數(shù)據(jù)、算法和算力是目前人工智能（下文簡稱AI）公認的三大要素，缺一不可。這其中，一提到算力，恐怕沒有人能夠忽視英偉達（NVIDIA）這個半導體巨頭的存在。在多年前通過CUDA架構(gòu)釋放出GPU的巨大算力潛力后，英偉達很快就發(fā)現(xiàn)了AI的廣闊天空，并義無反顧地扎根其中。

英偉達在一代又一代產(chǎn)品上將半導體的暴力美學發(fā)揮得淋漓盡致，算力不斷迭代突破。人工智能的研究人員因此獲得了夢寐以求的低成本高性能算力方案。這使得AI應用在最近幾年實現(xiàn)了長足發(fā)展。毫不夸張地說，英偉達的方案已經(jīng)成為了人工智能行業(yè)最為重要的“基礎設施”之一。

受此影響，創(chuàng)立于2009年的GTC（GPU Technology Conference）的主要議題在近年來發(fā)生了轉(zhuǎn)變，逐漸變成了一年一度的AI趨勢及應用的分享盛會。2020年，受到新冠疫情的影響，GTC中國站以線上直播的方式舉行。根據(jù)統(tǒng)計，今年的GTC有大約50000人注冊。

由于新冠疫情在全球的肆虐，今年的GTC對AI在醫(yī)療健康領域的應用尤為關注。10多場演講在本次GTC上面向全球分享�？偟膩碚f，動脈網(wǎng)（微信號：Vcbeat）將這些方案分為四大類：AI對抗擊新冠疫情的賦能、AI對醫(yī)學影像的賦能、AI對基因組學的賦能，以及如何利用AI打造智慧醫(yī)院。

火速上線，AI全方位助力抗疫

迄今為止，新冠疫情在全球大部分地區(qū)依然并未得到有效的控制，甚至在部分地區(qū)有愈演愈烈之勢。英偉達醫(yī)療業(yè)務全球副總裁Kimberly Powell在GTC China 圓桌會議上也表示，“新冠疫情是過去一個世紀對全球醫(yī)療衛(wèi)生最大的威脅，這催促全世界利用一切可用的技術(shù)來對疫情進行追蹤、檢測、疫苗及療法研發(fā)。

英偉達醫(yī)療業(yè)務全球副總裁Kimberly Powell

全世界的科學家從第一秒鐘開始便馬不停蹄地對新冠病毒展開了研究。這其中，發(fā)現(xiàn)并繪制出精確的病毒三維結(jié)構(gòu)是人類抗擊新冠病毒環(huán)節(jié)中非常重要的一環(huán)。AI則可以在強大算力的支撐下極大地縮短我們對病毒的研究時間。

在12月15日的主論壇上，英偉達首席科學家、研究院高級副總裁Bill Dally提到了GPU提供的強大算力如何幫助解決全世界的難題。Folding＠Home和CyroSPARC這兩個例子很好地展示了基于GPU的AI對醫(yī)療健康領域的幫助。

英偉達首席科學家、研究院高級副總裁Bill Dally

Folding＠Home這一全球知名的研究項目借助分布式計算將無數(shù)志愿者GPU的閑置時間利用起來，并為新冠病毒研究貢獻了1．5ExaFLOPS（1ExaFLOPS＝1024PFLOPS＝1024×1024TFLOPS）的算力，總共花費了總計1個多月的計算時間。這比其他傳統(tǒng)方式快30倍左右。

利用基于GPU加速計算，CyroSPARC則可對冷凍電鏡拍攝的病毒圖像進行分析并生成三維結(jié)構(gòu)，并將重構(gòu)新冠病毒刺突蛋白結(jié)構(gòu)所耗費的時間縮短到原來的1／12——從傳統(tǒng)的5個月大幅縮短至12天。

