Breu de solució
Salut i Ciències de la Vida
OneAPI Base Toolkit ajuda a SonoScape
Optimitzeu el rendiment del seu S-Fetus 4.0
Auxiliar de cribratge obstètric
Guia d'usuari
OneAPI Base Toolkit ajuda a SonoScape a optimitzar el rendiment del seu assistent de cribratge obstètric S-Fetus 4.0
"Amb el nostre compromís amb la R+D i la innovació independents d'equips mèdics, SonoScape es complau a declarar que la nostra tecnologia d'IA d'avantguarda, impulsada per l'arquitectura Intel® oneAPI, ha estat capaç d'aconseguir el seu potencial per servir institucions mèdiques d'arreu del món".
Feng Naizhang
Vicepresident, SonoScape
El cribratge obstètric és clau per reduir la mortalitat materna i perinatal; tanmateix, els mètodes convencionals de cribratge obstètric requereixen alts nivells d'experiència mèdica i requereixen temps i mà d'obra. Per abordar aquests problemes, SonoScape ha llançat un sistema de cribratge obstètric intel·ligent basat en intel·ligència artificial (IA) i altres tecnologies. El sistema automatitza la sortida dels resultats de la detecció mitjançant el reconeixement automàtic de l'estructura, la mesura, la classificació i el diagnòstic per millorar significativament l'eficiència i reduir la càrrega de treball dels metges.¹
El S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant 2 utilitza l'aprenentatge profund per impulsar un model de treball intel·ligent basat en escenaris que permet als metges realitzar ecografia sense necessitat de controlar manualment l'equip i permet l'adquisició dinàmica en temps real de plans estàndard i la mesura automàtica de la biometria fetal. i l'índex de creixement, una novetat del sector. L'objectiu de Sonoscape és simplificar els fluxos de treball de cribratge obstètric i facilitar l'atenció dels pacients. Per millorar el seu rendiment, SonoScape va utilitzar l'Intel® oneAPI Base Toolkit per al desenvolupament i l'optimització d'arquitectura transversal per accelerar el processament de dades multimodals. Mitjançant una plataforma basada en el processador Intel® Core™ i7, el rendiment es va augmentar aproximadament 20x 3 alhora que s'aconseguia un preu més elevat, escalabilitat entre arquitectura i flexibilitat.
Antecedents: Aplicacions i reptes de l'ecografia diagnòstica en exàmens obstètrics
L'ecografia diagnòstica és una tècnica en la qual l'ecografia s'utilitza per mesurar les dades i la morfologia de la fisiologia o l'estructura del teixit d'un pacient per descobrir malalties i proporcionar orientació mèdica. 4 A causa de la seguretat, la no invasivitat, el rendiment de costos, la practicitat, la repetibilitat i l'adaptabilitat àmplia, el mercat d'equips d'ultrasons de diagnòstic està creixent ràpidament. Segons dades de Fortune Business Insights, la mida del mercat global d'equips d'ecografia de diagnòstic va ser de 7.26 milions de dòlars el 2020 i s'espera que arribi als 12.93 milions de dòlars a finals de 2028, el que representa una taxa de creixement anual composta (CAGR) del 7.8% . 5
Tot i que l'ecografia 2D és indispensable per al diagnòstic de malalties obstètriques i ginecològiques (especialment en proves fetals intrauterines), les tècniques d'ecografia convencionals depenen molt de l'experiència de l'ecografista. Com que es requereixen operacions manuals que requereixen temps i habilitats intensives durant tot el procés, l'ecografia planteja reptes als hospitals de comunitats més petites i zones menys desenvolupades que tenen un accés limitat a la tecnologia mèdica.
Per abordar aquests problemes, SonoScape ha desenvolupat una solució d'ecografia de diagnòstic intel·ligent basada en tecnologies d'IA que són capaços de classificar, detecció i segmentació d'una varietat d'estructures anatòmiques a partir d'imatges d'ultrasò mitjançant algorismes d'aprenentatge profund representats per xarxes neuronals convolucionals (CNN). 6 No obstant això, la solució actual d'ecografia diagnòstica s'enfronta a diversos reptes:
- L'equip requereix una gran quantitat d'intervenció de l'usuari i posseeix retards inherents, com ara quan l'operador s'ha d'adaptar als diferents procediments operatius en canviar entre modes.
