Короткий опис рішення
Здоров'я та науки про життя
OneAPI Base Toolkit допомагає SonoScape
Оптимізуйте продуктивність свого S-Fetus 4.0
Асистент акушерського скринінгу
Посібник користувача
OneAPI Base Toolkit допомагає SonoScape оптимізувати продуктивність свого S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant
«Завдяки нашій прихильності незалежним дослідженням і розробкам та інноваціям медичного обладнання, SonoScape із задоволенням заявляє, що наша передова технологія штучного інтелекту на базі архітектури Intel® oneAPI змогла реалізувати свій потенціал для обслуговування медичних закладів у всьому світі».
Фен Найчжан
Віце-президент SonoScape
Акушерський скринінг має ключове значення для зниження материнської та перинатальної смертності; однак звичайні методи акушерського скринінгу вимагають високого рівня медичної експертизи та потребують як часу, так і праці. Щоб вирішити ці проблеми, SonoScape запустила розумну систему акушерського скринінгу на основі штучного інтелекту (AI) та інших технологій. Система автоматизує виведення результатів скринінгу шляхом автоматичного розпізнавання структури, вимірювання, класифікації та діагностики, щоб значно підвищити ефективність і зменшити навантаження на лікарів.¹
S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant 2 використовує глибоке навчання для створення інтелектуальної робочої моделі на основі сценарію, яка дозволяє лікарям виконувати сонографію без необхідності вручну керувати обладнанням і забезпечує динамічне отримання стандартних площин у реальному часі та автоматичне вимірювання біометрії плода. і індекс зростання, перший у галузі. Мета Sonoscape — спростити робочі процеси акушерського скринінгу та полегшити пацієнткам отримання допомоги. Щоб підвищити продуктивність, SonoScape використовував базовий набір інструментів Intel® oneAPI для крос-архітектурної розробки та оптимізації для прискорення обробки мультимодальних даних. Завдяки платформі на основі процесора Intel® Core™ i7 продуктивність була збільшена приблизно в 20 разів 3 при досягненні вищої ціни, масштабованості між архітектурами та гнучкості.
фон: Застосування та проблеми ультразвукової діагностики в акушерських дослідженнях
Діагностичне ультразвукове дослідження – це метод, за допомогою якого ультразвук використовується для вимірювання даних і морфології фізіології пацієнта або структури тканини для виявлення захворювань і надання медичних рекомендацій. 4 Завдяки безпеці, неінвазивності, економічності, практичності, повторюваності та широкій адаптивності ринок діагностичного ультразвукового обладнання швидко зростає. Згідно з даними Fortune Business Insights, розмір глобального ринку діагностичного ультразвукового обладнання становив 7.26 мільярда доларів США в 2020 році, і очікується, що він досягне 12.93 мільярда доларів США до кінця 2028 року, що представляє сукупний річний темп зростання (CAGR) 7.8% . 5
Хоча 2D ультразвукове дослідження є незамінним для діагностики акушерських та гінекологічних захворювань (особливо під час внутрішньоутробного дослідження плода), звичайні методи УЗД значною мірою покладаються на досвід сонографіста. Оскільки весь процес потребує трудомістких і кваліфікованих ручних операцій, ультразвукове дослідження створює проблеми для лікарень у невеликих громадах і менш розвинених районах, які мають обмежений доступ до медичних технологій.
Для вирішення цих проблем компанія SonoScape розробила інтелектуальне діагностичне ультразвукове рішення на основі технологій ШІ, які здатні класифікувати, виявляти та сегментувати різноманітні анатомічні структури з ультразвукових зображень за допомогою алгоритмів глибокого навчання, представлених згортковими нейронними мережами (CNN). 6 Однак сучасне діагностичне ультразвукове рішення стикається з кількома проблемами:
- Обладнання вимагає значного втручання користувача та має властиві затримки, наприклад, коли оператор повинен адаптуватися до різних операційних процедур під час перемикання між режимами.