清華大學生命學院的李賽在GTC上展示了該團隊如何利用冷凍電鏡斷層成像技術(shù)重構(gòu)精確新冠病毒三維結(jié)構(gòu)的過程。目前，在更為先進的成像裝置的幫助下，一天所采集的數(shù)據(jù)相當于5年前同樣時間采集數(shù)據(jù)量的數(shù)倍之多。整個過程所需計算量從幾十TB到數(shù)百TB不等，對算力提出了極高的要求——在幾年前GPU計算尚未實現(xiàn)之際，基于CPU的傳統(tǒng)服務器僅能實現(xiàn)數(shù)TB的計算量上限；同時，圖像分辨率也遠不如現(xiàn)在。

基于清華大學生命學院李賽團隊成果設計的新冠病毒科普模型（圖片來自視頻截圖）

除此以外，AI在醫(yī)療影像和基因測序上也在幫助人類對抗新冠病毒。英偉達醫(yī)療業(yè)務全球副總裁Kimberly Powell在圓桌會議中表示我國在基因行業(yè)上相對領先。這其中的一部分功勞要歸功于由GPU加速的基因比對服務。在新冠疫情中，基因比對發(fā)揮了應有的作用，幫助科學家們能夠更好地理解病毒的傳播和進化。

此外，NVIDIA  AI計算平臺也在助力平安、聯(lián)影、推想及數(shù)坤等AI＋醫(yī)療影像企業(yè)在第一時間將新冠肺炎輔助診斷系統(tǒng)快速部署到數(shù)以千計的醫(yī)院，從而使已經(jīng)不堪重負的一線醫(yī)生獲得了技術(shù)的幫助，極大地支撐了抗疫。

此外，Bill Dally 在主題演講中還介紹了英偉達新推出的 NVIDIA Clara Discovery先進工具套件。該套件匯集了醫(yī)療影像、放射學和基因組學功能，為醫(yī)療健康領域最大的計算任務開發(fā)AI應用程序。該套件帶有預訓練的AI模型和應用特定框架，能夠幫助研究人員定義從尋找目標、化合物構(gòu)建到開發(fā)相應的新一代新藥研發(fā)流程。通過自然語言處理領域的最新突破，研究人員可以使用生物醫(yī)學特定語言模型來組織、理解和激活大型數(shù)據(jù)集、研究文獻、并整理現(xiàn)有治療和其他重要現(xiàn)實數(shù)據(jù)的論文或?qū)＠��?/p>

火爆異常，AI賦能醫(yī)療影像井噴在即

影像識別是目前AI應用最為廣泛的領域，尤其在醫(yī)療領域。截至2020年12月5日，國內(nèi)已有五家企業(yè)的AI影像輔助檢測系統(tǒng)通過創(chuàng)新醫(yī)療器械審批綠色通道拿到了NMPA醫(yī)療器械三類證。這標志著AI應用在醫(yī)療圖像領域的落地進入了新的階段。

在本次GTC China上，眾多企業(yè)展示了AI+醫(yī)療影像應用。這些方案均采用了英偉達的產(chǎn)品解決方案。英偉達也提供了Clara Imaging，可以加快醫(yī)學影像領域中人工智能的開發(fā)和部署。

這一方案專為數(shù)據(jù)科學家和研究人員打造，為其提供用于創(chuàng)建帶標記的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集的易于使用、針對領域優(yōu)化的工具，用于訓練穩(wěn)健人工智能模型的協(xié)作技術(shù)，以及用于可擴展和模塊化人工智能部署的端到端軟件。

中國科學院計算技術(shù)研究所研究員、博士生導師周少華就AI＋醫(yī)學影像的特點和趨勢進行了展望。他認為醫(yī)學影像AI目前呈現(xiàn)出影像多模高清化、數(shù)據(jù)非標孤立化、疾病長尾突發(fā)化、標注稀疏有噪化、樣本各異不均化及任務復雜多樣化的特點。開源的MONAI＋平臺或許是新形勢下AI醫(yī)療影像開發(fā)的新選擇。

英偉達高級研究員李文琦進一步介紹了MONAI＋（Medical Open Network for AI）平臺。這是一個專為醫(yī)學圖像深度學習設計的開源軟件平臺，業(yè)界可以利用這個平臺來加速相關應用程序的研發(fā)。英偉達作為MONAI＋的重要推動者，旗下Clara Train將從下一版本開始全部基于MONAI＋平臺。

