英特爾AI醫(yī)療實(shí)戰(zhàn)手冊曝光：醫(yī)生診斷提速10倍，推理時間減少85%

　　AI正在變革（中國）醫(yī)療。
　　最近，一份實(shí)戰(zhàn)手冊剛剛披露，清晰勾勒出了AI如何重塑著醫(yī)療行業(yè)的各個方面。
　　而且這份手冊展示的不光有趨勢分析、技術(shù)規(guī)劃，還展示了諸多案例，是實(shí)踐實(shí)戰(zhàn)后的全面總結(jié)。
　　報告撰寫者，正是提供了最基礎(chǔ)但覆蓋全流程的AI能力計算巨頭英特爾，可以說是AI醫(yī)療的首份權(quán)威“劍譜”。
　　那么，“劍譜”中究竟有什么？又該如何修煉？我們詳細(xì)拆解。

欲練此功，先看趨勢
　　在AI落地趨勢中，醫(yī)療已經(jīng)成為了最大的應(yīng)用場景。
　　根據(jù)2018年9月中國信息通信研究院Gartner聯(lián)合發(fā)布的《2018 世界人工智能產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書》，在中國，醫(yī)療健康領(lǐng)域的AI滲透率已經(jīng)達(dá)到了22%，在所有垂直行業(yè)中滲透率最高。
　　遠(yuǎn)超排名第二的是金融，滲透率為14%，而之前AI落地競爭最激烈的安防，當(dāng)前僅排名第五。
　　盡管只有如此滲透率，整個AI醫(yī)療行業(yè)就已經(jīng)形成了數(shù)百億美元的市場規(guī)模，相應(yīng)投資也在快速增長。
　　前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國醫(yī)療人工智能行業(yè)市場前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》顯示，2017年中國醫(yī)療人工智能行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到136.5億元，增長率為41%，到2018年，這一數(shù)字將會突破200億元，達(dá)到210億左右。

　　而且如此趨勢并不只是中國獨(dú)有，在全球范圍內(nèi)，醫(yī)療領(lǐng)域的AI落地發(fā)展也極為迅猛。
　　根據(jù) Global Market Insight 發(fā)布的報告顯示，2019年至2025年期間，醫(yī)療保健人工智能市場規(guī)模的復(fù)合年增長率預(yù)計將達(dá)到41.7%。
　　這些數(shù)字的背后，不僅有AI技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展落地推動，也有醫(yī)療市場本身的迫切需求，以及現(xiàn)相關(guān)政策的支持。
　　具體到實(shí)際的落地場景中，AI的應(yīng)用可以說非常廣泛，從醫(yī)學(xué)影像、輔助診斷、疾病預(yù)測，到健康管理、藥物研發(fā)等諸多環(huán)節(jié)，都可發(fā)揮關(guān)鍵作用。
　　但在不同層級的醫(yī)療機(jī)構(gòu)中，AI的應(yīng)用也有所不同，將會呈現(xiàn)出更加多元化的趨勢。
　　在基層醫(yī)院或第三方體檢中心，主要以輔助篩查和輔助診斷為主；
　　在三甲醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)，則以提高醫(yī)生工作效率為主；
　　在健康管理方面，會以支持單位和個人支付的健康體檢為主要方向。
　　而藥物研發(fā)這一領(lǐng)域，人工智能的應(yīng)用則深入許多，通常需要人工智能技術(shù)公司與大型藥企、醫(yī)藥研究機(jī)構(gòu)通力合作來推進(jìn)。
　　當(dāng)然，將AI應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域中，還有不少問題亟待解決，比如數(shù)據(jù)的數(shù)量與質(zhì)量、模型的通用性和可解釋性、以及相應(yīng)的安全問題等等。

