數(shù)據(jù)、算法和算力是目前人工智能（下文簡稱AI）公認(rèn)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(dá)（NVIDIA）這個(gè)半導(dǎo)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(dá)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(dá)在一代又一代產(chǎn)品上將半導(dǎo)體的暴力美學(xué)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(yīng)用在最近幾年實(shí)現(xiàn)了長足發(fā)展。毫不夸張地說，英偉達(dá)的方案已經(jīng)成為了人工智能行業(yè)最為重要的“基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)用的分享盛會(huì)。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(jì)，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(lǐng)域的應(yīng)用尤為關(guān)注。10多場演講在本次GTC上面向全球分享�？偟膩碚f，動(dòng)脈網(wǎng)（微信號(hào)：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(xué)影像的賦能、AI對基因組學(xué)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(dá)醫(yī)療業(yè)務(wù)全球副總裁Kimberly Powell在GTC China 圓桌會(huì)議上也表示，“新冠疫情是過去一個(gè)世紀(jì)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(jìn)行追蹤、檢測、疫苗及療法研發(fā)。

英偉達(dá)醫(yī)療業(yè)務(wù)全球副總裁Kimberly Powell

全世界的科學(xué)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(qiáng)大算力的支撐下極大地縮短我們對病毒的研究時(shí)間。

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

英偉達(dá)首席科學(xué)家、研究院高級(jí)副總裁Bill Dally

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

利用基于GPU加速計(jì)算，CyroSPARC則可對冷凍電鏡拍攝的病毒圖像進(jìn)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(fèi)的時(shí)間縮短到原來的1／12——從傳統(tǒng)的5個(gè)月大幅縮短至12天。

清華大學(xué)生命學(xué)院的李賽在GTC上展示了該團(tuán)隊(duì)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(jìn)的成像裝置的幫助下，一天所采集的數(shù)據(jù)相當(dāng)于5年前同樣時(shí)間采集數(shù)據(jù)量的數(shù)倍之多。整個(gè)過程所需計(jì)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(jì)算尚未實(shí)現(xiàn)之際，基于CPU的傳統(tǒng)服務(wù)器僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)TB的計(jì)算量上限；同時(shí)，圖像分辨率也遠(yuǎn)不如現(xiàn)在。

基于清華大學(xué)生命學(xué)院李賽團(tuán)隊(duì)成果設(shè)計(jì)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(dá)醫(yī)療業(yè)務(wù)全球副總裁Kimberly Powell在圓桌會(huì)議中表示我國在基因行業(yè)上相對領(lǐng)先。這其中的一部分功勞要?dú)w功于由GPU加速的基因比對服務(wù)。在新冠疫情中，基因比對發(fā)揮了應(yīng)有的作用，幫助科學(xué)家們能夠更好地理解病毒的傳播和進(jìn)化。

此外，NVIDIA  AI計(jì)算平臺(tái)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(shí)間將新冠肺炎輔助診斷系統(tǒng)快速部署到數(shù)以千計(jì)的醫(yī)院，從而使已經(jīng)不堪重負(fù)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(dá)新推出的 NVIDIA Clara Discovery先進(jìn)工具套件。該套件匯集了醫(yī)療影像、放射學(xué)和基因組學(xué)功能，為醫(yī)療健康領(lǐng)域最大的計(jì)算任務(wù)開發(fā)AI應(yīng)用程序。該套件帶有預(yù)訓(xùn)練的AI模型和應(yīng)用特定框架，能夠幫助研究人員定義從尋找目標(biāo)、化合物構(gòu)建到開發(fā)相應(yīng)的新一代新藥研發(fā)流程。通過自然語言處理領(lǐng)域的最新突破，研究人員可以使用生物醫(yī)學(xué)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(xiàn)、并整理現(xiàn)有治療和其他重要現(xiàn)實(shí)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(shí)別是目前AI應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，尤其在醫(yī)療領(lǐng)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(biāo)志著AI應(yīng)用在醫(yī)療圖像領(lǐng)域的落地進(jìn)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(yīng)用。這些方案均采用了英偉達(dá)的產(chǎn)品解決方案。英偉達(dá)也提供了Clara Imaging，可以加快醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)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(xué)家和研究人員打造，為其提供用于創(chuàng)建帶標(biāo)記的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集的易于使用、針對領(lǐng)域優(yōu)化的工具，用于訓(xùn)練穩(wěn)健人工智能模型的協(xié)作技術(shù)，以及用于可擴(kuò)展和模塊化人工智能部署的端到端軟件。

中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員、博士生導(dǎo)師周少華就AI＋醫(yī)學(xué)影像的特點(diǎn)和趨勢進(jìn)行了展望。他認(rèn)為醫(yī)學(xué)影像AI目前呈現(xiàn)出影像多模高清化、數(shù)據(jù)非標(biāo)孤立化、疾病長尾突發(fā)化、標(biāo)注稀疏有噪化、樣本各異不均化及任務(wù)復(fù)雜多樣化的特點(diǎn)。開源的MONAI＋平臺(tái)或許是新形勢下AI醫(yī)療影像開發(fā)的新選擇。

英偉達(dá)高級(jí)研究員李文琦進(jìn)一步介紹了MONAI＋（Medical Open Network for AI）平臺(tái)。這是一個(gè)專為醫(yī)學(xué)圖像深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的開源軟件平臺(tái)，業(yè)界可以利用這個(gè)平臺(tái)來加速相關(guān)應(yīng)用程序的研發(fā)。英偉達(dá)作為MONAI＋的重要推動(dòng)者，旗下Clara Train將從下一版本開始全部基于MONAI＋平臺(tái)。