- Вимоги до обчислювальної потужності зростають із ускладненням алгоритмів ШІ. Ці алгоритми часто використовують зовнішні прискорювачі, такі як графічні процесори, які збільшують вартість, споживають більше енергії та вимагають додаткового тестування та сертифікації. Постійна оптимізація AI для найкращої продуктивності та взаємодії з користувачем стала ключовим завданням.
SonoScape використовує базу Intel oneAPI Набір інструментів для оптимізації продуктивності S-Fetus 4.0 Асистент акушерського скринінгу
SonoScape S-Fetus 4.0 Асистент акушерського скринінгу
На основі стандартизованого збору та вимірювання зрізів ультразвукового сканування клініцисти можуть використовувати акушерський скринінг для виявлення більшості структурних аномалій плода. Власна технологія SonoScape S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant є першою доступною в усьому світі розумною технологією акушерського скринінгу, заснованою на глибокому навчанні. У поєднанні з ультразвуковими платформами SonoScape P60 і S60 S-Fetus 4.0 здатний розпізнавати зрізи в режимі реального часу під час процесу сонографії, автоматично отримувати стандартні зрізи, автоматичне вимірювання та автоматичну подачу результатів у відповідні секції росту плода. медичного висновку. Маючи першу в галузі інтелектуальну функцію акушерського скринінгу, S-Fetus 4.0 значно вдосконалює звичайні методи взаємодії людини з комп’ютером, надаючи робочу модель на основі інтелектуального сценарію, яка дозволяє лікарям виконувати сонографію без необхідності вручну керувати складним обладнанням, спрощуючи процес сонограми, покращуючи ефективність і зменшуючи навантаження на сонографіста. Ця функція забезпечує ефективний зовнішній контроль якості під час ультразвукового процесу, покращує якість скринінгу та надає додаткові керівні дані в режимі реального часу, щоб допомогти як лікарям, так і пацієнтам.
малюнок 1. Професійний акушерський пристрій SonoScape P60, оснащений S-Fetus 4.0
Використовуючи основні алгоритми, оригінальну архітектуру та крос-архітектурне обладнання, S-Fetus 4.0 досягає фундаментального технічного прориву, який забезпечує розумне, засноване на сценаріях, повне процесне та легко адаптоване рішення для підвищення ефективності роботи та узгодженості лікарів. Комплексні функції, засновані на сценаріях, гарантують, що лікарям не потрібно перемикатися між ручним і інтелектуальним режимами за замовчуванням протягом усього процесу, а звіти можна заповнити одним рухом пальця.
Малюнок 2. Схема процесу S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant
Інтерфейс S-Fetus 4.0 генерує мультимодальні дані відповідно до вимог сценарію, а постобробка виконує реконструкцію, обробку та оптимізацію. Працюючи над реконструйованими та оптимізованими даними, модуль розпізнавання та відстеження ШІ в реальному часі аналізує та виділяє стандартні поверхні. У цьому процесі стандартний поверхневий модуль прийняття рішень і диспетчеризації дотримується попередньо визначеної стратегії для адаптивного вилучення кількісних характеристик, потім виконує кількісний аналіз і автоматично інтегрується в наступні операції.
Під час розробки інженери SonoScape і Intel працювали разом, щоб вирішити кілька завдань:
- Подальша оптимізація продуктивності. Багато відповідних алгоритмів глибокого навчання повинні працювати в тандемі, щоб швидко обробляти завдання, які використовують різні типи даних, і оптимально виконувати завдання, ініційовані користувачем, без затримок. Це призводить до вищих вимог до обчислювальної потужності та оптимізації алгоритмів ультразвукових платформ.
- Вимоги до мобільного додатку. Діагностична ультразвукова система SonoScape із S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant — це мобільна система з обмеженнями загальної потужності
споживання та розмір системи, що ускладнює використання дискретних графічних процесорів. - Розширення між архітектурами для різних сценаріїв. Асистент акушерського скринінгу S-Fetus 4.0 повинен підтримувати міграцію та розширення між кількома архітектурами для роботи в різноманітних складних сценаріях.
Щоб вирішити ці проблеми, SonoScape співпрацює з Intel, щоб оптимізувати роботу штучного інтелекту свого асистента акушерського скринінгу за допомогою базового набору інструментів Intel oneAPI.