- Els requisits de potència informàtica augmenten a mesura que els algorismes d'IA creixen en complexitat. Aquests algorismes sovint utilitzen acceleradors externs, com ara les GPU, que augmenten el cost, utilitzen més potència i requereixen proves i certificacions addicionals. L'optimització contínua de la IA per obtenir el millor rendiment i experiència d'usuari s'ha convertit en un repte clau.
SonoScape utilitza la base Intel oneAPI Kit d'eines per optimitzar el rendiment del seu Assistent de cribratge obstètric S-Fetus 4.0
Assistent de cribratge obstètric SonoScape S-Fetus 4.0
A partir de la recollida i mesura estandarditzada de les seccions d'ecografia, els metges poden utilitzar el cribratge obstètric per detectar la majoria d'anomalies estructurals fetals. L'assistent de cribratge obstètric S-Fetus 4.0 patentat de SonoScape és la primera tecnologia de cribratge obstètrica intel·ligent disponible a nivell mundial basada en l'aprenentatge profund. Quan es combina amb les plataformes d'ecografia SonoScape P60 i S60, l'S-Fetus 4.0 és capaç de reconèixer les seccions en temps real durant el procés d'ecografia, l'adquisició automàtica de seccions estàndard, la mesura automàtica i l'alimentació automàtica dels resultats a les seccions de creixement fetal corresponents. de l'informe mèdic. Amb la primera funció de cribratge obstètric intel·ligent de la indústria, l'S-Fetus 4.0 millora significativament els mètodes convencionals d'interacció home-ordinador proporcionant un model de treball intel·ligent basat en escenaris que permet als metges realitzar ecografia sense necessitat de controlar manualment equipaments complexos, simplificant. el procés de l'ecografia, millorant l'eficiència i reduint la càrrega de treball de l'ecografista. La funció proporciona un control de qualitat eficaç durant el procés d'ecografia, millora la qualitat del cribratge i proporciona dades de guia addicionals en temps real per ajudar tant als metges com als pacients.
Figura 1. El dispositiu d'obstetrícia professional P60 de SonoScape equipat amb S-Fetus 4.0
Utilitzant algorismes bàsics, arquitectura original i maquinari entre arquitectura, l'S-Fetus 4.0 aconsegueix un avenç tècnic fonamental que proporciona una solució intel·ligent, basada en escenaris, de procés complet i fàcil d'adoptar per millorar l'eficiència i la coherència del treball dels metges. Les funcions completes basades en escenaris garanteixen que els metges no hagin de canviar entre els modes manual i intel·ligent de manera predeterminada durant tot el procés, i els informes es poden completar amb lliscar un dit.
Figura 2. Diagrama de procés de l'assistent de cribratge obstètric S-Fetus 4.0
La part frontal de l'S-Fetus 4.0 genera dades multimodals d'acord amb els requisits de l'escenari, mentre que el postprocessament gestiona la reconstrucció, el processament i l'optimització. Treballant amb dades reconstruïdes i optimitzades, el mòdul de reconeixement i seguiment d'IA en temps real analitza i extreu superfícies estàndard. En aquest procés, el mòdul estàndard de presa de decisions i enviament de superfícies segueix una estratègia predefinida per extreure de manera adaptativa les característiques quantificades, després realitza una anàlisi quantitativa i s'integra automàticament en les operacions posteriors.
Durant el desenvolupament, els enginyers de SonoScape i Intel van treballar junts per abordar diversos reptes:
- Més optimització del rendiment. Molts algorismes d'aprenentatge profund rellevants han de funcionar conjuntament per processar ràpidament tasques que utilitzen diferents tipus de dades i per executar de manera òptima les tasques iniciades per l'usuari sense latència. Això es tradueix en una major potència de càlcul i requisits d'optimització d'algoritmes per a plataformes d'ultrasons.
- Demandes d'aplicacions mòbils. El sistema d'ecografia de diagnòstic SonoScape amb S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant és un sistema mòbil amb límits de potència general
consum i mida del sistema, cosa que fa que sigui un repte utilitzar GPU discretes. - Expansió transversal d'arquitectura per a diferents escenaris. El S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant necessita suportar la migració i l'expansió a través de múltiples arquitectures per funcionar en una varietat d'escenaris complexos.
