Stručný popis řešení
Zdraví a vědy o živé přírodě
OneAPI Base Toolkit pomáhá SonoScape
Optimalizujte výkon svého S-Fetus 4.0
Asistent porodnického screeningu
Uživatelská příručka
OneAPI Base Toolkit pomáhá SonoScape optimalizovat výkon jeho asistenta porodnického screeningu S-Fetus 4.0
„S naším závazkem k nezávislému výzkumu, vývoji a inovaci lékařského vybavení SonoScape s potěšením prohlašuje, že naše špičková technologie AI, poháněná architekturou Intel® oneAPI, dokázala využít svůj potenciál sloužit lékařským institucím po celém světě.“
Feng Naizhang
Viceprezident SonoScape
Porodnický screening je klíčem ke snížení mateřské a perinatální úmrtnosti; konvenční porodnické screeningové metody však vyžadují vysokou úroveň lékařských znalostí a jsou časově i pracovně náročné. K řešení těchto problémů společnost SonoScape spustila inteligentní porodnický screeningový systém založený na umělé inteligenci (AI) a dalších technologiích. Systém automatizuje výstup výsledků screeningu prostřednictvím automatického rozpoznání struktury, měření, klasifikace a diagnostiky, aby se výrazně zvýšila efektivita a snížila pracovní zátěž lékařů.¹
Porodnický screeningový asistent S-Fetus 4.0 2 využívá hluboké učení k napájení inteligentního pracovního modelu založeného na scénáři, který umožňuje lékařům provádět sonografii bez nutnosti ručního ovládání zařízení a umožňuje dynamické získávání standardních rovin v reálném čase a automatické měření biometrie plodu. a index růstu, na prvním místě v odvětví. Cílem Sonoscape je zjednodušit pracovní postupy porodnického screeningu a usnadnit pacientkám péči. Ke zvýšení výkonu SonoScape použil Intel® oneAPI Base Toolkit pro vývoj a optimalizaci různých architektur pro urychlení zpracování multimodálních dat. Prostřednictvím platformy založené na procesoru Intel® Core™ i7 se výkon zvýšil přibližně 20x 3 při dosažení vyšší ceny, škálovatelnosti mezi architekturou a flexibility.
Pozadí: Aplikace a výzvy diagnostického ultrazvuku v porodnických vyšetřeních
Diagnostický ultrazvuk je technika, při které se ultrazvuk používá k měření dat a morfologie fyziologie pacienta nebo struktury tkáně za účelem zjištění nemocí a poskytnutí lékařského vedení. 4 Trh s diagnostickými ultrazvukovými zařízeními rychle roste díky bezpečnosti, neinvazivnosti, nákladové výkonnosti, praktičnosti, opakovatelnosti a široké adaptabilitě. Podle údajů Fortune Business Insights činila velikost globálního trhu s diagnostickými ultrazvukovými zařízeními v roce 7.26 2020 miliardy USD a očekává se, že do konce roku 12.93 dosáhne 2028 miliardy USD, což představuje složenou roční míru růstu (CAGR) 7.8 % . 5
I když je 2D ultrazvuk nepostradatelný pro diagnostiku porodnických a gynekologických onemocnění (zejména při intrauterinním fetálním testování), konvenční ultrasonografické techniky do značné míry spoléhají na odbornost sonografa. Vzhledem k tomu, že během celého procesu jsou nutné manuální operace náročné na čas a dovednosti, ultrasonografie představuje výzvu pro nemocnice v menších komunitách a méně rozvinutých oblastech, které mají omezený přístup k lékařské technologii.
K řešení těchto problémů vyvinul SonoScape inteligentní diagnostické ultrazvukové řešení založené na technologiích AI, které jsou schopné klasifikovat, detekovat a segmentovat různé anatomické struktury z ultrazvukových snímků pomocí algoritmů hlubokého učení reprezentovaných konvolučními neuronovými sítěmi (CNN). 6 Současné řešení diagnostického ultrazvuku však čelí několika výzvám:
- Zařízení vyžaduje velké množství zásahů uživatele a má vlastní zpoždění, například když se operátor musí přizpůsobit různým provozním postupům při přepínání mezi režimy.
