Breve de solución
Ciencias da Saúde e da Vida
O kit de ferramentas base oneAPI axuda a SonoScape
Optimice o rendemento do seu S-Fetus 4.0
Auxiliar de cribado obstétrico
Guía de usuario

O kit de ferramentas base oneAPI axuda a SonoScape a optimizar o rendemento do seu asistente de detección obstétrica S-Fetus 4.0

"Co noso compromiso coa I+D independente e a innovación dos equipos médicos, SonoScape ten o pracer de afirmar que a nosa tecnoloxía de IA de vangarda, impulsada pola arquitectura Intel® oneAPI, foi capaz de realizar o seu potencial para servir ás institucións médicas de todo o mundo".
Feng Naizhang
Vicepresidente de SonoScape
O cribado obstétrico é clave para reducir a mortalidade materna e perinatal; con todo, os métodos de cribado obstétrico convencionais requiren altos niveis de coñecementos médicos e requiren moito tempo e traballo. Para abordar estes problemas, SonoScape lanzou un sistema de detección obstétrica intelixente baseado na intelixencia artificial (IA) e outras tecnoloxías. O sistema automatiza a saída dos resultados do exame mediante o recoñecemento automático da estrutura, a medición, a clasificación e o diagnóstico para mellorar significativamente a eficiencia e reducir a carga de traballo dos médicos.¹
O S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant 2 utiliza a aprendizaxe profunda para impulsar un modelo de traballo intelixente baseado en escenarios que permite aos médicos realizar unha ecografía sen necesidade de controlar manualmente o equipo e permite a adquisición dinámica en tempo real de planos estándar e a medición automática da biometría fetal. e índice de crecemento, unha primeira industria. O obxectivo de Sonoscape é simplificar os fluxos de traballo de cribado obstétrico e facilitar a atención dos pacientes. Para mellorar o seu rendemento, SonoScape utilizou o Intel® oneAPI Base Toolkit para o desenvolvemento e optimización de arquitecturas cruzadas para acelerar o procesamento de datos multimodais. A través dunha plataforma baseada no procesador Intel® Core™ i7, o rendemento aumentou aproximadamente 20x 3 ao tempo que se conseguiu un maior prezo, escalabilidade entre arquitecturas e flexibilidade.
Antecedentes: Aplicacións e retos da ecografía de diagnóstico nas exploracións obstétricas
A ecografía de diagnóstico é unha técnica na que a ecografía se utiliza para medir os datos e a morfoloxía da fisioloxía ou a estrutura do tecido dun paciente para descubrir enfermidades e proporcionar orientación médica. 4 Debido á seguridade, á non invasión, ao rendemento dos custos, á practicidade, á repetibilidade e á ampla adaptabilidade, o mercado de equipos de ultrasóns de diagnóstico está crecendo rapidamente. Segundo os datos de Fortune Business Insights, o tamaño do mercado global de equipos de ultrasóns de diagnóstico foi de 7.26 millóns de dólares en 2020 e espérase que alcance os 12.93 millóns de dólares a finais de 2028, o que supón unha taxa de crecemento anual composta (CAGR) do 7.8% . 5
Aínda que a ecografía 2D é indispensable para o diagnóstico de enfermidades obstétricas e xinecolóxicas (especialmente nas probas fetais intrauterinas), as técnicas de ultrasonografía convencionais dependen en gran medida da experiencia do ecografista. Dado que durante todo o proceso son necesarias operacións manuais lentas e intensivas en habilidades, a ecografía supón un desafío para os hospitais de comunidades máis pequenas e áreas menos desenvolvidas que teñen un acceso limitado á tecnoloxía médica.
Para abordar estes problemas, SonoScape desenvolveu unha solución de ultrasonido de diagnóstico intelixente baseada en tecnoloxías de intelixencia artificial que son capaces de clasificar, detectar e segmentar unha variedade de estruturas anatómicas a partir de imaxes de ultrasóns a través de algoritmos de aprendizaxe profunda representados por redes neuronais convolucionais (CNN). 6 Non obstante, a solución de diagnóstico de ultrasóns actual enfróntase a varios desafíos:

• O equipo require unha gran cantidade de intervención do usuario e posúe atrasos inherentes, como cando o operador debe adaptarse a diferentes procedementos operativos ao cambiar entre modos.
• Os requisitos de potencia informática aumentan a medida que os algoritmos de IA crecen en complexidade. Estes algoritmos adoitan usar aceleradores externos, como as GPU, que aumentan o custo, usan máis enerxía e requiren probas e certificacións adicionais. A optimización continua da IA ​​para o mellor rendemento e experiencia do usuario converteuse nun reto clave.