Per resoldre aquests reptes, SonoScape es va associar amb Intel per optimitzar el rendiment de l'IA del seu assistent de detecció obstètrica mitjançant l'Intel oneAPI Base Toolkit.
Kits d'eines Intel oneAPI
OneAPI és un model de programació unificada, obert i multiindustrial, que ofereix una experiència de desenvolupador comuna a totes les arquitectures per obtenir un rendiment d'aplicacions més ràpid, més productivitat i una major innovació. La iniciativa oneAPI fomenta la col·laboració en les especificacions comunes i les implementacions oneAPI compatibles a tot l'ecosistema.
El model està dissenyat per simplificar el procés de desenvolupament en múltiples arquitectures (com ara CPU, GPU, FPGA i altres acceleradors). Amb un conjunt complet de biblioteques i eines d'arquitectura transversal, oneAPI ajuda els desenvolupadors a desenvolupar codi de rendiment de manera ràpida i correcta en entorns heterogenis.
Com es mostra a la figura 3, el projecte oneAPI té com a objectiu basar-se en la rica herència d'Inteltage d'eines de CPU i expandir-se a XPU. Inclou un conjunt complet de compiladors avançats, biblioteques i eines de portabilitat, anàlisi i depuració. La implementació de referència d'Intel de oneAPI és un conjunt d'eines. Intel oneAPI Base Toolkit for Native Code Developers és un conjunt bàsic d'eines d'alt rendiment per crear aplicacions C++, Data Parallel C++ i aplicacions basades en biblioteques oneAPI.
Les càrregues de treball de les aplicacions necessiten maquinari divers
Figura 3. Kit d'eines Intel oneAPI Base
Intel oneAPI Base Toolkit ajuda a SonoScape a optimitzar el rendiment del seu assistent de cribratge obstètric
Després d'integrar l'Intel oneAPI Base Toolkit al seu sistema, SonoScape va assenyalar diverses vies d'optimització.
A la capa de maquinari, la solució utilitza una arquitectura informàtica basada en un processador Intel® Core™ i11 d'7a generació que ofereix un rendiment d'execució millorat, inclou un nucli i una arquitectura gràfica nova i proporciona una optimització basada en IA per a un rendiment excel·lent per a diverses càrregues. Equipat amb la tecnologia Intel® Deep Learning Boost (Intel® DL Boost), el processador ofereix un fort suport per als motors d'IA i un rendiment millorat per a càrregues complexes com ara IA i anàlisi de dades.
Els processadors Intel Core d'11a generació també tenen gràfics Intel® Iris® Xe integrats, que permeten que les càrregues de treball aprofitin aquesta GPU integrada. Pot suportar una gran varietat de tipus de dades i compta amb una arquitectura de baix consum.
El flux de processament de dades de la solució es mostra a continuació (figura 4). Equipats amb nuclis optimitzats per al maneig de càrregues intensives en dades, els gràfics Intel Iris Xe són els responsables dels processos de reconeixement i seguiment en temps real i la realització d'execucions en temps real d'alta freqüència (cada fotograma d'imatge s'ha de processar o inferir de manera intel·ligent). .
El processador Intel Core i7 gestiona la presa de decisions de superfície estàndard i l'enviament; extracció de característiques de la secció adaptativa, anàlisi quantitativa i altres processos; i l'execució de la lògica operativa i la inferència d'IA durant el temps d'inactivitat. El mòdul d'optimització i processament de dades multimodal s'ha optimitzat en cinc aspectes clau mitjançant el conjunt d'eines oneAPI. Després de l'optimització, l'assistent de detecció obstètrica SonoScape pot utilitzar de manera flexible tots els recursos de CPU i iGPU, proporcionant un rendiment millorat per satisfer les demandes operatives i millorar l'experiència del pacient.
