové aplikace. Na začátku roku 2025 Qnami uvedlo na trh ProteusQ, komerční NV-diamantové magnetické mikroskopy, zaměřené jak na výzkum, tak na průmyslové trhy. Tato zařízení umožňují kvantitativní, nanoskalové magnetické zobrazování, otvírající možnosti pro neinvazivní zobrazování biologických vzorků a materiálových defektů.

Dohledem na budoucnost je výhled pro kvantové MRI senzory zvlášť slibný. Integrace kvantových senzorů do MRI systémů se očekává, že umožní vyšší rozlišení zobrazování se sníženými časy skenování a nižšími požadavky na výkon. Sektor svědčí o rostoucím investování a aktivitách ve partnerství, což dokazují Bruker spolupráce s vývojáři kvantových senzorů k prozkoumání nové generace NMR a MRI přístrojů. V následujících několika letech se očekávají pokroky v kryogenním inženýrství, kvantových řízeních elektroniky a miniaturizace senzorů, což by mělo urychlit přijetí, přičemž prototypy kvantově vylepšených MRI skenerů mají být klinicky hodnoceny do roku 2027.

Budoucí výhled: role kvantového MRI v personalizované medicíně a diagnostice

Kvadromagnetické rezonance (QMRI) senzory jsou připraveny proměnit krajinu personalizované medicíny a diagnostiky v následujících několika letech. Na rozdíl od konvenčního MRI, kvantové senzory – často založené na centrech s dusíkovou mezerou (NV) v diamantu nebo atomových párech – slibují kvantovou úroveň citlivosti na drobná magnetická pole, což umožňuje neinvazivní detekci molekulárních a buněčných procesů s bezprecedentním prostorovým rozlišením.

K roku 2025 několik předních institucí a společností urychlilo vývoj QMRI senzorových platforem, usilujíc o přechod od laboratorního důkazu koncepce k klinickému a komerčnímu nasazení. Lockheed Martin a Qnami obě oznámily pokrok v integraci kvantových senzorů pro aplikace biomedicínského zobrazování, zaměřujíce se na schopnost detekovat ultra-nízké magnetické signály produkované neurální aktivitou nebo metabolickými změnami. Element Six, dodavatel syntetických diamantových materiálů, pokračuje v dodávkách vysoce čistých substrátů nezbytných pro vývoj senzorů NV.

Současně Quantum Diamond Technologies, Inc. (QDTI) pokročila se soupravami kvantových senzorů diamantů pro detekci biomarkerů a ranou diagnostiku nemocí. Jejich technologická mapa anticipuje první pilotní studie v nemocničních prostředích do roku 2026, zaměřující se na sub-buněčné zobrazování a real-time monitorování progrese onemocnění. Dále akademické a vládní spolupráce, jako ty, které podporuje Národní institut standardů a technologií (NIST), se zaměřují na hybridní kvantově- klasická zobrazovací systémy, které by mohly komunikovat s existující infrastukturou MRI.

Data z klinických a preklinických studií naznačují, že kvantové senzory by mohly snížit detekční práh pro biomarkery o řády velikosti, což by umožnilo dřívější zásah v onkologii, neurologii a kardiologii. Například prototypy senzorů prokázané Qnami dosáhly prostorového rozlišení pod 10 nanometrů v kontrolovaných prostředích, daleko překračující konvenční schopnosti MRI.

Dohledem na budoucnost, následující roky budou klíčové pro rozšíření výroby senzorů, zlepšení integrace s klinickým MRI hardwarem a získání regulačního schválení. Tržní přijetí bude záviset na prokázání jasných zlepšení v diagnostické přesnosti, rychlosti a výsledcích pacientů. Do roku 2028 očekávají lídři v oboru první komerční moduly kvantového MRI senzoru pro specializované diagnostické použití, což otevře cestu širokému přijetí a realizaci precizní medicíny na molekulární úrovni.

Zdroje a odkazy

Quantum Dots: The Future of Medical Imaging

Watch this video on YouTube