SonoScape utiliza Intel oneAPI Base Kit de ferramentas para optimizar o rendemento dos seus Asistente de cribado obstétrico S-Fetus 4.0
Asistente de detección obstétrica SonoScape S-Fetus 4.0
Con base na recollida e medición estandarizadas de seccións de ecografía, os médicos poden utilizar o cribado obstétrico para detectar a maioría das anomalías estruturais do feto. O asistente de detección obstétrica S-Fetus 4.0 patentado de SonoScape é a primeira tecnoloxía de detección obstétrica intelixente dispoñible a nivel mundial baseada na aprendizaxe profunda. Cando se combina coas plataformas de ultrasóns SonoScape P60 e S60, o S-Fetus 4.0 é capaz de recoñecer seccións en tempo real durante o proceso de ecografía, adquisición automática de seccións estándar, medición automática e alimentación automática de resultados nas seccións de crecemento fetal correspondentes. do informe médico. Con a primeira función de detección obstétrica intelixente da industria, o S-Fetus 4.0 mellora significativamente os métodos convencionais de interacción humano-computador proporcionando un modelo de traballo intelixente baseado en escenarios que permite aos médicos realizar ecografías sen necesidade de controlar manualmente equipos complexos, o que simplifica o proceso de sonograma, mellorando a eficiencia e reducindo a carga de traballo do ecografista. A función proporciona un control de calidade eficaz durante o proceso de ultrasóns, mellora a calidade da selección e proporciona datos de guía adicionais en tempo real para axudar tanto aos médicos como aos pacientes.

Figura 1. O dispositivo de obstetricia profesional P60 de SonoScape equipado co S-Fetus 4.0

Usando algoritmos básicos, arquitectura orixinal e hardware de arquitectura cruzada, o S-Fetus 4.0 logra un avance técnico fundamental que proporciona unha solución intelixente, baseada en escenarios, de proceso completo e facilmente adoptable para mellorar a eficiencia e a coherencia do traballo dos médicos. As funcións completas baseadas en escenarios garanten que os médicos non teñan que cambiar entre os modos manual e intelixente de forma predeterminada durante todo o proceso, e os informes pódense completar con só pasar un dedo.

Figura 2. Diagrama de proceso do asistente de cribado obstétrico S-Fetus 4.0

O frontal do S-Fetus 4.0 xera datos multimodais de acordo cos requisitos do escenario, mentres que o postprocesamento xestiona a reconstrución, o procesamento e a optimización. Traballando en datos reconstruídos e optimizados, o módulo de recoñecemento e seguimento da IA ​​en tempo real analiza e extrae superficies estándar. Neste proceso, o módulo estándar de toma de decisións e envío de superficies segue unha estratexia predefinida para extraer de forma adaptativa características cuantificadas, despois realiza unha análise cuantitativa e intégrase automaticamente nas operacións posteriores.
Durante o desenvolvemento, os enxeñeiros de SonoScape e Intel traballaron xuntos para abordar varios desafíos:

• Máis optimización do rendemento. Moitos algoritmos de aprendizaxe profunda relevantes deben traballar en conxunto para procesar rapidamente tarefas que usan diferentes tipos de datos e executar de forma óptima as tarefas iniciadas polo usuario sen latencia. Isto resulta en maior potencia de cálculo e requisitos de optimización de algoritmos para plataformas de ultrasóns.
• Demandas de aplicacións móbiles. O sistema de ultrasonido de diagnóstico SonoScape con S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant é un sistema móbil con límites de potencia global
  consumo e tamaño do sistema, polo que é un reto usar GPU discretas.
• Expansión de arquitectura cruzada para diferentes escenarios. O asistente de detección obstétrica S-Fetus 4.0 necesita admitir a migración e a expansión en varias arquitecturas para operar nunha variedade de escenarios complexos.