上海聯(lián)影智能醫(yī)療科技有限公司AI副總裁沈宏分享了聯(lián)影前沿平臺是如何將聯(lián)影uII－AI模塊庫、3D Slicer和Clara平臺結(jié)合在一起，并讓醫(yī)生自行完成標注并對AI進行訓練。相比之前使用的MIMICS訓練平臺，聯(lián)影前沿平臺可將肺動靜脈和支氣管模型所需耗時分別從原來的140分鐘和60分鐘大幅縮減至95分鐘和15分鐘。

升級后的Clara Imaging平臺性能大幅提升（圖片來自視頻截圖）

英偉達研發(fā)團隊經(jīng)理徐大光對Clara Imaging平臺全新技術(shù)特性進行了講解。目前，升級后的Clara Train 2．0可以將人工智能模型訓練所需時長顯著縮短。在單GPU、4個GPU和8個GPU三種情況下，Clara Train 2．0分別只需要42．5分鐘、20分鐘和8．1分鐘，相比原生TensorFlow的訓練速度分別提升了20倍、28．5倍和55倍。

根據(jù)他的介紹，更快速的模型訓練，加上聯(lián)邦學習提供的可保護隱私的多數(shù)據(jù)來源功能，Clara Imaging平臺在今年3、4月期間利用多國提供的數(shù)據(jù)快速完成了針對新冠肺炎CT圖像的模型訓練，并在實際應用中獲得了較高的準確率——在3D分割模型上獲得了最高的準確率，達到90．8％的準確率。

來自上海聯(lián)影智能醫(yī)療科技有限公司的研發(fā)副總裁吳迪嘉進一步對AI對醫(yī)學成像設備、臨床輔助診斷和醫(yī)學基礎科研三方面的賦能進行了深入探討。

醫(yī)學成像設備方面，聯(lián)影推出的ACS智能光梭成像是以深度學習為基礎的人工智能技術(shù)，據(jù)稱是全球首款秒級MR加速技術(shù)，將核磁共振全身全部位掃描帶入了百秒時代�；�于深度學習的HYPER－DLR低劑量PET成像技術(shù)可以在快速成像的前提下提升42％的圖像質(zhì)量。DELTA低劑量CT成像技術(shù)則可以在減少80％的CT掃描輻射劑量的同時將對比度分辨率提升1．6倍。

在臨床輔助診斷上，AI可以將心臟電影圖像快速重建速度提升到原來的4倍，并幫助醫(yī)生將核磁圖像的閱片時間從20分鐘縮短到1分鐘左右。冠脈智能分析可將冠脈CT工作流效率提高70％～80％。MR腦結(jié)構(gòu)智能分析可以對大腦106個子結(jié)構(gòu)實現(xiàn)秒級自動分割并生成3D渲染圖像；同時，基于腦區(qū)和疾病進行細化分析。一站式CT腦卒中智能分析系統(tǒng)是能夠幫助降低救治時間，并極大提升腦卒中患者的救治效率和成功率。

東軟醫(yī)療AI團隊負責人、人工智能與臨床創(chuàng)新研究院首席工程師韓冬博士分享的主題是AI在智能化掃描工作流中的應用。隨著GPU算力的加強，目前醫(yī)學影像設備已可部署計算機視覺、圖像處理與分析和語音識別等人工智能。醫(yī)學影像設備可借此實現(xiàn)操作智能化，即從智能擺位、自動掃描區(qū)域識別、自動參數(shù)選擇優(yōu)化再到自動質(zhì)量控制，從而給用戶帶來智能手機般的用戶體驗。

微識醫(yī)療CEO劉敬家介紹了隨機對照試驗RCT驗證的消化內(nèi)鏡人工智能。他認為醫(yī)生在進行結(jié)腸鏡檢查時急需人工智能輔助，從而避免疲勞、注意力不集中或者經(jīng)驗不足導致的結(jié)直腸癌漏診。

