ソリューション概要
健康・生命科学
oneAPI ベース ツールキットが SonoScape を支援
S-Fetus 4.0 のパフォーマンスを最適化する
産科スクリーニングアシスタント
ユーザーガイド
oneAPI ベース ツールキットは、SonoScape が S-Fetus 4.0 産科スクリーニング アシスタントのパフォーマンスを最適化するのに役立ちます
SonoScape は、独立した研究開発と医療機器の革新へのコミットメントにより、Intel® oneAPI アーキテクチャを搭載した最先端の AI テクノロジが、世界中の医療機関に役立つ可能性を実現できたことを嬉しく思います。」
馮内章
SonoScape 副社長
産科スクリーニングは、妊産婦および周産期の死亡率を下げる鍵となります。 しかし、従来の産科スクリーニング方法は、高度な医療専門知識を必要とし、時間と労力の両方を必要とします。 これらの問題に対処するために、SonoScape は人工知能 (AI) やその他の技術に基づくスマートな産科スクリーニング システムを立ち上げました。 自動構造認識・計測・分類・診断によるスクリーニング結果の出力を自動化し、大幅な効率化と医師の負担軽減を実現します¹。
S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant 2 は、ディープラーニングを使用してスマートなシナリオベースの作業モデルを強化します。これにより、医師は機器を手動で制御することなく超音波検査を実行でき、標準平面のリアルタイムの動的取得と胎児バイオメトリの自動測定が可能になります。成長指数、業界初。 Sonoscape の目的は、産科スクリーニングのワークフローを簡素化し、患者がより簡単に治療を受けられるようにすることです。 パフォーマンスを向上させるために、SonoScape はインテル® oneAPI Base Toolkit を使用してクロスアーキテクチャーの開発と最適化を行い、マルチモーダル データの処理を高速化しました。 インテル® Core™ i7 プロセッサーに基づくプラットフォームにより、パフォーマンスが約 20 倍に向上し、同時に、より高い価格パフォーマンス、クロスアーキテクチャーのスケーラビリティー、および柔軟性を実現しました。
背景： 産科検査における診断用超音波の応用と課題
診断用超音波は、超音波を使用して患者の生理機能または組織構造のデータと形態を測定し、疾患を発見して医療ガイダンスを提供する技術です。 4 安全性、非侵襲性、コストパフォーマンス、実用性、再現性、および幅広い適応性により、超音波診断装置の市場は急速に成長しています。 Fortune Business Insights のデータによると、世界の診断用超音波機器市場の規模は 7.26 年に 2020 億 12.93 万ドルで、2028 年末までに 7.8 億 5 万ドルに達すると予想されており、年平均成長率 (CAGR) は XNUMX% に達します。 . XNUMX
産科および婦人科疾患の診断（特に子宮内胎児検査）には 2D 超音波が不可欠ですが、従来の超音波検査技術は超音波検査技師の専門知識に大きく依存しています。 プロセス全体を通して時間がかかり、スキル集約的な手作業が必要とされるため、超音波検査は、医療技術へのアクセスが限られている小規模なコミュニティや発展途上の地域の病院に課題をもたらします。
これらの問題に対処するために、SonoScape は、畳み込みニューラル ネットワーク (CNN) に代表されるディープ ラーニング アルゴリズムを介して、超音波画像からさまざまな解剖学的構造を分類、検出、およびセグメンテーションできる AI テクノロジに基づくスマートな超音波診断ソリューションを開発しました。 6 しかし、現在の超音波診断ソリューションはいくつかの課題に直面しています。
- この機器は、ユーザーの介入を大量に必要とし、モードを切り替えるときにオペレータがさまざまな操作手順に適応しなければならない場合など、固有の遅延を持っています。