SonoScape i Intel es van centrar en l'optimització i les proves de rendiment de la plataforma següent:
Figura 4. Arquitectura de l'assistent de cribratge obstètric SonoScape
Optimització integral del rendiment mitjançant les eines de programari Intel
Optimització núm. 1: primer, SonoScape va utilitzar Intel® VTune™ Profiler analitzar la seva càrrega de treball. El profiler pot identificar ràpidament els colls d'ampolla de rendiment de càrrega de CPU i GPU i proporcionar informació rellevant. Tal com es mostra a la figura següent, el processament vectorial fa un ús total de l'alt rendiment d'instruccions d'Intel i admet el processament paral·lel de dades per millorar ràpidament el rendiment de les operacions escalars.
Figura 5. Processament escalar vs. processament vectorial
SonoScape també va utilitzar el compilador DPC++ del conjunt d'eines oneAPI per recompilar el seu codi i generar instruccions vectorials per millorar el rendiment, reduint la velocitat de processament de la càrrega de treball de 141 ms a només 33 ms⁷.
Optimització #2. Una vegada que VTune Pro va identificar els colls d'ampolla de rendimentfiler, SonoScape els va substituir per API d'Intel® Integrated Performance Primitives
(Intel® IPP), una biblioteca de programari multiplataforma de funcions que inclou acceleradors per al processament d'imatges, processament de senyals, compressió de dades, mecanismes de xifratge i altres aplicacions. Intel IPP es pot optimitzar per a les CPU per desbloquejar les últimes funcions de les plataformes d'arquitectura Intel (com ara AVX-512) per millorar el rendiment de les aplicacions.
Per example, les funcions ippsCrossCorrNorm_32f i ippsDotProd_32f64f poden millorar el rendiment eliminant els càlculs de bucles de doble capa i els bucles de multiplicació/suma. Mitjançant aquesta optimització, SonoScape va poder millorar encara més la velocitat de processament de la càrrega de treball de 33 ms a 13.787 ms⁷.
Optimització #3. Desenvolupat originalment per Intel, l'OpenCV de la biblioteca de visió per ordinador de codi obert (OpenCV) es pot utilitzar per desenvolupar programes de processament d'imatges, visió per ordinador i reconeixement de patrons en temps real, i admet la utilització d'Intel IPP per al processament accelerat⁸.
En substituir les funcions OpenCV al codi font per funcions IPP, la solució s'escala bé en escenaris de dades a gran escala i funciona bé a totes les generacions de plataformes Intel.
Optimització #4. L'assistent de detecció obstètrica S-Fetus 4.0 de Sonoscape també utilitza l'eina de compatibilitat Intel® DPC++ per migrar de manera eficient el codi CUDA existent a DPC++, assegurant la compatibilitat entre arquitectura i minimitzant el temps necessari per a la migració. Com es mostra a la figura 6, l'eina proporciona potents funcions interactives per ajudar els desenvolupadors a migrar el codi CUDA, inclòs el codi del nucli i les trucades a l'API. L'eina pot migrar automàticament el 80-90%⁹ del codi (segons la complexitat) i inclou comentaris per ajudar els desenvolupadors a completar el pas manual del procés de migració. En aquest cas pràctic, gairebé el 100 per cent del codi es va migrar automàticament d'una manera llegible i utilitzable.
Figura 6. Gràfic de flux de treball de l'eina de compatibilitat Intel DPC++
Un cop finalitzades aquestes optimitzacions, el rendiment del SonoScape S-Fetus 4.0 que s'executa en una plataforma heterogènia basada en Intel oneAPI DPC++ es va augmentar gairebé 20 vegades el de les dades de rendiment de referència registrades abans de l'optimització, tal com es mostra a la figura 7⁷.
Optimització del temps de la càrrega de treball multimodal (més inferior és millor)
Figura 7. Millora del rendiment amb l'Intel oneAPI Base Toolkit⁷
(Línia de base: codi abans de l'optimització; Optimització 1: compilador Intel oneAPI DPC++; Optimització 2: Intel IPP utilitzat per substituir el codi font del bucle;
Optimització 3: Intel IPP utilitzat per substituir les funcions OpenCV; Optimització 4: execució de CPU + iGPU després de la migració CUDA)
Resultat: excel·lent rendiment i escalabilitat de CrossArchitecture
Mitjançant l'ús de processadors Intel Core i7 amb gràfics Intel Iris Xe integrats per proporcionar una potència de càlcul subjacent i la plataforma heterogènia Intel oneAPI per a l'optimització, l'assistent de detecció obstètrica SonoScape va poder equilibrar el rendiment, la rendibilitat i l'escalabilitat en múltiples plataformes.