根據(jù)劉敬家的介紹，四川省醫(yī)院和美國哈佛醫(yī)學院在2020年1月和6月分別完成的兩個隨機對照試驗證實了消化內(nèi)科人工智能的臨床效果，并證實醫(yī)生在有人工智能輔助的時候進行結(jié)腸鏡的操作手法會更佳。相比靜態(tài)圖像識別，如消化內(nèi)鏡一般的實時視頻醫(yī)療AI需要關注識別延遲、推理延遲和呈現(xiàn)延遲三個維度上的延遲，隨著GPU性能的不斷提升，這些延遲也在不斷降低。

醫(yī)療AI的下一步？AI如何賦能基因組學及智慧醫(yī)院

人工智能除了在醫(yī)學影像中的應用，在基因測序分析中也正在發(fā)揮越來越重要的作用。從DNA到RNA，英偉達Clara Parabricks能顯著加快基因組數(shù)據(jù)的二級和三級分析速度。

這一方案使用了專為位于本地或云中的高吞吐量實驗室設計的成套軟件，以及能讓開發(fā)者構(gòu)建強大基因組學計算工具的技術(shù)棧，從而可以加快基因組分析速度，為包括解決藥物發(fā)現(xiàn)等研究賦能。

星藥科技創(chuàng)始人兼CEO李成濤在分享中表示，傳統(tǒng)新藥研發(fā)目前面臨投入高（平均26億美元／新藥）、耗時長（9－15年）、風險高（臨床階段成功率僅約10％左右）的痛點。2010年，全球新藥的平均投資回報率還可以達到10．1％，2019年平均投資回報率已經(jīng)降低到了1．8％。

他認為AI可以從以下幾方面幫助藥物研發(fā)團隊。AI可以通過穩(wěn)定泛化的模型在無人為干擾下生成獨立IP的藥物候選分子，即發(fā)現(xiàn)新穎結(jié)構(gòu)。由于算力的提升，AI可以幫助擴大藥物分子空間，從靠人力在1010空間尋找擴大到1060全化合物空間；并將原本需要4－7年的臨床前研發(fā)時間縮短至1－2年。最后，AI還可以幫助降低藥物研發(fā)的成本。

奇碳科技的謝丹和左遠則介紹了AI是如何為長讀長基因測序賦能。這家致力于納米孔基因測序設備研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)剛剛推出了第一款測序儀產(chǎn)品樣機。利用機器學習算法輔助基因序列翻譯，測序儀能夠在8小時內(nèi)穩(wěn)定產(chǎn)出500Mbp的基因測序數(shù)據(jù)，平均讀長在10Kbp以上。在這個過程中，GPU的使用大幅提高了推理效率，從而實現(xiàn)實時的序列產(chǎn)出。

在智慧醫(yī)院方面，英偉達也已經(jīng)試圖用AI為其賦能。Clara Guardian是英偉達針對于智能醫(yī)院的邊緣人工智能，利用視頻分析、對話機器人、自動語音識別和自然語言處理技術(shù)為用戶提供幫助。

Clara Guardian在智慧醫(yī)院應用中可以發(fā)揮作用（圖片來自視頻截圖）

英偉達數(shù)據(jù)科學家張萌在演講中對Clara Guardian進行了深入探討。通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，Clara Guardian可以在公共安全（體溫篩查、個人防護裝備檢測、保持社交距離）、患者護理（患者監(jiān)控、防止摔倒、患者參與）和運營效率（手術(shù)室工作流程自動化、手術(shù)分析和無接觸控制）等方面發(fā)揮作用，以改善醫(yī)療健康機構(gòu)的運營及管理。

寫在最后

毫無疑問，集天時、地利、人和于一身的英偉達在AI領域已經(jīng)牢牢占據(jù)了先機。利用強大的硬件算力，并配合專用算法，英偉達的綠色標志在目前以圖像識別、語音識別和語義識別為代名詞的AI領域幾乎已經(jīng)無處不在。

AI的火熱僅僅只是個開始，未來將會更加火熱，更多的巨頭將會入場，利用AI為醫(yī)療健康賦能。好消息是，我們在GTC上已經(jīng)看到了越來越多的國內(nèi)企業(yè)登場亮相�；蛟S，假以時日，他們中間也能有企業(yè)能夠成長起來，憑借硬實力“真正創(chuàng)新”，而非“中國特色創(chuàng)新”站在世界之巔。

祝大家好運。

作者：陳鵬