Набори інструментів Intel oneAPI
OneAPI — це міжгалузева відкрита уніфікована модель програмування на основі стандартів, яка забезпечує загальний досвід розробника на різних архітектурах для швидшої роботи додатків, більшої продуктивності та більших інновацій. Ініціатива oneAPI заохочує співпрацю над загальними специфікаціями та сумісними реалізаціями oneAPI в екосистемі.
Модель розроблена для спрощення процесу розробки на кількох архітектурах (таких як процесори, графічні процесори, FPGA та інші прискорювачі). Завдяки повному набору міжархітектурних бібліотек та інструментів oneAPI допомагає розробникам швидко й правильно розробляти ефективний код у різнорідних середовищах.
Як показано на малюнку 3, проект oneAPI спрямований на розвиток багатої спадщини Inteltage інструментів CPU та розширити до XPU. Він містить повний набір розширених компіляторів, бібліотек і засобів портування, аналізу та налагодження. Еталонна реалізація oneAPI від Intel — це набір інструментів. Intel oneAPI Base Toolkit for Native Code Developers — це базовий набір високопродуктивних інструментів для створення додатків C++, Data Parallel C++ і додатків на основі бібліотек oneAPI.
Робочі навантаження програм потребують різноманітного апаратного забезпечення
Рисунок 3. Intel oneAPI Base Toolkit
Intel oneAPI Base Toolkit допомагає SonoScape оптимізувати продуктивність свого асистента акушерського скринінгу
Після інтеграції Intel oneAPI Base Toolkit у свою систему компанія SonoScape відзначила кілька шляхів оптимізації.
На апаратному рівні це рішення використовує обчислювальну архітектуру на основі процесора Intel® Core™ i11 7-го покоління, який забезпечує покращену продуктивність, використовує нове ядро та графічну архітектуру, а також забезпечує оптимізацію на основі ШІ для чудової продуктивності для різних навантажень. Оснащений технологією Intel® Deep Learning Boost (Intel® DL Boost), процесор забезпечує потужну підтримку механізмів ШІ та покращену продуктивність для складних навантажень, таких як ШІ та аналіз даних.
Процесори Intel Core 11-го покоління також мають інтегровану графіку Intel® Iris® Xe, що дозволяє використовувати цей інтегрований GPU для робочих навантажень. Він може підтримувати широкий спектр типів даних і має архітектуру з низьким енергоспоживанням.
Послідовність обробки даних рішення показана нижче (рис. 4). Оснащена ядрами, оптимізованими для роботи з інтенсивними навантаженнями даних, графіка Intel Iris Xe відповідає за процеси розпізнавання та відстеження в реальному часі, а також за реалізацію високочастотного виконання в режимі реального часу (кожен кадр зображення має бути оброблений або інтелектуально виведений). .
Процесор Intel Core i7 обробляє стандартне прийняття рішень і диспетчеризацію; адаптивне виділення ознак розділу, кількісний аналіз та інші процеси; а також виконання операційної логіки та висновків ШІ під час простою. Мультимодальний модуль оптимізації та обробки даних, який інтенсивно обробляє дані та відповідає за логічний висновок, був оптимізований у п’яти ключових аспектах за допомогою oneAPI Toolkit. Після оптимізації асистент акушерського скринінгу SonoScape може гнучко використовувати всі ресурси процесора та iGPU, забезпечуючи підвищену продуктивність для задоволення оперативних вимог і покращення досвіду пацієнта.
SonoScape і Intel зосередилися на оптимізації та тестуванні продуктивності наступної платформи:
Рисунок 4. Архітектура асистента акушерського скринінгу SonoScape
Комплексна оптимізація продуктивності за допомогою програмних засобів Intel
Оптимізація №1: спочатку SonoScape використовував Intel® VTune™ Profiler для аналізу свого робочого навантаження. Професіоналfiler може швидко виявити вузькі місця навантажень ЦП і ГП і надати відповідну інформацію. Як показано на малюнку нижче, векторна обробка повністю використовує високу пропускну здатність інструкцій Intel і підтримує паралельну обробку даних для швидкого підвищення продуктивності порівняно зі скалярними операціями.
