PowerEdge: Používání rozsáhlého hlubokého učení pro lékařské zobrazování

Popisný řádek: 

Nová sada nástrojů NVIDIA Clara AI Toolkit umožňuje vývojářům vytvářet a nasazovat lékařské zobrazovací aplikace a vytvářet inteligentní přístroje a automatizované pracovní postupy ve zdravotnictví.

V dnešních nemocnicích se lékařští zobrazovací technici předhánějí, aby udrželi krok s pracovní zátěží vyplývající z rostoucího používání CT skenů, MRI skenů a dalších zobrazovacích vyšetření používaných v diagnostických procesech. Ve velkém nemocničním systému může být nyní relativně malý počet techniků zasažen stovkami nebo dokonce tisíci skenů za jediný den. Aby tito přepracovaní technici udrželi krok s objemem, potřebují nástroje, které jim pomohou s procesem analýzy složitých snímků, identifikací těžko detekovatelných abnormalit a vyhledáváním indikátorů onemocnění.

Zdravotnická zařízení se stále více spoléhají na umělou inteligenci, aby tyto potřeby vyřešila. Díky technologiím hlubokého učení lze nyní systémy umělé inteligence vytrénovat tak, aby sloužily jako digitální asistenti, kteří převezmou část těžké práce, která je spojena s pracovními postupy lékařského zobrazování. Nejedná se o využití umělé inteligence k nahrazení vyškolených profesionálů. Jde o využití umělé inteligence k zefektivnění pracovních postupů, zvýšení efektivity a pomoci zpracovatelům identifikovat případy, které vyžadují jejich okamžitou pozornost. Nemocniční IT oddělení musí vytvořit strategii, aby byla jejich infrastruktura připravena na umělou inteligenci. Společnost NVIDIA a American College of Radiology se spojily, aby umožnily tisícům radiologů vytvářet a používat umělou inteligenci ve svých vlastních zařízeních, s vlastními daty a v rozsáhlé síti tisíců nemocnic.

Jednou z těchto sad nástrojů řízených umělou inteligencí je NVIDIA Clara AI, otevřená, škálovatelná výpočetní platforma, která umožňuje vývoj lékařských zobrazovacích aplikací pro hybridní (vestavěná, místní nebo cloudová) výpočetní prostředí. Díky možnostem umělé inteligence NVIDIA Clara mohou nemocnice vytvářet inteligentní přístroje a automatizovat zdravotnické postupy.

Sada nástrojů Clara AI Toolkit

S cílem pomoci organizacím s nasazením umělé inteligence Clara nabízí společnost NVIDIA sadu Clara Deploy SDK. Tato sada pro vývoj softwaru zabalená v Helmu zahrnuje kolekci kontejnerů NVIDIA GPU Cloud (NGC), které spolupracují a poskytují komplexní pracovní postup zpracování lékařských snímků v Kubernetes. Obrazy kontejnerů NGC jsou optimalizovány pro systémy akcelerované pomocí grafických karet NGC Ready, jako jsou Dell EMC PowerEdge™ C4140 a Dell EMC PowerEdge™ R740xd.

Kontejnery Clara AI zahrnují knihovny akcelerované GPU pro výpočty, grafiku a umělou inteligenci; příklady aplikací pro zpracování a vykreslování obrazu; a výpočetní pracovní postupy pro CT, MRI a ultrazvuková data. Tyto funkce využívají Docker a Kubernetes k orchestraci pracovních postupů lékařských snímků a připojení k PACS (systémy archivace a komunikace obrázků) nebo škálování aplikací lékařských přístrojů.
 
 
Obrázek 1 Architektura Clara AI Toolkit

Sada nástrojů Clara AI Toolkit odstraňuje překážky bránící zavedení umělé inteligence do pracovních postupů při lékařském zobrazování. Sada Clara AI Deploy SDK obsahuje:

• Rozhraní adaptéru DICOM pro příjem dat pro komunikaci s nemocničním systémem PAC
• Základní služby pro orchestraci a správu zdrojů pro nasazení a vývoj pracovních postupů
• Referenční aplikace AI, které lze používat s uživatelsky definovanými daty tak, jak jsou, nebo je lze upravovat pomocí algoritmů definovaných uživatelem AI.
• Vizualizační funkce pro sledování průběhu a zobrazení výsledků

Serverové platformy pro sadu nástrojů

Pro organizace, které chtějí využít umělou inteligenci NVIDIA Clara, poskytuje společnost Dell EMC robustní, graficky akcelerované serverové platformy, které podporují sadu nástrojů Clara AI Toolkit – rackový server Dell EMC PowerEdge™ R740xd a rackový server Dell EMC PowerEdge™ C4140.