- Požadavky na výpočetní výkon rostou s rostoucí složitostí algoritmů AI. Tyto algoritmy často používají externí akcelerátory, jako jsou GPU, které zvyšují náklady, využívají více energie a vyžadují další testování a certifikaci. Průběžná optimalizace umělé inteligence pro nejlepší výkon a uživatelský zážitek se stala klíčovou výzvou.
SonoScape využívá Intel oneAPI Base Toolkit pro optimalizaci výkonu jeho Asistent porodnického screeningu S-Fetus 4.0
Asistent porodnického screeningu SonoScape S-Fetus 4.0
Na základě standardizovaného odběru a měření řezů ultrazvukového skenování mohou lékaři použít porodnický screening k detekci většiny strukturálních abnormalit plodu. Patentovaný asistent porodnického screeningu S-Fetus 4.0 společnosti SonoScape je první celosvětově dostupnou inteligentní technologií porodnického screeningu založenou na hlubokém učení. V kombinaci s ultrazvukovými platformami SonoScape P60 a S60 je S-Fetus 4.0 schopen rozpoznávat řezy v reálném čase během procesu sonografie, automatické získávání standardních řezů, automatické měření a automatické dodávání výsledků do odpovídajících řezů pro růst plodu. lékařské zprávy. S-Fetus 4.0 se může pochlubit první inteligentní funkcí porodnického screeningu v oboru a výrazně vylepšuje konvenční metody interakce člověk-počítač tím, že poskytuje inteligentní pracovní model založený na scénáři, který umožňuje lékařům provádět sonografii bez nutnosti ručního ovládání složitého zařízení, což zjednodušuje sonografický proces, zlepšení efektivity a snížení pracovní zátěže sonografu. Tato funkce poskytuje účinnou frontendovou kontrolu kvality během procesu ultrazvuku, zlepšuje kvalitu screeningu a poskytuje další vodicí data v reálném čase, která pomáhají lékařům i pacientům.
Obrázek 1. Profesionální porodnické zařízení SonoScape P60 vybavené S-Fetus 4.0
S využitím základních algoritmů, původní architektury a hardwaru napříč architekturou dosahuje S-Fetus 4.0 zásadního technického průlomu, který poskytuje chytré, na scénáři založené, plně procesní a snadno adaptovatelné řešení pro zlepšení pracovní efektivity a konzistence lékařů. Komplexní funkce založené na scénářích zajišťují, že lékaři nemusí standardně během celého procesu přepínat mezi manuálním a chytrým režimem, a zprávy lze dokončit pouhým přejetím prstu.
Obrázek 2. Schéma procesu porodnického screeningového asistenta S-Fetus 4.0
Přední část S-Fetus 4.0 generuje multimodální data v souladu s požadavky scénáře, zatímco postprocessing se stará o rekonstrukci, zpracování a optimalizaci. Modul rozpoznávání a sledování AI v reálném čase analyzuje a extrahuje standardní povrchy, které pracují na rekonstruovaných a optimalizovaných datech. V tomto procesu standardní povrchový rozhodovací a expediční modul sleduje předem definovanou strategii pro adaptivní extrakci kvantifikovaných prvků, poté provádí kvantitativní analýzu a automaticky se integruje do následných operací.
Během vývoje spolupracovali inženýři SonoScape a Intel na řešení několika výzev:
- Další optimalizace výkonu. Mnoho relevantních algoritmů hlubokého učení musí pracovat v tandemu, aby bylo možné rychle zpracovávat úlohy, které používají různé datové typy, a optimálně provádět úlohy spouštěné uživatelem bez latence. To má za následek vyšší výpočetní výkon a požadavky na optimalizaci algoritmu pro ultrazvukové platformy.
- Požadavky na mobilní aplikace. Diagnostický ultrazvukový systém SonoScape s asistentem porodnického screeningu S-Fetus 4.0 je mobilní systém s omezením celkového výkonu
spotřeba a velikost systému, což činí použití samostatných GPU výzvou. - Rozšíření napříč architekturou pro různé scénáře. Asistent porodnického screeningu S-Fetus 4.0 potřebuje podporovat migraci a expanzi napříč různými architekturami, aby mohl fungovat v různých složitých scénářích.