Рисунок 5. Скалярна обробка проти векторної обробки
SonoScape також використовував компілятор DPC++ у наборі інструментів oneAPI для перекомпіляції свого коду та створення векторних інструкцій для підвищення продуктивності, зменшивши швидкість обробки робочого навантаження зі 141 мс до лише 33 мс⁷.
Оптимізація №2. Одного разу VTune Pro виявив вузькі місця продуктивностіfiler, SonoScape замінив їх на API від Intel® Integrated Performance Primitives
(Intel® IPP), багатоплатформна бібліотека програмного забезпечення функцій, яка включає прискорювачі для обробки зображень, обробки сигналів, стиснення даних, механізми шифрування та інші програми. Intel IPP можна оптимізувати для процесорів, щоб розблокувати найновіші функції платформ архітектури Intel (наприклад, AVX-512) для підвищення продуктивності додатків.
наприкладample, функції ippsCrossCorrNorm_32f і ippsDotProd_32f64f можуть підвищити продуктивність, видаливши обчислення дворівневих циклів і цикли множення/додавання. Завдяки такій оптимізації SonoScape вдалося ще більше підвищити швидкість обробки робочого навантаження з 33 мс до 13.787 мс⁷.
Оптимізація №3. Розроблена компанією Intel бібліотека комп’ютерного бачення з відкритим кодом (OpenCV) OpenCV може використовуватися для розробки програм обробки зображень у реальному часі, комп’ютерного зору та розпізнавання образів, а також підтримує використання Intel IPP для прискореної обробки⁸.
Завдяки заміні функцій OpenCV у вихідному коді функціями IPP рішення добре масштабується у сценаріях великомасштабних даних і добре працює на всіх поколіннях платформ Intel.
Оптимізація №4. Асистент акушерського скринінгу S-Fetus 4.0 від Sonoscape також використовує інструмент сумісності Intel® DPC++ для ефективного перенесення існуючого коду CUDA на DPC++, забезпечуючи сумісність між архітектурами та мінімізуючи час, необхідний для міграції. Як показано на малюнку 6, інструмент надає потужні інтерактивні функції, щоб допомогти розробникам перенести код CUDA, включаючи код ядра та виклики API. Інструмент може автоматично перенести 80-90 відсотків⁹ коду (залежно від складності) і вставити коментарі, щоб допомогти розробникам завершити ручний етап процесу міграції. У цьому прикладі майже 100 відсотків коду було автоматично переміщено у зручний для читання спосіб.
Рисунок 6. Діаграма робочого процесу інструменту сумісності Intel DPC++
Після завершення цих оптимізацій продуктивність SonoScape S-Fetus 4.0, що працює на гетерогенній платформі на основі Intel oneAPI DPC++, зросла майже в 20 разів порівняно з базовими даними продуктивності, записаними до оптимізації, як показано на малюнку 7⁷.
Оптимізація часу мультимодального робочого навантаження (мс менше, тим краще)
Рисунок 7. Підвищення продуктивності за допомогою базового інструментарію Intel oneAPI⁷
(Базова лінія: код до оптимізації; Оптимізація 1: компілятор Intel oneAPI DPC++; Оптимізація 2: Intel IPP використовується для заміни вихідного коду циклу;
Оптимізація 3: Intel IPP використовується для заміни функцій OpenCV; Оптимізація 4: виконання CPU + iGPU після міграції CUDA)
Результат: чудова продуктивність і масштабованість між архітектурами
Завдяки використанню процесорів Intel Core i7 із інтегрованою графікою Intel Iris Xe для забезпечення основної обчислювальної потужності та гетерогенної платформи Intel oneAPI для оптимізації асистент акушерського скринінгу SonoScape зміг збалансувати продуктивність, економічну ефективність і масштабованість на кількох платформах.
