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AI,加速運算推動個人化醫療轉型
 

【作者: NVIDIA】   2020年01月02日 星期四

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NVIDIA加大對GPU加速基因組學的投入,在醫療影像AI領域創造了多個「第一」。


在NVIDIA的深度學習和加速運算技術的幫助下,基因組學將有望成為主流。


自2003年首次對人類基因組進行定序以來,整個基因組定序流程的成本就一直在下降,而且下降的速度遠快於摩爾定律所預測的速度。從新生兒基因組定序到開展全國人口基因組計劃,該領域正在蓬勃發展,並且日趨個人化。


定序技術的進步引發了基因組數據的爆炸式增長。序列數據總量每七個月增加一倍。速度驚人到2025年基因組學產生的數據量可能比其他大數據源(例如天文學、Twitter 和YouTube)數據量總和的 10 倍還多,達到兩位數的艾位元組。


各種新的定序系統,比如全球最大的基因組學研究集團—華大集團的DNBSEQ-T7等正在推動這項技術的廣泛應用。該系統每天可以生成高達60個基因組,相當於6TB的數據。


憑藉華大集團的流動池技術的發展以及一對NVIDIA V100 Tensor Core GPU所提供的加速,DNBSEQ-T7的定序速度提高了50倍,讓它成為迄今為止吞吐量最高的基因組定序器。


隨著成本的下降和定序時間的縮短,這項技術的應用範圍正在擴大,例如在分秒必爭的重症監護室為新生兒進行定序。


解決基因組分析瓶頸:GPU加速GATK


圖一 : NVIDIA Parabricks GPU加速的GATK(source: NVIDIA)
圖一 : NVIDIA Parabricks GPU加速的GATK(source: NVIDIA)

基因組學界繼續不斷地從DNA中獲得新的洞察。近期所取得的突破包括通過單細胞定序了解細胞水平的突變以及使用循環血DNA檢測和監測癌症的液體活檢。


但一直以來,基因組分析都是定序流程中的運算瓶頸,而使用GPU加速可以解決這一瓶頸。


NVIDIA創辦人暨執行長黃仁勳於今日在GTC China上告訴大家,Parabricks團隊(一家總部位於密西根州安阿伯市的基因組學GPU軟體開發公司)已加入 NVIDIA 的醫療團隊,一同制定針對關鍵基因組分析流程的持續GPU加速方案。


通過與華大集團合作,Parabricks的軟體可以在一小時內完成全基因組的分析。華大集團使用一台內置 8 個 NVIDIA T4 Tensor Core GPU 的伺服器,證明了可以通過提高吞吐量將基因組定序成本降至 2 美元,這還不到現有系統成本的一半。


智慧醫療設備讓你事半功倍

整個醫療行業都在發明新的醫療設備。上海聯影醫療科技有限公司已推出兩款首次首創的醫療設備。uEXPLORER 是全球首台全身 PET-CT 掃描儀,對患者的全身進行靜態掃描。它先進的功能,讓設備能夠快速,連續追?分佈在整個人體內的追?劑。


圖二 : 全身PET/CT圖像來自uEXPLORER(source:聯影提供)
圖二 : 全身PET/CT圖像來自uEXPLORER(source:聯影提供)

由於能夠拍攝全身,uEXPLORER大大延長了掃描時間。與掃描時間長達20分鐘以上的傳統系統參考,該設備只需30秒即可完成掃描,而且圖像質量非常出色。劑量方面樹立了新的標竿。成像所需的劑量約為常規劑量的1/50,而且不會影響圖像質量。


該系統已經通過FDA批准,它採用了16個NVIDIA V100 Tensor Core GPU和8個Mellanox 56GB/s無限帶寬技術(InfiniBand)網路鏈接來處理類似電影的掃描工作,這可能需要處理多個1TB的數據。美國加州大學戴維斯分校已經開始使用該系統。該校的科學家們幫助設計了該系統。《自然》雜誌上也登載了關於該系統的文章。YouTube 上已有近50萬觀眾觀看了該主題的相關視頻。


聯影的另一個開創性系統—uRT-Linac,是首個支援從檢測到預防,全套放射治療的套裝儀器。


有了這套系統,對於那些居住在偏遠地區,就醫不便的患者而言,他們只是來到醫院一次,就可以接受診斷測試和治療。uRT-Linac結合了CT成像,AI處理技術來協助放射治療系統制定與模擬治療方案。通過多模態技術和AI,聯影改變了癌症治療的性質。


未來,越來越多的智慧醫療設備將使用AI增強信號和圖像處理,優化工作流程以及分析數據。


我們能看到的有能力感知患者何時處於危險狀態的患者監護儀,並且可以在手術過程中為外科醫生提供指導的智能內窺鏡。毫不誇張地說,未來,醫院中的每個傳感器都將具有AI所帶來的功能。


Clara AGX包含基於NVIDIA Xavier SoC和Volta Tensor Core GPU的硬體以及Clara AGX 軟體開發套件,它能夠提高醫療行業的智慧化和個人化程度的智慧醫療設備變得更加廣泛普及。


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