Para resolver estes desafíos, SonoScape asociouse con Intel para optimizar o rendemento da intelixencia artificial do seu asistente de detección obstétrica mediante o Intel oneAPI Base Toolkit.

Kits de ferramentas Intel oneAPI

OneAPI é un modelo de programación unificada aberto e multiindustrial que ofrece unha experiencia de desenvolvedor común en todas as arquitecturas para un rendemento das aplicacións máis rápido, máis produtividade e maior innovación. A iniciativa oneAPI fomenta a colaboración nas especificacións comúns e as implementacións compatibles de oneAPI en todo o ecosistema.
O modelo está deseñado para simplificar o proceso de desenvolvemento en varias arquitecturas (como CPU, GPU, FPGA e outros aceleradores). Cun conxunto completo de bibliotecas e ferramentas de arquitectura cruzada, oneAPI axuda aos desenvolvedores a desenvolver código de rendemento de forma rápida e correcta en ambientes heteroxéneos.
Como se mostra na Figura 3, o proxecto oneAPI ten como obxectivo construír a rica herdanza de Inteltage de ferramentas de CPU e expandir ás XPU. Inclúe un conxunto completo de compiladores avanzados, bibliotecas e ferramentas de portabilidade, análise e depuración. A implementación de referencia de Intel de oneAPI é un conxunto de ferramentas. Intel oneAPI Base Toolkit for Native Code Developers é un conxunto básico de ferramentas de alto rendemento para crear aplicacións C++, Data Parallel C++ e aplicacións baseadas na biblioteca oneAPI.
As cargas de traballo das aplicacións necesitan hardware diverso

Figura 3. Kit de ferramentas base Intel oneAPI

O kit de ferramentas base Intel oneAPI axuda a SonoScape a optimizar o rendemento do seu asistente de detección obstétrica
Despois de integrar o Intel oneAPI Base Toolkit no seu sistema, SonoScape observou varios camiños para a optimización.
Na capa de hardware, a solución utiliza unha arquitectura informática baseada nun procesador Intel® Core™ i11 de 7ª xeración que ofrece un rendemento de execución mellorado, presenta un novo núcleo e arquitectura gráfica e ofrece unha optimización baseada na IA para un excelente rendemento para varias cargas. Equipado coa tecnoloxía Intel® Deep Learning Boost (Intel® DL Boost), o procesador ofrece unha gran compatibilidade con motores de intelixencia artificial e un rendemento mellorado para cargas complexas como a análise de datos e a intelixencia artificial.
Os procesadores Intel Core de 11ª xeración tamén teñen gráficos Intel® Iris® Xe integrados, o que permite que as cargas de traballo aproveiten esta GPU integrada. Pode admitir unha gran variedade de tipos de datos e presenta unha arquitectura de baixo consumo.
O fluxo de procesamento de datos da solución móstrase a continuación (Figura 4). Equipados con núcleos optimizados para o manexo de cargas intensivas en datos, os gráficos Intel Iris Xe son os responsables dos procesos de recoñecemento e seguimento en tempo real e da realización da execución en tempo real de alta frecuencia (cada cadro de imaxe debe ser procesado ou inferido de forma intelixente) .
O procesador Intel Core i7 xestiona a toma de decisións de superficie estándar e o envío; extracción de características da sección adaptativa, análise cuantitativa e outros procesos; e a execución da lóxica operativa e da inferencia da IA ​​durante o tempo de inactividade. O módulo de procesamento e optimización de datos multimodal, que é responsable da inferencia lóxica e intensivo en datos, foi optimizado en cinco aspectos clave a través do kit de ferramentas oneAPI. Despois da optimización, o asistente de detección obstétrica SonoScape pode utilizar de forma flexible todos os recursos da CPU e da iGPU, proporcionando un rendemento mellorado para satisfacer as demandas operativas e mellorar a experiencia do paciente.
SonoScape e Intel centráronse na optimización e probas de rendemento da seguinte plataforma:

Figura 4. Arquitectura do asistente de cribado obstétrico SonoScape

Optimización integral do rendemento mediante as ferramentas de software Intel
Optimización #1: primeiro, SonoScape utilizou o Intel® VTune™ Profiler para analizar a súa carga de traballo. O profiler pode identificar rapidamente os pescozos de botella do rendemento da carga da CPU e da GPU e proporcionar información relevante. Como se mostra na seguinte figura, o procesamento vectorial fai un uso completo do alto rendemento de instrucións de Intel e admite o procesamento paralelo de datos para mellorar rapidamente o rendemento nas operacións escalares.