　　但AI醫(yī)療之大勢，已經(jīng)浩浩湯湯，銳不可擋。
　　其中還有一些“先富起來”的實(shí)踐者，在各種招式摸索之后，已經(jīng)趟出一條黃沙百戰(zhàn)之路，有總結(jié)，可參考，甚至能夠?qū)W習(xí)復(fù)刻。
　　而且更關(guān)鍵的是，還是在英特爾這份實(shí)戰(zhàn)為主題的報告中，詳細(xì)披露了AI醫(yī)療落地本領(lǐng)如何鑄就，還有各方高手，如西門子、東軟、解放軍總醫(yī)院等，紛紛給出了“注解”。
　　所以這究竟是一份怎樣的實(shí)戰(zhàn)報告，我們細(xì)細(xì)拆解。
AI醫(yī)療5種絕技
　　整個手冊，一共介紹了AI在醫(yī)療領(lǐng)域的五大應(yīng)用——覆蓋發(fā)現(xiàn)病情、病情分析研究、藥物研發(fā)等?全流程各個方面。
　　具體來說就是5大絕技。
　　絕技一：圖像分割審查病情，用AI推理助力診斷
　　圖像分割，顧名思義，就是將圖像切分為多個區(qū)域，來簡化或改變圖像的表現(xiàn)形式，從而讓圖像變得更加容易解讀和分析。
　　目前，圖像分割技術(shù)用在了腫瘤和其他病理位置定位、組織體積測量、解剖學(xué)研究、計算機(jī)輔助手術(shù)、治療方案制定以及臨床輔助診斷等多個細(xì)分領(lǐng)域。
　　圖像分割的實(shí)現(xiàn)方式也不難理解——以圖像中的自然邊界，例如物體輪廓、線條等，將圖像切分為多個區(qū)域。

　　在計算機(jī)中，是對圖像中的每個像素加上標(biāo)簽，并認(rèn)為具有相同標(biāo)簽的像素有著某種共同視覺特性，從而來實(shí)現(xiàn)分割。
　　傳統(tǒng)中有基于聚類、閾值、邊緣、區(qū)域等特征的方法。但隨著AI技術(shù)的發(fā)展，基于深度學(xué)習(xí)的方法效果出眾，超過人類，成為最廣泛的應(yīng)用。
　　這其中，全卷積網(wǎng)絡(luò)(Fully Convolutional Network, FCN)、U-net 和 V-net 是常見的幾種基于深度學(xué)習(xí)的圖像分割方法。
　　但在醫(yī)療領(lǐng)域中，應(yīng)用最為廣泛的則是U-net 。需要分割的圖像有其獨(dú)特性，大多數(shù)情況下是針對一個指定器官的成像，而非全身。
　　器官本身結(jié)構(gòu)比較固定，語義信息并非特別豐富。
　　所以高級語義信息和低層級特征就顯得重要，而 U-net 的 U 型結(jié)構(gòu)和跳躍連接在這種場景中，可以發(fā)揮出更大作用。
　　近年來，U-net 在醫(yī)學(xué)影像 分割領(lǐng)域良好的應(yīng)用效果，已在很多部署中得到充分了證明。

　　良好的圖像分割模型，能有效幫助醫(yī)療機(jī)構(gòu)提高醫(yī)學(xué)影像判讀效率，進(jìn)而增強(qiáng)臨床診療能力、提升疾病治愈率以及減少病患等待時間，彌補(bǔ)因醫(yī)療機(jī)構(gòu)影像科資源缺乏帶來的多種問題。
　　但醫(yī)療領(lǐng)域的圖像分割對時效性要求更高。
　　通常情況下，留給病患的黃金診療窗口往往只有數(shù)十分鐘。因此，如果圖像分割 AI 應(yīng)用的推理效率不夠高，就有可能延誤寶貴的搶救時間。
　　這就決定想要將圖像分割應(yīng)用到真正的醫(yī)療場景中，一方面需要基于不同的圖像分割類型對模型進(jìn)行優(yōu)化，另外一方面則需要強(qiáng)大穩(wěn)定的計算能力來完成推理。
　　怎么進(jìn)一步落地？英特爾提供了工具，比如OpenVINOTM工具套件以及至強(qiáng)處理器系列產(chǎn)品等等， 能夠在在保證 U-net 模型高準(zhǔn)確率的同時，推理時間大幅降低85%。

　　在報告中不僅給出了具體的使用方法，也放出了不少已經(jīng)落地的案例，比如東軟的eStroke溶栓取栓影像平臺，西門子的心腔檢測和量化模型等等。
　?。ǜ嘣斍檎堃妶蟾?，獲取方式在文末）
　　絕技二：AI+云，部署更強(qiáng)醫(yī)療影像分析應(yīng)用
　　伴隨著醫(yī)療體系現(xiàn)代化建設(shè)，醫(yī)療設(shè)備也已逐漸普及，即便在基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)，患者也能進(jìn)行各類醫(yī)學(xué)影像檢查。
　　雖然醫(yī)學(xué)影像設(shè)備和系統(tǒng)可以迅速到位，但“軟實(shí)力”卻無法一蹴而就，這就導(dǎo)致一些邊遠(yuǎn)地區(qū)或基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)， 卻常常面臨空有設(shè)備卻無人有能力“看片”的尷尬境地。
　　也有不少人給出了解決方案，比如將影像文件通過拍照、掃描等方式傳給上一級醫(yī)療機(jī)構(gòu)。但信息傳遞準(zhǔn)確性以及時效性上，都難有保障，從而造成病情的延誤或誤判。
　　云計算技術(shù)的快速發(fā)展，讓這些問題逐漸得以解決。