- Rendiment. Mitjançant l'ús d'Intel XPU i Intel oneAPI Toolkits, l'assistent de detecció obstètrica SonoScape va aconseguir un rendiment millorat fins a 20 vegades en comparació amb els sistemes no optimitzats, establint una base sòlida per a un ultrasons de diagnòstic obstètric eficient⁷.
- Estalvi de costos. Mitjançant una optimització integral i utilitzant el rendiment potent i l'arquitectura flexible del processador Intel Core i7, SonoScape només necessita recursos de CPU i iGPU per assolir els seus objectius de rendiment. Aquestes simplificacions de maquinari redueixen les demandes d'alimentació, dissipació de calor i espai. La solució ara es pot muntar en equips d'ecografia de diagnòstic més petits per obtenir opcions de configuració més flexibles. La integració de recursos de CPU i iGPU també proporciona una durada de la bateria més llarga, juntament amb una major escalabilitat i fiabilitat.
- Escalabilitat heterogènia. La solució admet programació unificada en maquinari heterogeni, com ara CPU i iGPU, millora l'eficiència del desenvolupament de la programació entre arquitectura i permet l'execució flexible d'assistents de detecció obstètrica en diferents configuracions de maquinari alhora que garanteix un usuari fluid.
experiència.
Outlook: integració accelerada d'IA i aplicacions mèdiques
L'ecografia de diagnòstic intel·ligent és una aplicació clau de la integració de la IA i les tecnologies mèdiques que ajuda a reduir les càrregues de treball dels metges i millorar la velocitat dels processos mèdics¹⁰. Per facilitar l'ús d'aplicacions mèdiques i d'IA, Intel treballa amb socis com SonoScape per accelerar la innovació digital mitjançant l'arquitectura XPU formada per CPU, iGPU, acceleradors dedicats, FPGA i productes de programari i maquinari com ara el model de programació oneAPI del indústria mèdica.
"L'Intel® oneAPI Base Toolkit ens va ajudar a optimitzar els mòduls clau d'una manera eficient, aconseguint un augment del rendiment 20x⁷ i un desenvolupament unificat en plataformes XPU d'arquitectura transversal. A través de les tecnologies Intel, el nostre assistent de detecció obstètrica ha aconseguit avenços en termes de rendiment i escalabilitat i ara pot proporcionar un mitjà més eficient de diagnòstic obstètric intel·ligent per ajudar les institucions mèdiques a passar de l'ecografia convencional a l'ecografia intel·ligent i ajudar els metges.
en un treball precís i eficient per millorar els resultats dels pacients".
Zhou Guoyi
Cap del Centre de Recerca d'Innovació Mèdica SonoScape
Sobre SonoScape
Fundada el 2002 a Shenzhen, Xina, SonoScape s'ha compromès a "Cuidar la vida mitjançant la innovació" proporcionant solucions d'ecografia i endoscòpia. Amb un suport perfecte, SonoScape ofereix vendes i servei a tot el món en més de 130 països, beneficiant els hospitals i metges locals amb proves de diagnòstic d'imatge i suport tècnic complets. Invertint el 20 per cent dels ingressos totals en R+D anualment, SonoScape ha introduït contínuament nous productes i tecnologies mèdiques al mercat cada any. Ara s'expandeix a set centres d'R+D a Shenzhen, Xangai, Harbin, Wuhan, Tòquio, Seattle i Silicon Valley. Per obtenir més informació, visiteu el nostre oficial weblloc www.sonoscape.com.
Sobre Intel
Intel (Nasdaq: INTC) és un líder de la indústria que crea tecnologia que canvia el món que permet el progrés global i enriqueix les vides. Inspirats per la llei de Moore, treballem contínuament per avançar en el disseny i la fabricació de semiconductors per ajudar a abordar els grans reptes dels nostres clients. En integrar la intel·ligència al núvol, la xarxa, l'edge i qualsevol tipus de dispositiu informàtic, alliberem el potencial de les dades per transformar millor el negoci i la societat. Per obtenir més informació sobre les innovacions d'Intel, aneu a newsroom.intel.com i intel.com.