Figura 5. Procesamento escalar vs. procesamento vectorial

SonoScape tamén fixo uso do compilador DPC++ do kit de ferramentas oneAPI para recompilar o seu código e xerar instrucións vectoriais para mellorar o rendemento, reducindo a velocidade de procesamento da carga de traballo de 141 ms a só 33 ms⁷.
Optimización #2. Unha vez que VTune Pro identificou os pescozos de botella no rendementofiler, SonoScape substituíunas por API de Intel® Integrated Performance Primitives
(Intel® IPP), unha biblioteca de software multiplataforma de funcións que inclúe aceleradores para procesamento de imaxes, procesamento de sinal, compresión de datos, mecanismos de cifrado e outras aplicacións. Intel IPP pódese optimizar para que as CPU desbloqueen as funcións máis recentes das plataformas de arquitectura Intel (como AVX-512) para mellorar o rendemento das aplicacións.
Por example, as funcións ippsCrossCorrNorm_32f e ippsDotProd_32f64f poden mellorar o rendemento eliminando os cálculos de bucles de dobre capa e os bucles de multiplicación/suma. A través desta optimización, SonoScape puido mellorar aínda máis a velocidade de procesamento da carga de traballo de 33 ms a 13.787 ms⁷.
Optimización #3. Desenvolvida orixinalmente por Intel, a biblioteca OpenCV (OpenCV) OpenCV pódese usar para desenvolver programas de procesamento de imaxes, visión por ordenador e recoñecemento de patróns en tempo real, e admite a utilización de Intel IPP para o procesamento acelerado⁸.
Ao substituír as funcións OpenCV no código fonte por funcións IPP, a solución escala ben en escenarios de datos a gran escala e funciona ben en todas as xeracións de plataformas Intel.
Optimización #4. O asistente de detección obstétrica S-Fetus 4.0 de Sonoscape tamén utiliza a ferramenta de compatibilidade Intel® DPC++ para migrar de forma eficiente o código CUDA existente a DPC++, garantindo a compatibilidade entre arquitecturas e minimizando o tempo necesario para a migración. Como se mostra na Figura 6, a ferramenta ofrece potentes funcións interactivas para axudar aos desenvolvedores a migrar o código CUDA, incluíndo o código do núcleo e as chamadas API. A ferramenta pode migrar automaticamente o 80-90 por cento⁹ do código (dependendo da complexidade) e incorpora comentarios para axudar aos desenvolvedores a completar o paso manual do proceso de migración. Neste estudo de caso, case o 100 por cento do código migrouse automaticamente de forma lexible e utilizable.

Figura 6. Diagrama de fluxo de traballo da ferramenta de compatibilidade Intel DPC++

Despois de completar estas optimizacións, o rendemento do SonoScape S-Fetus 4.0 que se executa nunha plataforma heteroxénea baseada en Intel oneAPI DPC++ aumentou case 20 veces o dos datos de rendemento de referencia rexistrados antes da optimización, como se mostra na figura 7⁷.

Optimización do tempo da carga de traballo multimodal (ms menor é mellor)Figura 7. Mellora do rendemento co Intel oneAPI Base Toolkit⁷

(Línea de base: Código antes da optimización; Optimización 1: Compilador Intel oneAPI DPC++; Optimización 2: IPP de Intel usado para substituír o código fonte do bucle;
Optimización 3: Intel IPP usado para substituír funcións OpenCV; Optimización 4: execución CPU + iGPU despois da migración CUDA)
Resultado: excelente rendemento e escalabilidade de CrossArchitecture
Ao usar procesadores Intel Core i7 con gráficos Intel Iris Xe integrados para proporcionar potencia informática subxacente e a plataforma heteroxénea Intel oneAPI para a optimización, o asistente de detección obstétrica SonoScape puido equilibrar o rendemento, a rendibilidade e a escalabilidade en múltiples plataformas.