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(tái)是如何將聯(lián)影uII－AI模塊庫、3D Slicer和Clara平臺(tái)結(jié)合在一起，并讓醫(yī)生自行完成標(biāo)注并對AI進(jìn)行訓(xùn)練。相比之前使用的MIMICS訓(xùn)練平臺(tái)，聯(lián)影前沿平臺(tái)可將肺動(dòng)靜脈和支氣管模型所需耗時(shí)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(jí)后的Clara Imaging平臺(tái)性能大幅提升（圖片來自視頻截圖）

英偉達(dá)研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)理徐大光對Clara Imaging平臺(tái)全新技術(shù)特性進(jìn)行了講解。目前，升級(jí)后的Clara Train 2．0可以將人工智能模型訓(xùn)練所需時(shí)長顯著縮短。在單GPU、4個(gè)GPU和8個(gè)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(xùn)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(xùn)練，加上聯(lián)邦學(xué)習(xí)提供的可保護(hù)隱私的多數(shù)據(jù)來源功能，Clara Imaging平臺(tái)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(xùn)練，并在實(shí)際應(yīng)用中獲得了較高的準(zhǔn)確率——在3D分割模型上獲得了最高的準(zhǔn)確率，達(dá)到90．8％的準(zhǔn)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(jìn)一步對AI對醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、臨床輔助診斷和醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)科研三方面的賦能進(jìn)行了深入探討。

醫(yī)學(xué)成像設(shè)備方面，聯(lián)影推出的ACS智能光梭成像是以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的人工智能技術(shù)，據(jù)稱是全球首款秒級(jí)MR加速技術(shù)，將核磁共振全身全部位掃描帶入了百秒時(shí)代�；�于深度學(xué)習(xí)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(shí)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(shí)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(gè)子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)秒級(jí)自動(dòng)分割并生成3D渲染圖像；同時(shí)，基于腦區(qū)和疾病進(jìn)行細(xì)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(shí)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(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)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(yīng)用。隨著GPU算力的加強(qiáng)，目前醫(yī)學(xué)影像設(shè)備已可部署計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理與分析和語音識(shí)別等人工智能。醫(yī)學(xué)影像設(shè)備可借此實(shí)現(xiàn)操作智能化，即從智能擺位、自動(dòng)掃描區(qū)域識(shí)別、自動(dòng)參數(shù)選擇優(yōu)化再到自動(dòng)質(zhì)量控制，從而給用戶帶來智能手機(jī)般的用戶體驗(yàn)。

微識(shí)醫(yī)療CEO劉敬家介紹了隨機(jī)對照試驗(yàn)RCT驗(yàn)證的消化內(nèi)鏡人工智能。他認(rèn)為醫(yī)生在進(jìn)行結(jié)腸鏡檢查時(shí)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(yàn)不足導(dǎo)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(xué)院在2020年1月和6月分別完成的兩個(gè)隨機(jī)對照試驗(yàn)證實(shí)了消化內(nèi)科人工智能的臨床效果，并證實(shí)醫(yī)生在有人工智能輔助的時(shí)候進(jìn)行結(jié)腸鏡的操作手法會(huì)更佳。相比靜態(tài)圖像識(shí)別，如消化內(nèi)鏡一般的實(shí)時(shí)視頻醫(yī)療AI需要關(guān)注識(shí)別延遲、推理延遲和呈現(xiàn)延遲三個(gè)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(xué)及智慧醫(yī)院

人工智能除了在醫(yī)學(xué)影像中的應(yīng)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(dá)Clara Parabricks能顯著加快基因組數(shù)據(jù)的二級(jí)和三級(jí)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(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的成套軟件，以及能讓開發(fā)者構(gòu)建強(qiáng)大基因組學(xué)計(jì)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(shí)長（9－15年）、風(fēng)險(xiǎn)高（臨床階段成功率僅約10％左右）的痛點(diǎn)。2010年，全球新藥的平均投資回報(bào)率還可以達(dá)到10．1％，2019年平均投資回報(bào)率已經(jīng)降低到了1．8％。

他認(rèn)為AI可以從以下幾方面幫助藥物研發(fā)團(tuán)隊(duì)。AI可以通過穩(wěn)定泛化的模型在無人為干擾下生成獨(dú)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(kuò)大藥物分子空間，從靠人力在1010空間尋找擴(kuò)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(shí)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(yuǎn)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(shè)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(jī)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法輔助基因序列翻譯，測序儀能夠在8小時(shí)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(gè)過程中，GPU的使用大幅提高了推理效率，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的序列產(chǎn)出。

在智慧醫(yī)院方面，英偉達(dá)也已經(jīng)試圖用AI為其賦能。Clara Guardian是英偉達(dá)針對于智能醫(yī)院的邊緣人工智能，利用視頻分析、對話機(jī)器人、自動(dòng)語音識(shí)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(yīng)用中可以發(fā)揮作用（圖片來自視頻截圖）

英偉達(dá)數(shù)據(jù)科學(xué)家張萌在演講中對Clara Guardian進(jìn)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(gè)人防護(hù)裝備檢測、保持社交距離）、患者護(hù)理（患者監(jiān)控、防止摔倒、患者參與）和運(yùn)營效率（手術(shù)室工作流程自動(dòng)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(jī)構(gòu)的運(yùn)營及管理。

寫在最后

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

AI的火熱僅僅只是個(gè)開始，未來將會(huì)更加火熱，更多的巨頭將會(huì)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(shí)日，他們中間也能有企業(yè)能夠成長起來，憑借硬實(shí)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(yùn)。

作者：陳鵬