- Продуктивність. Використовуючи процесори Intel XPU і набори інструментів Intel oneAPI, асистент акушерського скринінгу SonoScape зміг реалізувати до 20-кратного підвищення продуктивності порівняно з неоптимізованими системами, заклавши міцну основу для ефективного ультразвукового діагностичного акушерства⁷.
- Економія коштів. Виконуючи комплексну оптимізацію та використовуючи потужну продуктивність і гнучку архітектуру процесора Intel Core i7, SonoScape потребує лише ресурсів CPU та iGPU для досягнення цільової продуктивності. Ці апаратні спрощення зменшують вимоги до джерела живлення, розсіювання тепла та простору. Рішення тепер можна встановити на меншому діагностичному ультразвуковому обладнанні для більш гнучких варіантів конфігурації. Інтеграція ресурсів CPU та iGPU також забезпечує більш тривалий час роботи батареї, а також вищу масштабованість і надійність.
- Гетерогенна масштабованість. Рішення підтримує уніфіковане програмування на різнорідному апаратному забезпеченні, такому як центральні процесори та iGPU, покращує ефективність розробки крос-архітектурного програмування та забезпечує гнучке виконання помічників акушерського скринінгу на різних апаратних конфігураціях, забезпечуючи безперебійну роботу користувача
досвід.
Outlook: прискорена інтеграція штучного інтелекту та медичних програм
Інтелектуальний діагностичний ультразвук є ключовим застосуванням інтеграції штучного інтелекту та медичних технологій, що допомагає зменшити навантаження на лікаря та підвищити швидкість медичних процесів¹⁰. Щоб полегшити використання штучного інтелекту та медичних додатків, Intel співпрацює з такими партнерами, як SonoScape, для прискорення цифрових інновацій за допомогою архітектури XPU, що складається з центральних процесорів, iGPU, виділених прискорювачів, FPGA та програмних і апаратних продуктів, таких як модель програмування oneAPI в медична промисловість.
«Базовий інструментарій Intel® oneAPI допоміг нам оптимізувати ключові модулі ефективним чином, реалізувавши 20⁷ підвищення продуктивності та уніфіковану розробку на крос-архітектурних платформах XPU. Завдяки технологіям Intel наш асистент акушерського скринінгу досяг прориву в плані продуктивності та масштабованості та тепер може надати більш ефективні засоби інтелектуальної акушерської діагностики, щоб допомогти медичним установам перейти від звичайного ультразвуку до інтелектуального ультразвуку та допомогти лікарям
у точній та ефективній роботі для покращення результатів пацієнтів».
Чжоу Гуої
Керівник науково-дослідного центру медичних інновацій SonoScape
Про SonoScape
Заснована в 2002 році в Шеньчжені, Китай, SonoScape взяла на себе зобов’язання «Турбота про життя через інновації», надаючи ультразвукові та ендоскопічні рішення. Завдяки безперебійній підтримці SonoScape забезпечує продажі та обслуговування по всьому світу в більш ніж 130 країнах, приносячи користь місцевим лікарням і лікарям завдяки комплексним діагностичним доказам і технічній підтримці. Щороку SonoScape інвестує 20 відсотків загального доходу в дослідження та розробки, щороку виводить на ринок нові медичні продукти та технології. Тепер вона розширюється до семи науково-дослідних центрів у Шеньчжені, Шанхаї, Харбіні, Ухані, Токіо, Сіетлі та Кремнієвій долині. Для отримання додаткової інформації відвідайте наш офіційний сайт webсайт www.sonoscape.com.
Про Intel
Intel (Nasdaq: INTC) є лідером у галузі, створюючим технологію, що змінює світ, що забезпечує глобальний прогрес і збагачує життя. Натхненні законом Мура, ми безперервно працюємо над розробкою та виробництвом напівпровідників, щоб допомогти вирішувати найбільші виклики наших клієнтів. Впроваджуючи інтелект у хмару, мережу, периферію та будь-які види обчислювальних пристроїв, ми розкриваємо потенціал даних, щоб трансформувати бізнес і суспільство на краще. Щоб дізнатися більше про інновації Intel, перейдіть на сторінку newsroom.intel.com і intel.com.
