人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)正在徹底改變醫(yī)療診斷領(lǐng)域

概述

在Covid 19流行過后，行業(yè)復(fù)興的最大賭注是5G技術(shù)在全球的大規(guī)模實(shí)施。人們普遍預(yù)計(jì)，5G的增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMMB）的速度將達(dá)到4G速度的20倍，超可靠低延遲通信（URLLC）和大規(guī)模機(jī)器型連接（mMTC）將改變世界。5G最重要的應(yīng)用案例之一是其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，涵蓋了遠(yuǎn)程手術(shù)、遠(yuǎn)程病人監(jiān)測(cè)等多種應(yīng)用，具有巨大的商業(yè)潛力。例如，遠(yuǎn)程醫(yī)療市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2017年至2023年以16.5%的年復(fù)合增長率增長，與5G技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用同步。

醫(yī)療行業(yè)本身在技術(shù)上得到了轉(zhuǎn)變，這些年來，現(xiàn)在每天都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。從病人的醫(yī)療記錄到核磁共振、CAT或PET掃描產(chǎn)生的大型圖像文件，一個(gè)病人每天可以產(chǎn)生數(shù)百千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。例如，根據(jù)探測(cè)器面積和像素大小，數(shù)字乳房X光檢查的圖像矩陣可能高達(dá)4800×6000像素，文件大小超過50MBytes。

與此同時(shí)，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）正在徹底改變醫(yī)療診斷領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)影像將大量應(yīng)用于疾病的早期診斷、檢測(cè)和治療。例如，胰腺癌的早期檢測(cè)具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榘┌Y的特異性癥狀只發(fā)生在晚期，而且缺乏一種可靠的篩查工具來識(shí)別高?；颊摺Ｑ芯咳藛T正試圖通過開發(fā)一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN），對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，并利用現(xiàn)有的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，從而找到解決方案。我們當(dāng)然也看到，在嚴(yán)重依賴醫(yī)學(xué)影像和人工智能的健康產(chǎn)業(yè)中，出現(xiàn)了人工智能輔助的工作流程。

印度FastStream Technologies公司正在設(shè)計(jì)的超級(jí)邊緣醫(yī)療SoC（SEMC）就是為了滿足醫(yī)療行業(yè)的這一特定需求。原始設(shè)備制造商和系統(tǒng)設(shè)計(jì)師將能夠利用這種完全集成的邊緣SoC來創(chuàng)建今天無法實(shí)現(xiàn)的解決方案。該SoC解決方案的主要差異化因素之一是，它可以在全5G連接的情況下運(yùn)行，如果需要，它可以在成熟的邊緣模式下運(yùn)行，包括邊緣計(jì)算、邊緣推理、邊緣存儲(chǔ)，甚至是私有邊緣云。

SEMC的主要模塊。

1- 邊緣計(jì)算引擎：8個(gè)Cortex-A78 CPU核心，運(yùn)行頻率高達(dá)3.0 GHz--醫(yī)療設(shè)備的壽命為8-10年，我們已經(jīng)整合了足夠的計(jì)算能力來滿足現(xiàn)在和未來的需求。這也是運(yùn)行未來大型機(jī)器學(xué)習(xí)模型的需要。

RAM- 32 GB，4個(gè)72位（64位+ECC）3.2 GT/s LP DDR4 SDRAM帶ECC的內(nèi)存控制器。

支持4X8 GB 2666 MHz-模塊。

2- 4K/8K視頻處理。4顆Mali-G78第二代高級(jí)GPU基于Mali Valhall架構(gòu)，可實(shí)時(shí)處理4K/8K視頻（最高7680X4320），在巨大的98英寸多顯示器上呈現(xiàn)。

3-邊緣推理處理器：1 X ARM NPU ETHOS-N78 高擴(kuò)展性和高效的第二代ML推理處理器。

4- Private Edge Cloud for Super Storage ： 32條SerDes通道，PCIe Gen4支持高達(dá)16 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。四個(gè)PCIe Gen 4.0 8-lane控制器，使用PCIe Gen4連接，主板將有2個(gè)連接器，用于2個(gè)8TB NVMe PCIe Gen 4 M.2 2280內(nèi)部高性能固態(tài)硬盤（SSD）。在此配置的SSD硬盤上市之前，可以使用容量較低的SSD，最高可達(dá)2TB。

5- 支持96英寸UHD（超高清）顯示器。遠(yuǎn)程手術(shù)需要通過4X HDMI 2.0端口以120 Hz的頻率將高清實(shí)時(shí)視頻投射到大型UHD顯示器上。

6- 5G - 5G連接將通過使用外部第三方調(diào)制解調(diào)器（如Quectel RM500Q-GL）實(shí)現(xiàn)。它是一個(gè)針對(duì)邊緣應(yīng)用優(yōu)化的5G模塊。

7- 安全性。Cortex A-78中的Trust Zone技術(shù)用于運(yùn)行可信賴的啟動(dòng)和可信的操作系統(tǒng)，以創(chuàng)建一個(gè)可信的執(zhí)行環(huán)境（TEE）。典型的使用案例包括保護(hù)認(rèn)證、加密、支付、密鑰材料和數(shù)字權(quán)利管理（DRM）。邊緣云安全是通過SSD內(nèi)置的。硬件：AES 128/256位（XTS、CTR、CBC、ECB模式）、SHA 160/256/512、RSA 2048 SW：TCG支持和Opal 2.0、Pyrite、Sanitize和Crypto Erase。

8- 其他接口：2個(gè)MIPI CSI-2，SD/eMMC，2個(gè)USB 3.0控制器集成PHY，4個(gè)I2C，4個(gè)UART，24個(gè)GPIO，3個(gè)HDMI，Wi-Fi，BT-5.0（醫(yī)療設(shè)備直接連接）

9- 操作系統(tǒng) ： Linux系統(tǒng)

5G使這一切成為可能，它將設(shè)備之間的延遲縮短到幾乎是瞬時(shí)的2毫秒，讓外科醫(yī)生在千里之外也能進(jìn)行手術(shù)，仿佛就在病人身邊。患者的所有醫(yī)療記錄都存儲(chǔ)在外科醫(yī)生的本地邊緣云中，由SSD提供的16TB存儲(chǔ)空間。通過固態(tài)硬盤的PCIe Gen 4連接，可以即時(shí)檢索，并顯示在98英寸的大屏幕上。患者端的所有醫(yī)療過程監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都顯示在外科醫(yī)生的UHD 98英寸顯示器上。

未來，混合現(xiàn)實(shí)（MR）和機(jī)器人手術(shù)也可以通過同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)手術(shù)過程僅由遠(yuǎn)程醫(yī)生完成。

在醫(yī)療過程中，所獲得的高分辨率醫(yī)療圖像可以輸入到已經(jīng)訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，存儲(chǔ)在邊緣云中，并使用強(qiáng)大的ETHOS快速推理。
責(zé)任編輯：tzh