Server PowerEdge R740xd nabízí vyváženou škálovatelnost a výkon úložiště. Díky podpoře disků NVMe a grafických karet NVIDIA je tato dvousocketová platforma s výškou 2U připravena na požadavky Clara AI a lékařských zobrazovacích úloh. Server PowerEdge C4140 je rackový server s výškou 1U, optimalizovaný akcelerátorem, navržený pro nejnáročnější úlohy. Tento mimořádně hustý dvousocketový server podporuje čtyři grafické karty a je navržen s ohledem na výzvy kognitivních úloh, jako je umělá inteligence, strojové učení a hluboké učení.

V laboratoři HPC a AI Innovation Lab společnosti Dell EMC jsme použili sadu nástrojů Clara AI Toolkit s orgánovou segmentací CT a CT segmentací jater na našich serverech s akcelerací pomocí grafických karet a systémem Red Hat Enterprise Linux. Pro tyto testy jsme shromáždili data z CT břicha, sérii 2D lékařských snímků, z NIH Cancer Image Archive https://www.cancerimagingarchive.net/. Použili jsme nástroje v sadě nástrojů Clara AI Toolkit k provedení pracovního postupu, který nejprve převede řadu DICOM pro požití a identifikuje jednotlivé orgány z CT skenu (segmentace orgánů).

Dále může pracovní postup použít tyto segmentované orgány jako vstup k identifikaci jakýchkoli abnormalit. Po dokončení analýzy systém vytvoří anotované 3D vykreslování objemů MetaIO, které lze prohlížet na serveru Clara Render Server, a soubory DICOM, které lze porovnávat vedle prohlížeče lékařských snímků, jako je ORTHANC nebo Oviyam2. Nástroje v sadě Clara AI Toolkit poskytují výchozí bod pro použití v lékařských zobrazovacích prostředích, která chtějí využít sílu umělé inteligence.
 

 
 
Obrázek 2: Prohlížeč Oviyam2 demonstrující vedle sebe zpracované snímky Clara AI a původní CT skeny

Clara AI v praxi

Zatímco Clara AI je relativně nová nabídka, byla spuštěna v březnu, s obecnou dostupností v červnu, podle NVIDIA se platforma již používá v některých významných lékařských institucích, včetně Ohio State University, National Institutes of Health a University of California v San Franciscu.

Vědci z National Institutes of Health Clinical Center a NVIDIA použili Clara AI k vývoji metody zobecnění domény pro segmentaci prostaty z okolní tkáně na MRI. Blog NVIDIA poznamenává, že lokalizovaný model "dosáhl výkonu podobného radiologovi a překonal ostatní nejmodernější algoritmy, které byly trénovány a vyhodnocovány na datech ze stejné domény".

Jak ukazují tito první uživatelé, NVIDIA Clara AI je platforma, která může potenciálně přinést velkou hodnotu organizacím, které chtějí využít umělou inteligenci k umožnění rozsáhlého hlubokého učení pro lékařské zobrazování.
 

 
 
Obrázek 3: Onemocnění na segmentovaných játrech identifikovaná sadou Clara AI Toolkit

Další informace:

Chcete-li se podrobněji podívat na možnosti NVIDIA Clara, projděte si následující odkazy:

• Stránka ke stažení Clara AI Toolkit:
  • https://developer.nvidia.com/clara-medical-imaging 
• Technický blog pro vývojáře:
  • https://devblogs.nvidia.com/annotate-adapt-model-medical-imaging-clara-train-sdk/
• Novinky pro vývojáře:
  • https://news.developer.nvidia.com/nvidia-clara-train-sdk-now-available/
• Platforma NVIDIA Clara:
  • https://news.developer.nvidia.com/nvidia-clara-platform-augmenting-radiology-with-ai/

Článek napsali John Lockman a Rakshith Vasudev z týmu společnosti Dell na konferenci Dell EMC HPC and AI Innovation Lab v červenci 2019