- AI アルゴリズムが複雑化するにつれて、コンピューティング能力の要件が高まっています。 これらのアルゴリズムは、多くの場合、GPU などの外部アクセラレーターを使用します。これにより、コストが増加し、より多くの電力を使用し、追加のテストと認定が必要になります。 最高のパフォーマンスとユーザー エクスペリエンスを実現するための AI の継続的な最適化は、重要な課題となっています。
SonoScape はインテルの oneAPI ベースを利用 そのパフォーマンスを最適化するためのツールキット S-Fetus 4.0 産科スクリーニングアシスタント
SonoScape S-Fetus 4.0 産科スクリーニングアシスタント
標準化された超音波スキャン セクションの収集と測定に基づいて、臨床医は産科スクリーニングを使用して、ほとんどの胎児の構造異常を検出できます。 SonoScape 独自の S-Fetus 4.0 産科スクリーニング アシスタントは、深層学習に基づく世界初のスマートな産科スクリーニング技術です。 SonoScape P60 および S60 超音波プラットフォームと組み合わせると、S-Fetus 4.0 は、超音波検査プロセス中のセクションのリアルタイム認識、標準セクションの自動取得、自動測定、対応する胎児成長セクションへの結果の自動フィードが可能です。医療レポートの。 業界初のスマートな産科スクリーニング機能を誇る S-Fetus 4.0 は、医師が複雑な機器を手動で制御する必要なく超音波検査を実行できるスマートなシナリオベースの作業モデルを提供することにより、従来の人間とコンピューターの対話方法を大幅に改善します。ソノグラム プロセス、効率の向上、およびソノグラファーの作業負担の軽減。 この機能は、超音波プロセス中に効果的なフロントエンドの品質管理を提供し、スクリーニングの品質を向上させ、追加のガイド データをリアルタイムで提供して、医師と患者の両方を支援します。
図1. S-Fetus 60を搭載したSonoScapeのプロフェッショナルP4.0産科デバイス
S-Fetus 4.0 は、コア アルゴリズム、独自のアーキテクチャ、およびクロス アーキテクチャ ハードウェアを利用して、根本的な技術的ブレークスルーを達成し、スマートでシナリオベースのフルプロセスで簡単に採用できるソリューションを提供し、医師の作業効率と一貫性を向上させます。 包括的なシナリオベースの機能により、医師はプロセス全体を通してデフォルトで手動モードとスマートモードを切り替える必要がなく、レポートは指でスワイプするだけで完了することができます。
図 2. S-Fetus 4.0 産科スクリーニングアシスタントのプロセス図
S-Fetus 4.0 のフロント エンドはシナリオの要件に従ってマルチモーダル データを生成し、後処理は再構成、処理、および最適化を処理します。 再構築および最適化されたデータに取り組み、リアルタイム AI 認識および追跡モジュールは、標準サーフェスを分析および抽出します。 このプロセスでは、標準的なサーフェス意思決定およびディスパッチ モジュールが事前定義された戦略に従って、定量化された特徴を適応的に抽出し、定量分析を実行して、後続の操作に自動的に統合します。
開発中、SonoScape とインテルのエンジニアは協力していくつかの課題に取り組みました。
- さらなるパフォーマンスの最適化。 さまざまなデータ型を使用するタスクを迅速に処理し、ユーザーが開始したタスクをレイテンシーなしで最適に実行するには、関連する多くの深層学習アルゴリズムが連携して動作する必要があります。 これにより、超音波プラットフォームの計算能力とアルゴリズムの最適化要件が高くなります。
- モバイル アプリケーションの需要。 S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant を搭載した SonoScape 診断用超音波システムは、全体的な電力に制限のあるモバイル システムです。