K vyřešení těchto problémů se SonoScape spojil s Intelem, aby optimalizoval výkon AI svého asistenta porodnického screeningu pomocí Intel oneAPI Base Toolkit.
Intel oneAPI Toolkits
OneAPI je meziodvětvový, otevřený, na standardech založený sjednocený programovací model, který poskytuje společnou vývojářskou zkušenost napříč architekturami pro rychlejší výkon aplikací, vyšší produktivitu a větší inovace. Iniciativa oneAPI podporuje spolupráci na společných specifikacích a kompatibilních implementacích oneAPI v celém ekosystému.
Model je navržen tak, aby zjednodušil proces vývoje napříč více architekturami (jako jsou CPU, GPU, FPGA a další akcelerátory). S kompletní sadou knihoven a nástrojů crossarchitecture pomáhá oneAPI vývojářům rychle a správně vyvíjet výkonný kód v heterogenních prostředích.
Jak ukazuje obrázek 3, projekt oneAPI má za cíl stavět na bohatém heri společnosti Inteltage nástrojů CPU a rozšířit na XPU. Zahrnuje kompletní sadu pokročilých kompilátorů, knihoven a nástrojů pro portování, analýzu a ladění. Referenční implementací oneAPI společnosti Intel je sada sad nástrojů. Základní sada nástrojů Intel oneAPI pro vývojáře Native Code Developers je základní sada vysoce výkonných nástrojů pro vytváření aplikací C++, Data Parallel C++ a aplikací založených na knihovnách oneAPI.
Pracovní zátěž aplikací vyžaduje různorodý hardware
Obrázek 3. Základní sada nástrojů Intel oneAPI
Intel oneAPI Base Toolkit pomáhá SonoScape optimalizovat výkon jeho asistenta porodnického screeningu
Po integraci Intel oneAPI Base Toolkit do jejich systému SonoScape zaznamenal několik cest k optimalizaci.
Na hardwarové vrstvě řešení využívá výpočetní architekturu založenou na procesoru Intel® Core™ i11 7. generace, který poskytuje vylepšený výkon, využívá novou architekturu jádra a grafiky a poskytuje optimalizaci založenou na umělé inteligenci pro vynikající výkon pro různé zátěže. Procesor, vybavený technologií Intel® Deep Learning Boost (Intel® DL Boost), poskytuje silnou podporu pro AI motory a zvýšený výkon pro komplexní zátěže, jako je AI a analýza dat.
Procesory Intel Core 11. generace mají také integrovanou grafiku Intel® Iris® Xe, která umožňuje pracovní zátěži využít tento integrovaný GPU. Může podporovat širokou škálu datových typů a vyznačuje se architekturou s nízkou spotřebou.
Tok zpracování dat řešení je znázorněn níže (obrázek 4). Grafika Intel Iris Xe, vybavená jádry optimalizovanými pro zpracování datově náročných zátěží, zodpovídá za procesy rozpoznávání a sledování v reálném čase a realizaci vysokofrekvenčního provádění v reálném čase (každý snímek musí být zpracován nebo inteligentně odvozen) .
Procesor Intel Core i7 zvládá standardní povrchové rozhodování a odesílání; adaptivní extrakce příznaků řezu, kvantitativní analýza a další procesy; a provádění provozní logiky a odvození AI během odstávky. Modul multimodální optimalizace a zpracování dat, který je náročný na data a odpovídá za logické odvození, byl optimalizován v pěti klíčových aspektech prostřednictvím sady nástrojů oneAPI. Po optimalizaci může asistent porodnického screeningu SonoScape flexibilně využívat všechny zdroje CPU a iGPU, čímž poskytuje zvýšený výkon pro splnění provozních požadavků a zlepšení zážitku pacienta.
SonoScape a Intel se zaměřily na optimalizaci a testování výkonu následující platformy:
Obrázek 4. Architektura asistenta porodnického screeningu SonoScape
Komplexní optimalizace výkonu pomocí softwarových nástrojů Intel
Optimalizace č. 1: Nejprve SonoScape použil Intel® VTune™ Profiler analyzovat jejich pracovní vytížení. Profiler dokáže rychle identifikovat úzká místa výkonu zatížení CPU a GPU a poskytnout relevantní informace. Jak je znázorněno na obrázku níže, vektorové zpracování plně využívá vysokou propustnost instrukcí Intel a podporuje paralelní zpracování dat pro rychlé zlepšení výkonu oproti skalárním operacím.
