在医疗健康领域,AI正扮演越来越重要的角色。

在AI技术的助力下,医生只需几个小时,就能完成人类DNA的测序工作,并根据氨基酸序列预测DNA的三维结构;研究人员可使用计算机生成新的候选药物,还能完成新药物对目标疾病的疗效测试。

这是在本周举行的英伟达(NVIDIA)GTC大会期间,英伟达创始人兼CEO黄仁勋在其主题演讲中分享的“AI+医疗”相关进展。

在他看来,数字生物学的革命尤为引人瞩目,AI加速了DNA测序、蛋白质结构预测、新型药物合成和虚拟药物测试。过去几年,AI药研初创公司获得了超400亿美元的投资,数字生物学革命的条件已经成熟。

“这将是NVIDIA AI迄今为止最伟大的使命。”黄仁勋说。

从底层硬件系统到软件平台,英伟达不断扩展其在医疗健康领域的布局,为该领域的计算优化提供算力与算法的双重支撑。

在此基础之上,3月23日,英伟达又推出一款新型AI计算平台,算力可达到254-619TOPS,以满足医疗设备行业对部署AI应用的需求。

一、将AI技术加速引入医疗健康

近年来,越来越多的医疗设备公司开始将AI及机器人技术融入到医疗设备中,为医生诊疗及生物医学研究提供动力。

为此,英伟达在四年前推出了专为医疗成像设计的Clara超级计算机平台,它能基于现有医疗设备,优化影像采集与重建、对象检测和分割以及可视化能力,实现更高的医疗成像保真度。

利用NVIDIA Clara软件开发套件(SDK),开发者可轻松在其GPU平台上部署医疗成像相关的AI、可视化或计算密集型应用。英伟达还打造了用于医学成像的迁移学习工具包,以便医生根据患者情况定制和调整AI应用程序。

针对“AI+医疗”领域极为关键的安全隐私问题,英伟达与英国伦敦国王学院合作开发了针对医疗健康领域优化的开源AI框架MONAI。它基于PyTorch,可通过行业特定的数据处理、高性能训练工作流程、先进的可复现参考实现,优化医疗成像中的AI开发。

英伟达面向医疗健康行业打造的智能计算平台NVIDIA Clara Holoscan,基于NVIDIA AGX Orin,可将医疗设备与边缘服务器无缝连接,助力开发者在混合计算环境中构建、部署和管理各种AI医疗影像学应用,加速高速I/O、物理处理、图像处理、数据处理、渲染等环节,从而实现更趋近于实时的医疗设备工作流程。

Clara Holoscan SDK专为高性能流式数据应用程序而设计,用于构建新一代软件定义设备。它汇集了预训练模型和可扩展微服务框架,允许在设备和边缘数据中心管理和部署应用程序,开创了行业的软件即服务业务模式。

二、推出新型AI计算平台,算力可达619TOPS

从机器人手术到研究生物学的新方法,外科医生和科学家需要医疗设备逐步发展成为持续传感系统,进而更好地推动疾病的研究和治疗。

2022年3月23日,英伟达发布一个可供医疗设备行业在边缘开发和部署实时AI应用的平台Clara Holoscan MGX,可满足必要的监管标准,符合IEC-62304医疗级规格。

它将Jetson AGX Orin工业级模块、RTX A6000 GPU和ConnectX-7智能网卡整合到一个可扩展的AI平台中,可提供高达每秒254-619万亿次运算的AI性能。

对于高吞吐量设备,ConnectX-7能够提供高达200GbE的带宽以及用于GPU处理的GPUDirect RDMA路径,有助于加快处理速度。

Clara Holoscan MGX平台还集成了最新嵌入式安全模块,该模块包含负责监控关键操作、提供远程软件更新和系统恢复的控制器,以及可实现最先进嵌入式安全的硬件信任根。

此外,该平台提供基于长使用寿命英伟达组件的硬件参考设计、10年的长期软件支持,以及来自嵌入式计算合作伙伴的IEC60601认证报告。

医疗设备制造商可以直接嵌入Clara Holoscan MGX,或将其连接到现有的医疗设备安装平台,从而使开发者能够加速AI部署和监管审批。 

Holoscan开发平台目前向早期体验客户开放,正式上市时间是5月,并将于2023年第一季度完成医疗级准备。

一些大型医疗设备制造商和数十家机器人手术和医学成像初创公司已基于英伟达Clara Holoscan平台进行开发。

三、首批创企用上英国最强超算,推进医疗健康研究

英伟达也在用超级计算机为医疗健康领域的研究提供动力。它建造的英国最快超级计算机Cambridge-1,担起了NVIDIA英国在产学界的AI和医疗健康合作。

Cambridge-1于去年7月正式推出,这是一个由NVIDIA DGX A100系统、BlueField-2 DPU和NVIDIA InfiniBand网络提供支持的NVIDIA DGX SuperPOD集群,是世界前50名最快的计算机之一,并100%使用可再生能源。

4家英伟达Inception项目的成员被选为第一批访问Cambridge-1的初创公司,分别是Alchemab Therapeutics、InstaDeep、Peptone、Relation Therapeutics。它们将借助Cambridge-1超算的算力来加速药物发现、基因组测序和疾病研究。

Alchemab Therapeutics在研发对抗癌症等疾病的抗体药物发现引擎,InstaDeep正为下一代疫苗和治疗药物的开发提供AI驱动的决策系统,Peptone在开发一种有助于分析内在无序蛋白质(IDP)或缺乏固定3D结构的蛋白质精确结构的物理引擎Oppenheimer,Relation Therapeutics正使用推荐系统技术来揭示疾病中的因果关系,推进新药研发。

在超级计算机的支撑下,英国制药巨头阿斯利康和英伟达开发了自然语言处理模型MegaMolBART的最新迭代。该模型能利用AI生成新的分子。Transformer化学模型可以使用英伟达NeMo Megatron框架训练拥有超过10亿个参数的化学语言模型。

结语:AI正助力越来越多医疗成像及新药研发创新

从医疗成像、基因组学到新药开发,AI技术在医疗健康领域的覆盖范围和影响逐渐扩大,助力越来越多推动手术、诊断和药物研发进步的突破性研究与前沿创新。

追求“精准”的医疗健康行业,正成为世界上对计算能力需求最大的产业之一,从当前趋势来看,融入AI、机器人技术的医疗设备极有可能成为未来医疗设备的主力。而影像处理和AI加速计算恰恰是英伟达的GPU相关软硬件产品所擅长之处。

这些年来,英伟达不断加大在医疗健康领域的投资力度,GPU已经被应用到几乎所有医疗成像设备中,更多方便开发者及医生使用的AI软件工具及参考应用也在持续更新。我们期待看到在这些软硬件资源的支撑下,科研人员们能挖掘出AI与医疗健康研究结合的更多潜力,改变医疗未来。