消費量とシステム サイズが異なるため、ディスクリート GPU を使用することが難しくなります。 - さまざまなシナリオのクロスアーキテクチャ拡張。 S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant は、さまざまな複雑なシナリオで動作するように、複数のアーキテクチャにわたる移行と拡張をサポートする必要があります。
これらの課題を解決するために、SonoScape は Intel と提携し、Intel oneAPI Base Toolkit を使用して産科スクリーニング アシスタントの AI パフォーマンスを最適化しました。
インテル oneAPI ツールキット
OneAPI は、業界を超えたオープンな標準ベースの統合プログラミング モデルであり、アーキテクチャ全体で共通の開発者エクスペリエンスを提供して、アプリケーションのパフォーマンスの高速化、生産性の向上、イノベーションの向上を実現します。 oneAPI イニシアチブは、エコシステム全体で共通の仕様と互換性のある oneAPI 実装に関するコラボレーションを促進します。
このモデルは、複数のアーキテクチャ (CPU、GPU、FPGA、その他のアクセラレータなど) にわたる開発プロセスを簡素化するように設計されています。 クロスアーキテクチャ ライブラリとツールの完全なセットを備えた oneAPI は、開発者が異種環境間でパフォーマンスの高いコードを迅速かつ正確に開発するのに役立ちます。
図 3 に示すように、oneAPI プロジェクトは、Intel の豊富なヘリの上に構築することを目指しています。tagCPU ツールの e と XPU に展開します。 これには、高度なコンパイラ、ライブラリ、および移植、分析、およびデバッグ ツールの完全なセットが含まれています。 Intel の oneAPI の参照実装は、一連のツールキットです。 Intel oneAPI Base Toolkit for Native Code Developers は、C++、Data Parallel C++ アプリケーション、および oneAPI ライブラリ ベースのアプリケーションを構築するための高性能ツールのコア セットです。
アプリケーション ワークロードには多様なハードウェアが必要
図 3. Intel oneAPI ベース ツールキット
Intel oneAPI ベース ツールキットは、SonoScape が産科スクリーニング アシスタントのパフォーマンスを最適化するのに役立ちます
Intel oneAPI Base Toolkit をシステムに統合した後、SonoScape は最適化へのいくつかのパスに注目しました。
ハードウェア レイヤーでは、このソリューションは第 11 世代 Intel® Core™ i7 プロセッサに基づくコンピューティング アーキテクチャを利用して、実行パフォーマンスを強化し、新しいコアとグラフィックス アーキテクチャを採用し、さまざまな負荷に対して優れたパフォーマンスを実現する AI ベースの最適化を提供します。 Intel® Deep Learning Boost (Intel® DL Boost) テクノロジを搭載したプロセッサは、AI エンジンを強力にサポートし、AI やデータ分析などの複雑な負荷のパフォーマンスを強化します。
第 11 世代 Intel Core プロセッサには Intel® Iris® Xe グラフィックスも統合されているため、ワークロードはこの統合 GPU を活用できます。 豊富な種類のデータをサポートでき、低電力アーキテクチャを備えています。
ソリューションのデータ処理フローを以下に示します (図 4)。 データ集約型の負荷を処理するために最適化されたコアを搭載した Intel Iris Xe グラフィックスは、リアルタイムの認識と追跡プロセス、および高頻度のリアルタイム実行の実現を担当します (各画像フレームを処理するか、インテリジェントに推論する必要があります)。 .