Obrázek 5. Skalární zpracování vs. vektorové zpracování
SonoScape také využil DPC++ Compiler v sadě nástrojů oneAPI k rekompilaci svého kódu a generování vektorových instrukcí pro zvýšení výkonu, čímž se snížila rychlost zpracování pracovního zatížení ze 141 ms na pouhých 33 ms⁷.
Optimalizace #2. Jakmile byly VTune Pro identifikovány překážky výkonufiler, SonoScape je nahradil API od Intel® Integrated Performance Primitives
(Intel® IPP), multiplatformní softwarová knihovna funkcí, která zahrnuje akcelerátory pro zpracování obrazu, zpracování signálu, kompresi dat, šifrovací mechanismy a další aplikace. Intel IPP lze optimalizovat pro CPU a odemknout nejnovější funkce platforem architektury Intel (jako je AVX-512) a zlepšit tak výkon aplikací.
NapřampFunkce ippsCrossCorrNorm_32f a ippsDotProd_32f64f mohou zlepšit výkon odstraněním výpočtů dvouvrstvých smyček a smyček násobení/sčítání. Prostřednictvím této optimalizace byl SonoScape schopen dále zlepšit rychlost zpracování pracovního zatížení z 33 ms na 13.787 ms⁷.
Optimalizace #3. Open Source Computer Vision Library (OpenCV) OpenCV, původně vyvinutá společností Intel, lze použít k vývoji programů pro zpracování obrazu v reálném čase, počítačové vidění a programy pro rozpoznávání vzorů a podporuje využití Intel IPP pro zrychlené zpracování⁸.
Nahrazením funkcí OpenCV ve zdrojovém kódu funkcemi IPP se řešení dobře škáluje v rozsáhlých datových scénářích a funguje dobře na všech generacích platforem Intel.
Optimalizace #4. Asistent porodnického screeningu S-Fetus 4.0 společnosti Sonoscape také využívá nástroj Intel® DPC++ Compatibility Tool k efektivní migraci stávajícího kódu CUDA do DPC++, což zajišťuje kompatibilitu mezi architekturou a minimalizuje čas potřebný k migraci. Jak je znázorněno na obrázku 6, nástroj poskytuje výkonné interaktivní funkce, které vývojářům pomáhají migrovat kód CUDA, včetně kódu jádra a volání API. Nástroj dokáže automaticky migrovat 80–90 procent⁹ kódu (v závislosti na složitosti) a vkládá komentáře, které vývojářům pomáhají dokončit ruční krok procesu migrace. V této případové studii bylo téměř 100 procent kódu automaticky migrováno tak, aby bylo čitelné a použitelné.
Obrázek 6. Diagram pracovního postupu nástroje Intel DPC++ Compatibility Tool
Po dokončení těchto optimalizací se výkon SonoScape S-Fetus 4.0 běžícího na heterogenní platformě založené na Intel oneAPI DPC++ zvýšil téměř 20x oproti základním údajům o výkonu zaznamenaným před optimalizací, jak ukazuje obrázek 7⁷.
Časová optimalizace multimodální zátěže (nižší ms je lepší)
Obrázek 7. Zlepšení výkonu s Intel oneAPI Base Toolkit⁷
(Základní linie: Kód před optimalizací; Optimalizace 1: Intel oneAPI DPC++ Compiler; Optimalizace 2: Intel IPP použitý k nahrazení zdrojového kódu smyčky;
Optimalizace 3: Intel IPP nahradil funkce OpenCV; Optimalizace 4: spuštění CPU + iGPU po migraci CUDA)
Výsledek: Vynikající výkon a škálovatelnost CrossArchitecture
Použitím procesorů Intel Core i7 s integrovanou grafikou Intel Iris Xe pro zajištění základního výpočetního výkonu a heterogenní platformy Intel oneAPI pro optimalizaci dokázal asistent porodnického screeningu SonoScape vyvážit výkon, nákladovou efektivitu a škálovatelnost napříč více platformami.