Рішення надано:
- Твердження про підвищення ефективності на 50% ґрунтується на даних оцінки після клінічної оцінки 18 лікарів середнього та старшого досвіду в 5 медичних установах після 1 місяця.
Заявка про зменшення робочого навантаження на 70% на основі оцінки необхідних кроків для завершення медичного огляду за допомогою стандартних операційних процедур порівняно з S-Fetus. - Для отримання додаткової інформації про S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant див https://www.sonoscape.com/html/2020/exceed_0715/113.html
- Результати тестування надані SonoScape. Тестова конфігурація: процесор Intel® Core™ i7-1185GRE @ 2.80 ГГц, графіка Intel Iris® Xe @ 1.35 ГГц, 96EU, Ubuntu 20.04, компілятор Intel® oneAPI DPC++/C++, інструмент сумісності Intel® DPC++, бібліотека Intel® oneAPI DPC++, Intel ® Integrated Performance Primitives, Intel® VTune™ Profiler
- Уеллс, PNT, «Фізичні принципи ультразвукової діагностики». Медична та біологічна інженерія 8, № 2 (1970): 219–219.
- https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/ultrasound-equipment-market-100515
- Shengfeng Liu та ін., «Глибоке навчання в медичному ультразвуковому аналізі: реview.” Техніка 5, № 2 (2019): 261–275
- Результати тестування надані SonoScape. Перегляньте резервну копію для тестування конфігурацій.
- https://en.wikipedia.org/wiki/OpenCV
- https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/heterogeneous-programming-using-oneapi.html
- Луо, Дандан та ін., «Підхід до пологового ультразвукового сканування: техніка одним дотиком у другому та третьому триместрах». Ultrasound Med Biol. 47, № 8 (2021): 2258–2265.
https://www.researchgate.net/publication/351951854_A_Prenatal_Ultrasound_Scanning_Approach_One-Touch_Technique_in_Second_and_Third_Trimesters
Резервне копіювання
Тестування проведено SonoScape станом на 3 вересня 2021 р. Тестова конфігурація: процесор Intel® Core™ i7-1185GRE @ 2.80 ГГц, із або без графіки Intel Iris® Xe @ 1.35 ГГц, 96EU, Ubuntu 20.04, Intel® oneAPI
Компілятор DPC++/C++, інструмент сумісності Intel® DPC++, бібліотека Intel® oneAPI DPC++, інтегровані примітиви продуктивності Intel®, Intel® VTune™ Profiler
Повідомлення та застереження
Продуктивність залежить від використання, конфігурації та інших факторів. Дізнайтесь більше на www.Intel.com/PerformanceIndex
Результати продуктивності базуються на тестуванні на дати, вказані в конфігураціях, і можуть не відображати всі загальнодоступні оновлення. Дивіться резервне копіювання для деталей конфігурації. Жоден продукт чи компонент не може бути абсолютно безпечним.
Ваші витрати та результати можуть відрізнятися.
Для технологій Intel може знадобитися ввімкнене обладнання, програмне забезпечення або активація служби.
Intel відмовляється від усіх явних і непрямих гарантій, включаючи, без обмежень, непрямі гарантії придатності для продажу, придатності для певної мети та непорушення прав, а також будь-які гарантії, що випливають із ходу роботи, поведінки чи використання в торгівлі.
Intel не контролює та не перевіряє дані третіх сторін. Вам слід звернутися до інших джерел, щоб оцінити точність.
© Корпорація Intel. Intel, логотип Intel та інші знаки Intel є товарними знаками корпорації Intel або її дочірніх компаній. Інші назви та бренди можуть бути визнані власністю інших.
0422/EOH/MESH/PDF 350912-001US
Документи / Ресурси
 |
intel oneAPI Base Toolkit допомагає SonoScape оптимізувати продуктивність свого S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant [pdfПосібник користувача OneAPI Base Toolkit допомагає SonoScape оптимізувати продуктивність свого S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant, S-Fetus 4.0 Obstetric Screening Assistant, Obstetric Screening Assistant, Screening Assistant, Assistant |