インテル Core i7 プロセッサーは、標準的なサーフェスの意思決定とディスパッチを処理します。 適応セクション特徴抽出、定量分析、およびその他のプロセス。 ダウンタイム中の運用ロジックと AI 推論の実行。 データ集約型で論理推論を担うマルチモーダル データ最適化および処理モジュールは、oneAPI ツールキットを通じて XNUMX つの重要な側面で最適化されています。 最適化後、SonoScape 産科スクリーニング アシスタントは、すべての CPU および iGPU リソースを柔軟に利用できるため、運用上の要求を満たし、患者のエクスペリエンスを向上させるためにパフォーマンスが向上します。
SonoScape と Intel は、次のプラットフォームの最適化とパフォーマンス テストに重点を置いています。
図 4. SonoScape 産科スクリーニング アシスタントのアーキテクチャ
インテル ソフトウェア ツールを使用した包括的なパフォーマンスの最適化
最適化 #1: まず、SonoScape はインテル® VTune™ Pro を使用しましたfileワークロードを分析します。 プロfiler は、CPU と GPU の負荷パフォーマンスのボトルネックをすばやく特定し、関連情報を提供できます。 下の図に示すように、ベクトル処理は Intel の高い命令スループットを最大限に活用し、データの並列処理をサポートして、スカラー演算よりもパフォーマンスを急速に向上させます。
図 5. スカラー処理とベクトル処理
SonoScape はまた、oneAPI ツールキットの DPC++ コンパイラを使用してコードを再コンパイルし、ベクトル命令を生成してパフォーマンスを向上させ、ワークロードの処理速度を 141 ミリ秒からわずか 33 ミリ秒に短縮しました。
最適化 #2。 VTune Pro によってパフォーマンスのボトルネックが特定された後filer、SonoScape はそれらを Intel® インテグレーテッド パフォーマンス プリミティブの API に置き換えました
(インテル® IPP) は、画像処理、信号処理、データ圧縮、暗号化メカニズム、およびその他のアプリケーション用のアクセラレーターを含む関数のクロスプラットフォーム ソフトウェア ライブラリーです。 Intel IPP を CPU 用に最適化して、Intel アーキテクチャ プラットフォーム (AVX-512 など) の最新機能を利用できるようにし、アプリケーションのパフォーマンスを向上させることができます。
例えばampファイルでは、ippsCrossCorrNorm_32f および ippsDotProd_32f64f 関数は、33 層ループ計算と乗算/加算ループを削除することでパフォーマンスを向上させることができます。 このような最適化により、SonoScape はワークロードの処理速度を 13.787 ミリ秒から XNUMX ミリ秒にさらに向上させることができました。
最適化 #3。 もともとインテルが開発したオープン ソース コンピューター ビジョン ライブラリ (OpenCV) OpenCV は、リアルタイムの画像処理、コンピューター ビジョン、およびパターン認識プログラムの開発に使用でき、高速処理のためのインテル IPP の利用をサポートします⁸。
ソース コード内の OpenCV 関数を IPP 関数に置き換えることで、このソリューションは大規模なデータ シナリオで適切に拡張され、Intel プラットフォームのすべての世代で適切に機能します。
最適化 #4。 Sonoscape の S-Fetus 4.0 産科スクリーニング アシスタントは、インテル® DPC++ 互換性ツールも利用して、既存の CUDA コードを DPC++ に効率的に移行し、アーキテクチャ間の互換性を確保し、移行に必要な時間を最小限に抑えます。 図 6 に示すように、このツールは、開発者がカーネル コードや API 呼び出しを含む CUDA コードを移行するのに役立つ強力なインタラクティブ機能を提供します。 このツールは、コードの 80 ～ 90%⁹ を (複雑さに応じて) 自動的に移行し、開発者が移行プロセスの手動ステップを完了するのに役立つコメントを埋め込むことができます。 このケース スタディでは、ほぼ 100% のコードが、読みやすく使いやすい方法で自動的に移行されました。
図 6. インテル DPC++ 互換性ツールのワークフロー チャート
これらの最適化が完了した後、Intel oneAPI DPC++ に基づく異種プラットフォームで実行されている SonoScape S-Fetus 4.0 のパフォーマンスは、図 20 に示すように、最適化前に記録されたベースライン パフォーマンス データのほぼ 7 倍に向上しました。