- Výkon. Díky použití Intel XPU a Intel oneAPI Toolkits byl asistent porodnického screeningu SonoScape schopen realizovat až 20x lepší výkon oproti neoptimalizovaným systémům, čímž položil pevný základ pro efektivní porodnický diagnostický ultrazvuk⁷.
- Úspora nákladů. Díky komplexní optimalizaci a použití vysokého výkonu a flexibilní architektury procesoru Intel Core i7 potřebuje SonoScape k dosažení svých výkonnostních cílů pouze zdroje CPU a iGPU. Tato hardwarová zjednodušení snižují nároky na napájení, odvod tepla a prostor. Řešení lze nyní namontovat na menší diagnostické ultrazvukové zařízení pro flexibilnější možnosti konfigurace. Integrace zdrojů CPU a iGPU také poskytuje delší životnost baterie spolu s vyšší škálovatelností a spolehlivostí.
- Heterogenní škálovatelnost. Řešení podporuje jednotné programování na heterogenním hardwaru, jako jsou CPU a iGPU, zlepšuje efektivitu vývoje programování napříč architekturou a umožňuje flexibilní provádění asistentů porodnického screeningu na různých hardwarových konfiguracích, to vše při zajištění hladkého provozu uživatele.
zažít.
Výhled: Zrychlená integrace AI a lékařských aplikací
Chytrý diagnostický ultrazvuk je klíčovou aplikací integrace umělé inteligence a lékařských technologií, která pomáhá snížit pracovní zátěž lékařů a zrychlit lékařské procesy¹⁰. Aby Intel usnadnil používání AI a lékařských aplikací, spolupracuje s partnery, jako je SonoScape, na urychlení digitálních inovací prostřednictvím architektury XPU složené z CPU, iGPU, vyhrazených akcelerátorů, FPGA a softwarových a hardwarových produktů, jako je programovací model oneAPI v lékařský průmysl.
„Sada Intel® oneAPI Base Toolkit nám pomohla efektivně optimalizovat klíčové moduly, realizovat 20x⁷ zvýšení výkonu a jednotný vývoj na platformách XPU s více architekturou. Díky technologiím Intel dosáhl náš asistent porodnického screeningu průlomů v oblasti výkonu a škálovatelnosti a nyní může poskytovat efektivnější prostředky chytré porodnické diagnostiky, aby pomohl lékařským institucím přejít z konvenčního ultrazvuku na chytrý ultrazvuk a pomohl lékařům.
v přesné a efektivní práci na zlepšení výsledků pacientů.“
Zhou Guoyi
Vedoucí výzkumného střediska SonoScape Medical Innovation Research Center
O SonoScape
Společnost SonoScape, založená v roce 2002 v Shenzhenu v Číně, se zavázala k „Péči o život prostřednictvím inovací“ poskytováním ultrazvukových a endoskopických řešení. Díky bezproblémové podpoře poskytuje SonoScape celosvětový prodej a služby ve více než 130 zemích, z nichž místním nemocnicím a lékařům přináší komplexní diagnostické důkazy a technickou podporu. Společnost SonoScape, která ročně investuje 20 procent celkových příjmů do výzkumu a vývoje, neustále uvádí na trh nové lékařské produkty a technologie každý rok. Nyní expanduje do sedmi výzkumných a vývojových center v Shenzhenu, Šanghaji, Harbinu, Wuhanu, Tokiu, Seattlu a Silicon Valley. Pro více informací navštivte naše oficiální webmísto www.sonoscape.com.
O společnosti Intel
Intel (Nasdaq: INTC) je lídrem v oboru, který vytváří světově měnící se technologii, která umožňuje globální pokrok a obohacuje životy. Inspirováni Moorovým zákonem neustále pracujeme na pokroku v návrhu a výrobě polovodičů, abychom pomohli řešit ty největší výzvy našich zákazníků. Začleněním inteligence do cloudu, sítě, edge a každého druhu výpočetního zařízení uvolňujeme potenciál dat k transformaci podnikání a společnosti k lepšímu. Chcete-li se dozvědět více o inovacích Intel, přejděte na newsroom.intel.com a intel.com.
Řešení poskytuje:
- Nárok na zvýšení účinnosti o 50 % je založen na hodnoticích údajích po klinickém hodnocení od 18 lékařů se střední a vyšší praxí v 5 zdravotnických zařízeních po 1 měsíci.