• Rendemento. Ao usar Intel XPU e Intel oneAPI Toolkits, o asistente de detección obstétrica SonoScape foi capaz de conseguir un rendemento 20 veces mellorado fronte aos sistemas non optimizados, sentando unha base sólida para unha ecografía de diagnóstico obstétrico eficiente⁷.
• Aforro de custos. Ao realizar unha optimización completa e utilizar o poderoso rendemento e a arquitectura flexible do procesador Intel Core i7, SonoScape só necesita recursos de CPU e iGPU para acadar os seus obxectivos de rendemento. Estas simplificacións de hardware reducen as demandas de subministración de enerxía, disipación de calor e espazo. A solución agora pódese montar en equipos de ultrasóns de diagnóstico máis pequenos para obter opcións de configuración máis flexibles. A integración de recursos de CPU e iGPU tamén proporciona unha maior duración da batería, xunto cunha maior escalabilidade e fiabilidade.
• Escalabilidade heteroxénea. A solución admite a programación unificada en hardware heteroxéneo como CPU e iGPU, mellora a eficiencia de desenvolvemento da programación entre arquitecturas e permite a execución flexible de asistentes de detección obstétrica en diferentes configuracións de hardware ao tempo que garante un usuario fluido.
  experiencia.

Outlook: integración acelerada de AI e aplicacións médicas
A ecografía de diagnóstico intelixente é unha aplicación clave da integración da intelixencia artificial e as tecnoloxías médicas que axuda a reducir as cargas de traballo dos médicos e mellorar a velocidade dos procesos médicos¹⁰. Para facilitar o uso da intelixencia artificial e as aplicacións médicas, Intel está a traballar con socios como SonoScape para acelerar a innovación dixital a través da arquitectura XPU formada por CPU, iGPU, aceleradores dedicados, FPGA e produtos de software e hardware como o modelo de programación oneAPI no industria médica.
"O kit de ferramentas base Intel® oneAPI axudounos a optimizar módulos clave de forma eficiente, logrando un aumento de 20 x⁷ no rendemento e un desenvolvemento unificado en plataformas XPU de arquitectura cruzada. A través das tecnoloxías de Intel, o noso asistente de detección obstétrica conseguiu avances en termos de rendemento e escalabilidade e agora pode proporcionar un medio máis eficiente de diagnóstico obstétrico intelixente para axudar ás institucións médicas a pasar da ecografía convencional a unha ecografía intelixente e axudar aos médicos.
nun traballo preciso e eficiente para mellorar os resultados dos pacientes”.
Zhou Guoyi
Xefe do Centro de Investigación de Innovación Médica SonoScape
Acerca de SonoScape
Fundada en 2002 en Shenzhen, China, SonoScape comprometeuse a "Coidar a vida a través da innovación" proporcionando solucións de ultrasóns e endoscopia. Cun soporte perfecto, SonoScape ofrece vendas e servizo en todo o mundo en máis de 130 países, beneficiando aos hospitais e médicos locais con probas de diagnóstico por imaxe e soporte técnico completos. Invertindo o 20 por cento dos ingresos totais en I+D anualmente, SonoScape introduciu continuamente novos produtos e tecnoloxías médicas no mercado cada ano. Agora se expande a sete centros de I+D en Shenzhen, Shanghai, Harbin, Wuhan, Tokio, Seattle e Silicon Valley. Para obter máis información, visite o noso oficial websitio www.sonoscape.com.
Sobre Intel
Intel (Nasdaq: INTC) é un líder da industria que crea tecnoloxía que cambia o mundo que permite o progreso global e enriquece vidas. Inspirados pola Lei de Moore, traballamos continuamente para avanzar no deseño e fabricación de semicondutores para axudar a afrontar os maiores desafíos dos nosos clientes. Ao integrar a intelixencia na nube, na rede, na periferia e en todo tipo de dispositivos informáticos, liberamos o potencial dos datos para mellorar a empresa e a sociedade. Para obter máis información sobre as innovacións de Intel, vai a newsroom.intel.com e intel.com.