マルチモーダル ワークロードの時間の最適化 (ms が低いほど良い)
図 7. Intel oneAPI Base Toolkit によるパフォーマンスの向上 ⁷
(ベースライン: 最適化前のコード; 最適化 1: インテル® oneAPI DPC++ コンパイラー; 最適化 2: インテル® IPP を使用してループのソースコードを置き換え;
最適化 3: OpenCV 関数を置き換えるために Intel IPP を使用。 最適化 4: CUDA 移行後の CPU + iGPU の実行)
結果: 優れたパフォーマンスと CrossArchitecture のスケーラビリティ
統合された Intel Iris Xe グラフィックスを備えた Intel Core i7 プロセッサを使用して基盤となる計算能力を提供し、Intel oneAPI ヘテロジニアス プラットフォームを最適化することで、SonoScape 産科スクリーニング アシスタントは、複数のプラットフォーム間でパフォーマンス、費用対効果、スケーラビリティのバランスを取ることができました。
- パフォーマンス。 インテル XPU とインテル oneAPI ツールキットを使用することで、SonoScape 産科スクリーニング アシスタントは、最適化されていないシステムと比較して最大 20 倍のパフォーマンス向上を実現し、効率的な産科超音波診断の強固な基盤を築きました。
- コスト削減。 包括的な最適化を実行し、Intel Core i7 プロセッサの強力なパフォーマンスと柔軟なアーキテクチャを使用することで、SonoScape は CPU と iGPU リソースのみでパフォーマンス目標を達成できます。 これらのハードウェアの簡素化により、電源、熱放散、およびスペースに対する要求が軽減されます。 このソリューションは、より柔軟な構成オプションのために、小型の超音波診断装置に取り付けることができるようになりました。 CPU と iGPU リソースの統合により、バッテリ寿命が長くなり、スケーラビリティと信頼性が向上します。
- 異種スケーラビリティ。 このソリューションは、CPU や iGPU などの異種ハードウェアでの統合プログラミングをサポートし、クロスアーキテクチャ プログラミングの開発効率を向上させ、さまざまなハードウェア構成での産科スクリーニング アシスタントの柔軟な実行を可能にすると同時に、スムーズなユーザーを保証します。
経験。
展望: AI と医療アプリケーションの統合の加速
スマート診断用超音波は、AI と医療技術の統合の重要なアプリケーションであり、医師の作業負荷を軽減し、医療プロセスの速度を向上させるのに役立ちます¹⁰。 AI と医療アプリケーションの使用を促進するために、インテルは SonoScape などのパートナーと協力して、CPU、iGPU、専用アクセラレーター、FPGA、ソフトウェアおよびハードウェア製品 (oneAPI プログラミング モデルなど) で構成される XPU アーキテクチャーを通じてデジタル イノベーションを加速しています。医療産業。
「インテル® oneAPI Base Toolkit は、主要なモジュールを効率的に最適化するのに役立ち、クロスアーキテクチャー XPU プラットフォームでのパフォーマンスの 20 倍の向上と統合開発を実現しました。 インテルのテクノロジーにより、当社の産科スクリーニングアシスタントはパフォーマンスとスケーラビリティの点でブレークスルーを達成し、スマートな産科診断のより効率的な手段を提供して、医療機関が従来の超音波からスマートな超音波に移行し、医師を支援できるようになりました。
患者の転帰を改善するための正確かつ効率的な作業において。」
周国一
SonoScape 医療イノベーション研究センター所長
ソノスケープについて
2002 年に中国の深圳で設立された SonoScape は、超音波および内視鏡ソリューションを提供することにより、「イノベーションを通じて生命をケアする」ことに取り組んできました。 シームレスなサポートにより、SonoScape は 130 か国以上で世界規模の販売とサービスを提供し、包括的な画像診断の証拠と技術サポートで地元の病院や医師に利益をもたらしています。 総収益の 20% を毎年 R&D に投資する SonoScape は、毎年新しい医療製品と技術を継続的に市場に投入しています。 現在、深圳、上海、ハルビン、武漢、東京、シアトル、シリコン バレーの XNUMX つの R&D センターに拡大しています。 詳細については、当社の公式をご覧ください。 webサイト www.sonoscape.com.