Snížení nároku na pracovní zátěž o 70 % na základě vyhodnocení nezbytných kroků k dokončení lékařské prohlídky pomocí standardních operačních postupů vs. S-Fetus. - Další informace o asistentovi porodnického screeningu S-Fetus 4.0 naleznete na adrese https://www.sonoscape.com/html/2020/exceed_0715/113.html
- Výsledky testů poskytl SonoScape. Testovací konfigurace: Procesor Intel® Core™ i7-1185GRE @ 2.80 GHz, grafika Intel Iris® Xe @ 1.35 GHz, 96EU, Ubuntu 20.04, kompilátor Intel® oneAPI DPC++/C++, nástroj kompatibility Intel® DPC++, knihovna Intel® oneAPI DPC++, Intel ® Integrated Performance Primitives, Intel® VTune™ Profiler
- Wells, PNT, „Fyzikální principy ultrazvukové diagnostiky“. Lékařské a biologické inženýrství 8, č. 2 (1970): 219–219.
- https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/ultrasound-equipment-market-100515
- Shengfeng Liu a kol., „Hluboké učení v lékařské ultrazvukové analýze: A Review.“ Strojírenství 5, č. 2 (2019): 261–275
- Výsledky testů poskytl SonoScape. Viz záloha pro testování konfigurací.
- https://en.wikipedia.org/wiki/OpenCV
- https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/heterogeneous-programming-using-oneapi.html
- Luo, Dandan a kol., „Přístup k prenatálnímu ultrazvukovému skenování: Technika jedním dotykem ve druhém a třetím trimestru“. Ultrasound Med Biol. 47, č. 8 (2021): 2258–2265.
https://www.researchgate.net/publication/351951854_A_Prenatal_Ultrasound_Scanning_Approach_One-Touch_Technique_in_Second_and_Third_Trimesters
Zálohování
Testováno SonoScape od 3. září 2021. Testovací konfigurace: Procesor Intel® Core™ i7-1185GRE @ 2.80 GHz, s nebo bez grafiky Intel Iris® Xe @ 1.35 GHz, 96EU, Ubuntu 20.04, Intel® oneAPI
DPC++/C++ kompilátor, Intel® DPC++ Compatibility Tool, Intel® oneAPI DPC++ Library, Intel® Integrated Performance Primitives, Intel® VTune™ Profiler
Upozornění a vyloučení odpovědnosti
Výkon se liší podle použití, konfigurace a dalších faktorů. Více se dozvíte na www.Intel.com/PerformanceIndex
Výsledky výkonu jsou založeny na testování k datům uvedeným v konfiguracích a nemusí odrážet všechny veřejně dostupné aktualizace. Podrobnosti o konfiguraci viz záloha. Žádný produkt ani součást nemůže být absolutně bezpečný.
Vaše náklady a výsledky se mohou lišit.
Technologie Intel mohou vyžadovat aktivaci hardwaru, softwaru nebo služby.
Intel se zříká všech výslovných a předpokládaných záruk, včetně, bez omezení, předpokládaných záruk obchodovatelnosti, vhodnosti pro určitý účel a neporušení práv, jakož i jakékoli záruky vyplývající z průběhu výkonu, průběhu obchodování nebo použití v obchodě.
Společnost Intel nekontroluje ani nekontroluje data třetích stran. Pro posouzení přesnosti byste se měli obrátit na jiné zdroje.
© Intel Corporation. Intel, logo Intel a další značky Intel jsou ochranné známky společnosti Intel Corporation nebo jejích dceřiných společností. Jiná jména a značky mohou být nárokovány jako vlastnictví jiných.
0422/EOH/MESH/PDF 350912-001US
Dokumenty / zdroje
 |
intel oneAPI Base Toolkit pomáhá SonoScape optimalizovat výkon jeho asistenta porodnického screeningu S-Fetus 4.0 [pdfUživatelská příručka OneAPI Base Toolkit pomáhá SonoScape optimalizovat výkon jeho asistenta porodnického screeningu S-Fetus 4.0, asistenta porodnického screeningu S-Fetus 4.0, asistenta porodnického screeningu, asistenta screeningu, asistenta |