Solución proporcionada por:

1. A reclamación de aumento da eficiencia do 50 % baséase nos datos de avaliación despois da avaliación clínica de 18 médicos con experiencia intermedia e superior en 5 instalacións médicas despois dun período de 1 mes.
   Reclamación de redución da carga de traballo do 70 % en función da avaliación dos pasos necesarios para completar a revisión médica mediante procedementos de operación estándar fronte a S-Fetus.
2. Para obter máis información sobre S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant, visite https://www.sonoscape.com/html/2020/exceed_0715/113.html
3. Resultados das probas proporcionados por SonoScape. Configuración de proba: procesador Intel® Core™ i7-1185GRE a 2.80 GHz, gráficos Intel Iris® Xe a 1.35 GHz, 96EU, Ubuntu 20.04, compilador Intel® oneAPI DPC++/C++, ferramenta de compatibilidade Intel® DPC++, biblioteca Intel® oneAPI DPC++, Intel ® Integrated Performance Primitives, Intel® VTune™ Profiler
4. Wells, PNT, "Principios físicos do diagnóstico ultrasónico". Enxeñaría médica e biolóxica 8, no 2 (1970): 219–219.
5. https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/ultrasound-equipment-market-100515
6. Shengfeng Liu, et al., "Deep Learning in Medical Ultrasound Analysis: A Review”. Enxeñaría 5, no 2 (2019): 261–275
7. Resultados das probas proporcionados por SonoScape. Consulte a copia de seguranza para probar as configuracións.
8. https://en.wikipedia.org/wiki/OpenCV
9. https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/heterogeneous-programming-using-oneapi.html
10. Luo, Dandan, et al., "Un enfoque de exploración por ultrasonido prenatal: técnica dun só toque en segundo e terceiro trimestre". Ultrasóns Med Biol. 47, n.o 8 (2021): 2258–2265.
    https://www.researchgate.net/publication/351951854_A_Prenatal_Ultrasound_Scanning_Approach_One-Touch_Technique_in_Second_and_Third_Trimesters

Copia de seguranza
Proba de SonoScape a partir do 3 de setembro de 2021. Configuración da proba: procesador Intel® Core™ i7-1185GRE a 2.80 GHz, con ou sen gráficos Intel Iris® Xe a 1.35 GHz, 96EU, Ubuntu 20.04, Intel® oneAPI
Compilador DPC++/C++, Intel® DPC++ Compatibility Tool, Intel® oneAPI DPC++ Library, Intel® Integrated Performance Primitives, Intel® VTune™ Profiler
Avisos e exencións de responsabilidade
O rendemento varía segundo o uso, a configuración e outros factores. Máis información en www.Intel.com/PerformanceIndex
Os resultados de rendemento baséanse nas probas a partir das datas mostradas nas configuracións e é posible que non reflictan todas as actualizacións dispoñibles publicamente. Consulte a copia de seguridade para obter detalles de configuración. Ningún produto ou compoñente pode ser absolutamente seguro.
Os teus custos e resultados poden variar.
As tecnoloxías Intel poden requirir hardware, software ou activación do servizo habilitado.
Intel renuncia a todas as garantías explícitas e implícitas, incluídas, entre outras, as garantías implícitas de comerciabilidade, adecuación para un fin determinado e non infracción, así como calquera garantía derivada do curso do rendemento, do curso da negociación ou do uso no comercio.
Intel non controla nin audita datos de terceiros. Debería consultar outras fontes para avaliar a precisión.
© Intel Corporation. Intel, o logotipo de Intel e outras marcas de Intel son marcas comerciais de Intel Corporation ou das súas subsidiarias. Outros nomes e marcas pódense reclamar como propiedade doutros.
0422/EOH/MESH/PDF 350912-001EU

Documentos/Recursos

O kit de ferramentas base intel oneAPI axuda a SonoScape a optimizar o rendemento do seu asistente de detección obstétrica S-Fetus 4.0 [pdfGuía do usuario O kit de ferramentas base oneAPI axuda a SonoScape a optimizar o rendemento do seu asistente de detección obstétrica S-Fetus 4.0, asistente de detección obstétrica S-Fetus 4.0, asistente de detección obstétrica, asistente de detección e asistente

Referencias

• Manual de usuario