インテルについて
インテル (Nasdaq: INTC) は業界のリーダーであり、世界的な進歩を可能にし、生活を豊かにする世界を変えるテクノロジーを生み出しています。 ムーアの法則に着想を得て、当社は半導体の設計と製造の進歩に継続的に取り組んでおり、お客様の最大の課題に対処できるよう支援しています。 クラウド、ネットワーク、エッジ、およびあらゆる種類のコンピューティング デバイスにインテリジェンスを組み込むことで、データの可能性を解き放ち、ビジネスと社会をより良い方向に変革します。 インテルのイノベーションの詳細については、次の Web サイトにアクセスしてください。 ニュースルーム そして インテル.
ソリューション提供者:
- 50% の効率向上の主張は、18 か月後に 5 つの医療施設で中級および上級の経験を持つ 1 人の医師による臨床評価後の評価データに基づいています。
S-Fetus と比較して、標準的な操作手順を使用して健康診断を完了するために必要な手順の評価に基づいて、ワークロード請求が 70% 削減されました。 - S-Fetus 4.0 産科スクリーニングアシスタントの詳細については、次の Web サイトをご覧ください。 https://www.sonoscape.com/html/2020/exceed_0715/113.html
- SonoScape が提供するテスト結果。 テスト構成: Intel® Core™ i7-1185GRE プロセッサー @ 2.80GHz、Intel Iris® Xe グラフィックス @ 1.35 GHz、96EU、Ubuntu 20.04、Intel® oneAPI DPC++/C++ Compiler、Intel® DPC++ Compatibility Tool、Intel® oneAPI DPC++ Library、Intel ® インテグレーテッド パフォーマンス プリミティブ、インテル® VTune™ Profiler
- ウェルズ、PNT、「超音波診断の物理的原理」。 Medical and Biological Engineering 8、No. 2 (1970): 219–219。
- https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/ultrasound-equipment-market-100515
- Shengfeng Liu ほか、「医療用超音波分析におけるディープ ラーニング: A Review」 エンジニアリング 5、No. 2 (2019): 261–275
- SonoScape が提供するテスト結果。 テスト構成のバックアップを参照してください。
- https://en.wikipedia.org/wiki/OpenCV
- https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/heterogeneous-programming-using-oneapi.html
- Luo、Dandan、他、「出生前の超音波スキャニング アプローチ: 妊娠第 47 期および第 8 期におけるワンタッチ テクニック」。 超音波医学生物。 2021, No. 2258 (2265): XNUMX–XNUMX.
https://www.researchgate.net/publication/351951854_A_Prenatal_Ultrasound_Scanning_Approach_One-Touch_Technique_in_Second_and_Third_Trimesters
バックアップ
3 年 2021 月 7 日現在の SonoScape によるテスト。テスト構成: Intel® Core™ i1185-2.80GRE プロセッサー @ 1.35GHz、Intel Iris® Xe グラフィックス @ 96 GHz、20.04EU、Ubuntu XNUMX、Intel® oneAPI の有無にかかわらず
DPC++/C++ コンパイラー、インテル® DPC++ 互換性ツール、インテル® oneAPI DPC++ ライブラリー、インテル® インテグレーテッド・パフォーマンス・プリミティブ、インテル® VTune™ Profiler
通知と免責事項
パフォーマンスは、使用、構成、およびその他の要因によって異なります。 詳細はこちら www.Intel.com/PerformanceIndex
パフォーマンスの結果は、構成に示されている日付の時点でのテストに基づいており、公開されているすべての更新が反映されているわけではありません。 構成の詳細については、バックアップを参照してください。 絶対に安全な製品やコンポーネントはありません。
費用と結果は異なる場合があります。
Intel テクノロジでは、有効なハードウェア、ソフトウェア、またはサービスの有効化が必要になる場合があります。
インテルは、商品性、特定の目的への適合性、および非侵害の黙示の保証、および履行過程、取引過程、または商取引での使用から生じる保証を含むがこれらに限定されない、すべての明示的および黙示的保証を否認します。
インテルはサードパーティのデータを管理または監査しません。 精度を評価するには、他の情報源を参照する必要があります。
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0422/EOH/メッシュ/PDF 350912-001US
ドキュメント / リソース
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