Solució aportada per:
- La reclamació d'augment de l'eficiència del 50% es basa en les dades d'avaluació després de l'avaluació clínica de 18 metges d'experiència intermèdia i sènior en 5 centres mèdics després d'un període d'1 mes.
Reclamació de reducció de la càrrega de treball del 70% en funció de l'avaluació dels passos necessaris per completar la revisió mèdica mitjançant procediments operatius estàndard en comparació amb S-Fetus. - Per obtenir més informació sobre S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant, visiteu https://www.sonoscape.com/html/2020/exceed_0715/113.html
- Resultats de les proves proporcionats per SonoScape. Configuració de prova: processador Intel® Core™ i7-1185GRE a 2.80 GHz, gràfics Intel Iris® Xe a 1.35 GHz, 96EU, Ubuntu 20.04, compilador Intel® oneAPI DPC++/C++, eina de compatibilitat Intel® DPC++, biblioteca Intel® oneAPI DPC++, Intel ® Integrated Performance Primitives, Intel® VTune™ Profiler
- Wells, PNT, "Principis físics del diagnòstic ultrasònic". Enginyeria mèdica i biològica 8, núm. 2 (1970): 219–219.
- https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/ultrasound-equipment-market-100515
- Shengfeng Liu, et al., "Aprenentatge profund en anàlisi d'ecografia mèdica: A Review.” Enginyeria 5, núm. 2 (2019): 261–275
- Resultats de les proves proporcionats per SonoScape. Vegeu la còpia de seguretat per provar les configuracions.
- https://en.wikipedia.org/wiki/OpenCV
- https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/heterogeneous-programming-using-oneapi.html
- Luo, Dandan, et al., "Un enfocament d'exploració d'ecografia prenatal: tècnica d'un sol toc en segon i tercer trimestre". Ultrasò Med Biol. 47, núm. 8 (2021): 2258–2265.
https://www.researchgate.net/publication/351951854_A_Prenatal_Ultrasound_Scanning_Approach_One-Touch_Technique_in_Second_and_Third_Trimesters
Còpia de seguretat
Prova de SonoScape a partir del 3 de setembre de 2021. Configuració de la prova: processador Intel® Core™ i7-1185GRE a 2.80 GHz, amb o sense gràfics Intel Iris® Xe a 1.35 GHz, 96EU, Ubuntu 20.04, Intel® oneAPI
Compilador DPC++/C++, eina de compatibilitat Intel® DPC++, biblioteca Intel® oneAPI DPC++, Intel® Integrated Performance Primitives, Intel® VTune™ Profiler
Avisos i exempcions de responsabilitat
El rendiment varia segons l'ús, la configuració i altres factors. Més informació a www.Intel.com/PerformanceIndex
Els resultats de rendiment es basen en proves a partir de les dates que es mostren a les configuracions i és possible que no reflecteixin totes les actualitzacions disponibles públicament. Vegeu la còpia de seguretat per obtenir els detalls de configuració. Cap producte o component pot ser absolutament segur.
Els vostres costos i resultats poden variar.
Les tecnologies Intel poden requerir l'activació de maquinari, programari o servei habilitat.
Intel renuncia a totes les garanties explícites i implícites, incloses, sense limitació, les garanties implícites de comerciabilitat, adequació per a un propòsit particular i no infracció, així com qualsevol garantia derivada del curs de rendiment, el curs de la negociació o l'ús en el comerç.
Intel no controla ni audita dades de tercers. Hauríeu de consultar altres fonts per avaluar la precisió.
© Intel Corporation. Intel, el logotip d'Intel i altres marques d'Intel són marques comercials d'Intel Corporation o de les seves filials. Altres noms i marques es poden reclamar com a propietat d'altres.
0422/EOH/MESH/PDF 350912-001US
Documents/Recursos
 |
Intel oneAPI Base Toolkit ajuda a SonoScape a optimitzar el rendiment del seu assistent de cribratge obstètric S-Fetus 4.0 [pdfGuia de l'usuari OneAPI Base Toolkit ajuda a SonoScape a optimitzar el rendiment del seu assistent de detecció obstètrica S-Fetus 4.0, assistent de detecció obstètrica S-Fetus 4.0, assistent de detecció obstètrica, assistent de cribratge, assistent |