　　通過接入云服務(wù)，各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)能夠獲得跨終端、跨平臺的全醫(yī)技功能應(yīng)用。
　　基于云計算的影像協(xié)同平臺，能夠讓來自大、中型醫(yī)療機(jī)構(gòu)的醫(yī)學(xué)影像專家隨時隨地處理從不同地區(qū)傳來的影像數(shù)據(jù)，并對疑難雜癥進(jìn)行協(xié)同會診，來實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資源的高效共享。
　　而且， 云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的互聯(lián)互通，不僅讓各醫(yī)療機(jī)構(gòu)可以規(guī)避過度檢查、重復(fù)治療等問題，還有力地打破了數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象，建立無邊界醫(yī)療全連接，提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。

　　與此同時，這也強(qiáng)化了影像數(shù)據(jù)的積累和分析，也讓基于 AI 的醫(yī)療影像分析 應(yīng)用日趨走向成熟，一個過去需要10分鐘進(jìn)行篩查的肺癌前期診斷，在AI的加持下能夠達(dá)到秒級，而且準(zhǔn)確率也在95%以上。
　　目前，在醫(yī)療影像 AI 分析應(yīng)用中，目標(biāo)偵測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正被廣泛地運(yùn)用，其通過深度學(xué)習(xí)的方法，能夠?qū)?X 光片、CT 成像等醫(yī)療影像進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的病灶檢測。
　　典型的目標(biāo)偵測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有 R-CNN、Fast R-CNN、SPP-NET、R-FCN 等。R-FCN 是 近年來在醫(yī)療影像分析領(lǐng)域常見的目標(biāo)偵測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其典型的結(jié)構(gòu)入下圖所示：

　　關(guān)鍵所在，是如何讓云+AI更好的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)無縫的協(xié)同，更強(qiáng)大的AI病情分析，也需要對主流的AI框架進(jìn)行優(yōu)化升級。
　　實(shí)戰(zhàn)手冊中，在與西安盈谷 Cloud IDT 智能應(yīng)用、醫(yī)學(xué)影像處理及分析云計算@iMAGES 核心引擎等相結(jié)合后，在肺結(jié)節(jié)診斷等一大批關(guān)鍵場景中建立起“AI+Cloud”的智能輔助診斷系統(tǒng)能力。
　　絕技三：病理切片分析，讓治療更準(zhǔn)確更快速
　　病理切片，是為更好病理診斷和預(yù)后評估，是一項非常復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性的工作。
　　具體的實(shí)現(xiàn)方式是將部分病變組織或臟器，經(jīng)過一系列處理后形成微米級薄片，粘附在玻片上并進(jìn)行染色處理，然后再交至病理科，病理科醫(yī)生通過顯微鏡對病理切片進(jìn)行鏡檢，觀察病理變化。
　　想要給出準(zhǔn)確的診斷，需要具備多年的讀片經(jīng)驗(yàn)與數(shù)萬張切片的閱片積累以及具有豐富專業(yè)知識。
　　而且，人工檢查不免帶有較大主觀性，由不同病理科醫(yī)生對同一患者的病理切片作出的診斷，也經(jīng)常會存在差異，這可能導(dǎo)致誤診、漏診等現(xiàn)象產(chǎn)生。
　　同時，在實(shí)際病理切片檢查中，患者的病理切片以 40 倍的放大倍數(shù)進(jìn)行數(shù)字化后，單個病理切片的像素點(diǎn)可能超過百萬像素。

　　病理科醫(yī)生需要連續(xù)觀察多張百萬像素級的圖片，并且需要注意到圖片里微觀區(qū)域的異常，不僅費(fèi)時費(fèi)力，還容易出現(xiàn)錯漏。
　　且較長的閱片時間也會導(dǎo)致病患等待時間長，有可能會造成病情的延誤。
　　這當(dāng)然可以用AI。
　　例如，通過ResNet50網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練，可用于執(zhí)行腫瘤病理組織的辨識工作。
　　盡管得到的腫瘤預(yù)測熱學(xué)圖依然存在噪聲等問題，但已經(jīng)可以像病理科醫(yī)生一樣，以不同的放 大倍數(shù)來檢查病理切片圖像。
　　訓(xùn)練出來一個深度網(wǎng)絡(luò)模型，使其不僅能夠具備專業(yè)的檢測技術(shù)，而且還能有超快的檢測速度和無限的工作時間，也不是不可能。

