Ativando o deep learning em grande escala para a geração de imagens médicas
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O novo NVIDIA Clara AI Toolkit permite que os desenvolvedores criem e implementem aplicativos de imagens médicas para criar instrumentos inteligentes e fluxos de trabalho automatizados na área da saúde.
Nos hospitais atuais, os técnicos de imagens médicas estão correndo para acompanhar as cargas de trabalho decorrentes do uso crescente de tomografias, ressonâncias magnéticas e outras imagens usadas nos processos de diagnóstico. Em um grande sistema hospitalar, um número relativamente pequeno de técnicos pode agora ser atingido com centenas ou até milhares de exames em um único dia. Para acompanhar o volume, esses técnicos sobrecarregados precisam de ferramentas para auxiliar no processo de análise de imagens complexas, identificação de anormalidades difíceis de detectar e identificação de indicadores de doenças.
Cada vez mais, as instituições médicas estão buscando a inteligência artificial para atender a essas necessidades. Com as tecnologias de aprendizagem profunda, os sistemas de IA agora podem ser treinados para atuar como assistentes digitais que assumem parte do trabalho pesado que vem com os fluxos de trabalho de imagens médicas. Não se trata de usar IA para substituir profissionais treinados. Trata-se de usar a IA para simplificar fluxos de trabalho, aumentar a eficiência e ajudar os processadores a identificar os casos que exigem sua atenção imediata. A TI hospitalar precisa criar estratégias para tornar sua infraestrutura pronta para IA. A NVIDIA e o Colégio Americano de Radiologia fizeram uma parceria para permitir que milhares de radiologistas criem e usem IA em suas próprias instalações, com seus próprios dados, em uma vasta rede de milhares de hospitais.
Um desses conjuntos de ferramentas orientados por IA é o NVIDIA Clara AI, uma plataforma de computação aberta e escalável que permite o desenvolvimento de aplicativos de imagens médicas para ambientes de computação híbridos (incorporados, locais ou em nuvem). Com os recursos da IA NVIDIA Clara, os hospitais podem criar instrumentos inteligentes e fluxos de trabalho automatizados na área da saúde.
O kit de ferramentas de IA da Clara
Para ajudar as organizações a colocar a IA da Clara para trabalhar, a NVIDIA oferece o SDK Clara Deploy. Este kit de desenvolvimento de software empacotado pela Helm abrange um conjunto de contêineres NVIDIA GPU Cloud (NGC) que trabalham juntos para fornecer um fluxo de trabalho completo de processamento de imagens médicas no Kubernetes. As imagens do contêiner NGC são otimizadas para sistemas acelerados por GPU NGC Ready, como o Dell EMC PowerEdge™ C4140 e o Dell EMC PowerEdge™ R740xd.
Os contêineres de IA da Clara incluem bibliotecas aceleradas por GPU para computação, gráficos e IA; exemplos de aplicações para processamento e renderização de imagens; e fluxos de trabalho computacionais para dados de TC, RM e ultrassom. Esses recursos aproveitam o Docker e o Kubernetes para orquestrar fluxos de trabalho de imagens médicas e conectar-se a PACS (sistemas de arquivamento e comunicação de imagens) ou dimensionar aplicativos de instrumentos médicos.
Figura 1. Arquitetura do Clara AI Toolkit
O Clara AI Toolkit reduz as barreiras à adoção de IA em fluxos de trabalho de geração de imagens médicas. O SDK do Clara AI Deploy inclui:
- Uma interface de ingestão de dados do adaptador DICOM para comunicação com um sistema de PACs hospitalares
- Serviços essenciais para orquestração e gerenciamento de recursos para implementação e desenvolvimento de fluxos de trabalho
- Aplicativos de IA de referência que podem ser usados como estão com dados definidos pelo usuário ou podem ser modificados com algoritmos de IA definidos pelo usuário
- Recursos de visualização para monitorar o progresso e exibir resultados
Plataformas de servidor para o kit de ferramentas
Para organizações que desejam capitalizar com a NVIDIA Clara AI, a Dell EMC oferece plataformas de servidor robustas e aceleradas por GPU que dão suporte ao Clara AI Toolkit — o servidor em rack Dell EMC PowerEdge™ R740xd e o servidor em rack Dell EMC PowerEdge™ C4140.
O servidor PowerEdge R740xd oferece um equilíbrio entre escalabilidade e desempenho de armazenamento. Com suporte para unidades NVMe e GPUs Nvidia, esta plataforma de dois soquetes de 2U está pronta para as demandas das cargas de trabalho de IA e imagens médicas da Clara. O servidor PowerEdge C4140, por sua vez, é um servidor em rack de 1U otimizado para acelerador projetado para as cargas de trabalho mais exigentes. Com suporte para quatro GPUs, este servidor ultradenso de dois soquetes foi desenvolvido para os desafios das cargas de trabalho cognitivas, inclusive IA, aprendizado de máquina e aprendizagem profunda.
No Laboratório de inovação em HPC e IA da Dell EMC, usamos o Clara AI Toolkit com CT Organ Segmentation e CT Liver Segmentation em nossos servidores acelerados por GPU que executam o Red Hat Enterprise Linux. Para esses exames, coletamos dados de tomografia computadorizada abdominal, uma série de imagens médicas 2D, do NIH Cancer Image Archive https://www.cancerimagingarchive.net/. Usamos as ferramentas do Clara AI Toolkit para executar um fluxo de trabalho que primeiro converte a série DICOM para ingestão e identifica órgãos individuais a partir da tomografia computadorizada (segmentação de órgãos).
Em seguida, o fluxo de trabalho pode usar esses órgãos segmentados como entrada para identificar quaisquer anormalidades. Uma vez concluída a análise, o sistema cria uma renderização de volume 3D anotada MetaIO que pode ser visualizada nos arquivos Clara Render Server e DICOM que podem ser comparados lado a lado com visualizadores de imagens médicas, como ORTHANC ou Oviyam2. As ferramentas incluídas no Clara AI Toolkit fornecem um ponto de partida para uso em ambientes de imagens médicas que buscam capitalizar o poder da IA.
Figura 2: Visualizador Oviyam2 demonstrando a visão lado a lado de Clara AI processada vs tomografia computadorizada original
Clara AI no trabalho
Embora a Clara AI seja uma oferta relativamente nova, ela foi lançada em março, com disponibilidade geral em junho, a plataforma já está em uso em algumas das principais instituições médicas, incluindo a Ohio State University, os Institutos Nacionais de Saúde e a Universidade da Califórnia, em São Francisco, de acordo com a NVIDIA.
O National Institutes of Health Clinical Center e os cientistas da NVIDIA usaram o Clara AI para desenvolver um método de generalização de domínio para a segmentação da próstata do tecido circundante na ressonância magnética. Um blog da NVIDIA observa que o modelo localizado "alcançou desempenho semelhante ao de um radiologista e superou outros algoritmos de última geração que foram treinados e avaliados em dados do mesmo domínio".
Como essas primeiras adotantes estão mostrando, a NVIDIA Clara AI é uma plataforma que pode potencialmente trazer muito valor para organizações que buscam capitalizar a IA para permitir aprendizagem profunda em larga escala para imagens médicas.
Figura 3: Doenças no fígado segmentado identificadas pelo Clara AI Toolkit
Para saber mais
Para ver mais detalhadamente os recursos da NVIDIA Clara, visite os seguintes links:
- Página de download do Clara AI Toolkit:
- Blog do desenvolvedor técnico
- Notícias para desenvolvedores:
- Plataforma NVIDIA Clara.