NVIDIA于GTC 21发表Clara Holoscan医学AI方案与全新Orin运算平台,强化医学影像处理与新药研发

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NVIDIA在2021年秋季GTC大会中,发表Clara Holoscan医疗影像解决方案,并大幅拓展GPU在医学领域应用的多种可能性。

透过AI强化医疗影像

NVIDIA推出的Clara Holoscan是套具有可扩展、软体定义、点到点资料流处理等特色的医疗影像解决方案,能够无缝连接医疗设备与边缘运算伺服器,并透过AI微服务(AI Microservices)的型式执行低延迟应用程式,协助开发人员整合超音波、核磁共振等多种摄影技术,并搭配AI模型,加速产生即时、高画质的影像。能够为机器人辅助手术、放射治疗等医疗行为提供即时、视觉化的预测资料,协助临床医生进行决策。

Holoscan方案具有下列功能,可以加速各阶段工作速度

Clara Holoscan可扩展的架构特性,让它能在NVIDIA认证边缘服务器或是到数据中心、云端的NVIDIA DGX超级电脑中运作,并提供运算效能、输出入装置等规格的调整弹性,以满足每个医疗院所对延迟、成本、空间、电力消耗和频宽的不同需求。

Clara Holoscan采用全新的NVIDIA Orin运算平台作为运算核心,它搭载Arm Cortex-A78AE处理器与与GeForce RTX 30系列相同的NVIDIA Ampere架构GPU,具有32GB、频宽达204GB/s的记忆体,具有6倍于Jetson AGX Xavier的效能。能够支援平行运算多个人工智慧应用程式,能够用于部署最大型、最复杂的模型,借此解决自然语言理解、3D感知能力和多感测器融合等问题,除了适合应用于医学影像处理外,也可应用于自驾车或是机器人等领域。

Clara Holoscan是采用NVIDIA AI加速运算硬体的医疗影像解决方案。

它能应用于机器人手术、电脑断层、X光摄影等领域。

Holoscan以RTX A6000为运算核心,并可连接多种医疗专业撷取卡与感应器。

Orin是NVIDIA最新推出的运算平台,除了应用在Holoscan,也会推出车用、机器人用的对应产品,以及Jetson AGX Orin开发套件。

▲两个 NVIDIA DRIVE Orin SoC 提供了备援(Redundancy)和故障转移的安全性,并且为 Level 4 自动驾驶和智慧驾驶座功能提供充足的运算能力。

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透过AI协助癌症治疗与新药研发

NVIDIA在GTC中说明了与多间医疗机构进行的合作工作,例如与德州大学安德森癌症中心(The University of Texas MD Anderson Cancer Center)合作,透过NVIDIA DGX系统强大的AI效能,协助医生分析癌症治疗所需的放射线摄影医学影像(笔者注:应指电脑断层、核磁共振或正子摄影等),并预测败血症等并发症,改善患者护理以及预后。

AI系统也能在追踪放射治疗协助医生描绘肿瘤轮廓(Contouring),以利在治疗过程中降低医生负担,让医院能为更多患者提供治疗。另一方面,这种技术也能用于核磁共振辅助放射治疗(MRI-Assisted Radiosurgery),利用AI模型搭配先进的GPU技术,协助治疗过程中的放射线能更精准聚焦至癌细胞上,而不会伤害邻近的组织,也能帮助临床医生判断是否需要额外治疗,以及术后如何照护患者。

另一方面,虚拟筛选是现今药物研发的一大支柱,这种技术可以模拟化学物质和蛋白质之间原子力的分子动力学,用于寻找会结合并抑制蛋白质在疾病中作用的化学物质。由于原子力取决于分子的3D结构,但透过X光晶体学和低温电子显微技术研究的话,只能解码人体中25,000种人体蛋白质17%的,若缺少人体蛋白质的3D结构资讯就为大幅降低电脑辅助药物研发的成效。

今年 AlphaFold和RossettaNet的研究人员讯练AI从胺基酸序列预测蛋白质 的3D结构,大幅加速繁琐的蛋白质解码过程,一夜之间DeepMind解码了超过20,000种人体蛋白质,现在数以亿计的动物、植物和细菌蛋白质都可以进行解码。

NVIDIA和加州理工学院的研究人员使用机器学习方法训练神经网路,取代分子模拟中成本高昂的原子力量子计算,让模拟效率提升了1,000倍,增进新药开发的速度。

新创公司Entos也透过NVIDIA Clara Discovery,以AI方式进行分子模拟,不但能加快分子特性预测的速度达1,000倍,模型也只需要原本1/30的训练资料就能达到相同的准确度,并只需要原先开发过程中1/100的实验次数,能够降低药物开发的复杂性与花费时间。

Entos目前的研究领域包含癌症、糖尿病和囊肿性纤维化,其中1项前景看好、用于癌症标靶治疗的药物,概念为建立药物分子与目标蛋白质的共价键分子,让药物只对癌细胞产生作用,以最小化剂量与副作用。

NVIDIA也与多间医疗机构合作拓展AI在医学的应用。

此外AI也能用于模拟蛋白质3D结构与化学物质的互动,在研发新药派上用场。

透过AI的协助,化学物质与蛋白质3D结构的研究将有望迎来爆发性成长。

新创公司Entos借由AI模拟的方式加速新药研究的速度。

NVIDIA表示目前已有许多医疗设备公司研发AI与机器人手术等创新技术, NVIDIA的AI加速运算平台将能在机器人手术、移动式电脑断层扫描等应用领导域贡献所长。

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