　　利用深度學(xué)習(xí)的方法來對病理切片圖像等做出快速檢測，不僅可以極大提升醫(yī)療機(jī)構(gòu) 病理檢測的生產(chǎn)力，消弭因?qū)I(yè)病理科醫(yī)生不足帶來的一系列問題，也能為病患帶去更精確、更及時的治療方案。
　　目前，基于圖像分類和目標(biāo)檢測的病理切片檢測 AI 應(yīng)用，已在眾多醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行了落地部署，并獲得良好的反饋。
　　絕技四：加速藥物研發(fā)，從數(shù)年縮短到數(shù)月
　　在全球醫(yī)療AI市場中，藥物研發(fā)占據(jù)了非常大的份額。根據(jù)Global Market Insight的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，這一數(shù)字達(dá)到35%。
　　而且，這一領(lǐng)域?qū)π录夹g(shù)的接納速度最快。
　　當(dāng)前， 基于細(xì)胞圖像的高內(nèi)涵篩選(HCS)方法是在系統(tǒng)生物學(xué)和藥物研發(fā)領(lǐng)域常用的自動化分析方法之一，也是 AI 技術(shù)在藥物發(fā)現(xiàn)早期環(huán)節(jié)的重要應(yīng)用。
　　主要的工作流程是，通過顯微成像法獲得的圖像信息，分析、獲得由遺傳或化學(xué)處理誘導(dǎo)的細(xì)胞表型特征。

　　在這一流程中，對細(xì)胞圖像的表型檢測、分析和分類是最重要的幾個環(huán)節(jié)。
　　雖然這些在大量藥物研發(fā)過程中獲得成功應(yīng)用，但其仍存在許多局限性。
　　比如，對于對象分割、降維和表型分類，通常需要大量的先驗(yàn)知識對每個測定流程進(jìn)行定制。執(zhí)行每一個步驟，都涉及方法的定制以及參數(shù)的調(diào)整。
　　而在對整個分析流程的性能調(diào)優(yōu)過程中，如何對 所有參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，以達(dá)到性能最優(yōu)化。
　　因此，更多基于深度學(xué)習(xí)的 AI 方法正逐漸被引入基于細(xì)胞圖像的 HCS 的表型分類工作。
　　在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，通過一個框架來對圖像數(shù)據(jù)中的分層抽象進(jìn)行計算和分析，CNN能夠自動地從圖像中學(xué)習(xí)和提取特征，因此在對細(xì)胞圖像的表型預(yù)測中具有更好的效率。

　　一款新藥從發(fā)現(xiàn)、試驗(yàn)到生產(chǎn)，動輒數(shù)年，而基于AI，這一周期的能夠縮短到數(shù)個月。
　　這不僅是眾多制藥企業(yè)加速創(chuàng)新，保持核心競爭力的普遍選擇，也是讓科技造福人類，助力創(chuàng)造健康生活的重要體現(xiàn)。
　　英特爾在報告中也給出了相應(yīng)解決方案，比如通過合理的優(yōu)化方案，大幅加速了諾華等藥企的藥物發(fā)現(xiàn)進(jìn)程。
　　絕技五：圖像識別落地醫(yī)療，正在成為行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵
　　醫(yī)療行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型，并不僅僅在于AI應(yīng)用到診斷環(huán)節(jié)或者新藥研發(fā)環(huán)節(jié)，也在于對整個行業(yè)的重塑。
　　目前，越來越多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)正通過規(guī)范的信息系統(tǒng)的建設(shè)，來打造更智能的醫(yī)療信 息化能力，實(shí)現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備之間的高效互動。
　　在這樣的趨勢下，高效率的識別技術(shù)頗為重要。
　　通常情況下，醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用條碼識別、光學(xué)字符識別（OCR)識別以及軟件識別等技術(shù)來執(zhí)行對患者身份、藥品發(fā)放等工作。
　　隨著 AI 技術(shù)的逐步發(fā)展，越來越多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)開始嘗試使用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等 AI 方法。
　　與傳統(tǒng)圖像識別技術(shù)相比，基于深度學(xué)習(xí)的圖像識別技術(shù)準(zhǔn)確率和工作效率更高，也更利于形成良好的更新機(jī)制。
　　其基于圖像特征進(jìn)行識別，能夠一次獲取多種類、多數(shù)量的圖像進(jìn)行特征識別。
　　同時也能實(shí)現(xiàn)患者身份的實(shí)時識別，讓藥品發(fā)放更準(zhǔn)確，讓醫(yī)療檢查流程實(shí)現(xiàn)了無縫銜接。
　　進(jìn)而提升了整個系統(tǒng)識別的效率和準(zhǔn)確率，增強(qiáng)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的工作效率。
　　解放軍總醫(yī)院，現(xiàn)在正嘗試?yán)眯畔⒒侄蝸磔o助減少發(fā)藥環(huán)節(jié)的錯誤。
　　一共分為三步：
　　首先，利用計算機(jī)視覺技術(shù)，在門診發(fā)藥窗口對藥品的分類和數(shù)量進(jìn)行識別。
　　其次，將該識別系統(tǒng)與 HIS 系統(tǒng)的處方數(shù)據(jù)進(jìn)行自動關(guān)聯(lián)和匹配，通過信息比對來判斷待發(fā)藥品實(shí)物是否和處方信息一致。
　　最后，將結(jié)果實(shí)時反饋給發(fā)藥的藥師，從而達(dá)到降低發(fā)藥出錯率的目的。

　　雖然實(shí)現(xiàn)方式不難，但頗為有效，且具有很好的應(yīng)用前景。
　　未來，類似的 AI 技術(shù)不僅可應(yīng)用于藥房發(fā)藥等場景，也可在其他醫(yī)療場景中發(fā)揮巨大作用，例如手 術(shù)耗材發(fā)放管理、病患醫(yī)療信息管理等。
算力是內(nèi)功，工具是心法
　　以上種種應(yīng)用，已經(jīng)在行業(yè)中實(shí)現(xiàn)了落地，且迸發(fā)出了強(qiáng)大的能量。
　　但只看應(yīng)用，不過是“外家功夫”，沒有強(qiáng)大的“內(nèi)力”支撐，雖然招式有模有樣，但終究難具威力。
　　對于AI應(yīng)用來說，算力就是內(nèi)功。
　　以上種種應(yīng)用能夠得以在各個場景中落地，需要算力加持。
　　在這份報告中給出的案例中，都基于英特爾至強(qiáng)金牌6148處理器平臺展開。
　　這一處理器與2017年問世，主打數(shù)據(jù)處理等AI流程和應(yīng)用。

　　發(fā)布之時，在內(nèi)核、緩存、內(nèi)存、I/O等多項優(yōu)化的輔助下，每個時鐘周期浮點(diǎn)性能提升兩倍，8K數(shù)據(jù)塊時壓縮速度可達(dá)100Gb/s，創(chuàng)造了58項世界紀(jì)錄。
　　在上述案例中，至強(qiáng)金牌6148就是各種組織AI醫(yī)療落地的神兵利器。
　　而且，在第二代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理平臺上，特別是在深度學(xué)習(xí)加速技術(shù)和傲騰數(shù)據(jù)中心級持久內(nèi)存的加成下，也有更好的表現(xiàn)。
　　同時，英特爾提供的不僅僅只是算力，還有釋放算力的“心法“，即軟件架構(gòu)。

　　比如英特爾Omni-Path 架構(gòu)、面向英特爾架構(gòu)優(yōu)化的Caffe、深度學(xué)習(xí)加速技術(shù)、OpenVINOTM工具套件等產(chǎn)品和技術(shù)等等。
　　算是軟硬件結(jié)合，有劍法有氣功，齊頭并進(jìn)幫助各路AI和醫(yī)療英雄加速成為實(shí)戰(zhàn)落地高手。
　　毫無疑問，AI落地完全是一場能力考驗(yàn)全面的戰(zhàn)爭，并非單一某方面突出就能成功。
　　其中硬件類似兵器寶劍，講究的是稱手實(shí)用，規(guī)?；涞貜?fù)制還要兼顧成本。軟件像氣法，配合有度，入門門檻足夠親民，未來發(fā)展還有拓展性。
結(jié)語
　　總之，這份計算巨頭英特爾的實(shí)戰(zhàn)報告，就像歲末年終“開源”的一套劍譜。
　　有場景、有案例、還有實(shí)戰(zhàn)方法論，可知別人探索經(jīng)驗(yàn)，也能量體裁衣結(jié)合對照找出自己的復(fù)刻路徑。
　　而且環(huán)境向好、大趨勢加持，軟硬件支撐能力也已經(jīng)就緒，風(fēng)口正在隱隱作響，落地就能實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的價值創(chuàng)創(chuàng)造。
　　實(shí)際上，從完整報告總結(jié)來看，AI正在重塑醫(yī)療行業(yè)，并且已經(jīng)進(jìn)入白熱化階段，落地也正在加快。