AI加速推動(dòng)醫(yī)療個(gè)體化轉(zhuǎn)型 基因組學(xué)將有望成為未來(lái)發(fā)展主流

在NVIDIA的深度學(xué)習(xí)和加速計(jì)算技術(shù)的幫助下，基因組學(xué)將有望成為主流。

自2003年首次對(duì)人類(lèi)基因組進(jìn)行測(cè)序以來(lái)，整個(gè)基因組測(cè)序流程的成本就一直在下降，而且下降的速度遠(yuǎn)快于根據(jù)摩爾定律所預(yù)測(cè)的速度。從新生兒基因組測(cè)序到開(kāi)展全國(guó)人口基因組計(jì)劃，該領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展，并且日趨個(gè)體化。

測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步引發(fā)了基因組數(shù)據(jù)的爆炸式增長(zhǎng)。序列數(shù)據(jù)總量每七個(gè)月增加一倍。這一驚人的速度可能會(huì)使得到2025年基因組學(xué)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量比其他大數(shù)據(jù)源（例如天文學(xué)、Twitter和 YouTube）數(shù)據(jù)量總和的10倍還多，達(dá)到兩位數(shù)的艾字節(jié)。

各種新的測(cè)序系統(tǒng)，比如全球最大的基因組學(xué)研究集團(tuán)——華大集團(tuán)的DNBSEQ-T7等正在推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)每天可以生成高達(dá)60個(gè)基因組，相當(dāng)于6TB字節(jié)的數(shù)據(jù)。

憑借華大集團(tuán)的流動(dòng)池技術(shù)的發(fā)展以及一對(duì)NVIDIA V100 Tensor Core GPU所提供的加速，DNBSEQ-T7的測(cè)序速度提高了50倍，令其成為迄今為止吞吐量最高的基因組測(cè)序器。

隨著成本的下降和測(cè)序時(shí)間的縮短，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍正在擴(kuò)大，例如在分秒必爭(zhēng)的重癥監(jiān)護(hù)室為新生兒進(jìn)行測(cè)序。

解決基因組分析瓶頸：GPU加速GATK

NVIDIA Parabricks GPU加速的GATK

基因組學(xué)界繼續(xù)不斷地從DNA中獲得新的洞察。近期所取得的突破包括通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序了解細(xì)胞水平的突變以及使用循環(huán)血DNA檢測(cè)和監(jiān)測(cè)癌癥的液體活檢。

但一直以來(lái)，基因組分析都是測(cè)序流程中的計(jì)算瓶頸，而使用GPU加速可以解決這一瓶頸。

NVIDIA創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛在GTC China上告訴大家，Parabricks團(tuán)隊(duì)（一家總部位于密歇根州安阿伯市的基因組學(xué)GPU軟件開(kāi)發(fā)公司）已加入NVIDIA的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)，一同制定針對(duì)關(guān)鍵基因組分析流程的持續(xù)GPU加速方案。

通過(guò)與華大集團(tuán)合作，Parabricks的軟件可以在一小時(shí)內(nèi)完成全基因組的分析。華大集團(tuán)使用一臺(tái)內(nèi)置8個(gè)NVIDIA T4 Tensor Core GPU的服務(wù)器，證明了可以通過(guò)提高吞吐量將基因組測(cè)序成本降至2美元，這還不到現(xiàn)有系統(tǒng)成本的一半。

智能醫(yī)療設(shè)備讓你事半功倍

整個(gè)醫(yī)療行業(yè)都在發(fā)明新的醫(yī)療設(shè)備。上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司已推出兩款業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的醫(yī)療設(shè)備。uEXPLORER是全球首臺(tái)全身PET-CT掃描儀，對(duì)患者的全身進(jìn)行靜態(tài)掃描。憑借這一先進(jìn)的功能，該設(shè)備能夠快速、連續(xù)追蹤分布在整個(gè)人體內(nèi)的示蹤劑。

由于能夠拍攝全身，uEXPLORER大大縮短了掃描時(shí)間。與掃描時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20分鐘以上的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，該設(shè)備只需30秒就能完成掃描，而且圖像質(zhì)量十分出色。uEXPLORER還在示蹤劑的劑量方面樹(shù)立了新的標(biāo)桿。成像所需的劑量約為常規(guī)劑量的1/50，而且不會(huì)影響圖像質(zhì)量。

該系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)FDA批準(zhǔn)，其采用了16個(gè)NVIDIA V100 Tensor Core GPU和8個(gè)Mellanox56GB/s無(wú)限帶寬技術(shù)（ InfiniBand）網(wǎng)絡(luò)鏈接來(lái)處理類(lèi)似電影的掃描工作，這可能需要處理多達(dá)1TB的數(shù)據(jù)。美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校已經(jīng)開(kāi)始使用該系統(tǒng)。該校的科學(xué)家們幫助設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)。《自然》雜志上也登載了一篇關(guān)于該系統(tǒng)的文章。YouTube上已有近50萬(wàn)觀眾觀看了該主題的相關(guān)視頻。

聯(lián)影的另一個(gè)開(kāi)創(chuàng)性系統(tǒng)——uRT-Linac，是首個(gè)支持從檢測(cè)到預(yù)防，全套放射治療的套裝儀器。

有了這套系統(tǒng)，對(duì)于那些居住在偏遠(yuǎn)地區(qū)，就醫(yī)不便的患者來(lái)說(shuō)，他們只需來(lái)到醫(yī)院一次，就可以接受診斷測(cè)試和治療。uRT-Linac結(jié)合了CT成像、AI處理技術(shù)來(lái)協(xié)助放療系統(tǒng)制定與模擬治療方案。通過(guò)多模態(tài)技術(shù)和AI，聯(lián)影改變了癌癥治療的性質(zhì)。

未來(lái)，越來(lái)越多的智能醫(yī)療設(shè)備將使用AI增強(qiáng)信號(hào)和圖像處理、優(yōu)化工作流程以及分析數(shù)據(jù)。

我們能看到的有能夠感知患者何時(shí)處于危險(xiǎn)狀態(tài)的患者監(jiān)護(hù)儀，和可以在手術(shù)過(guò)程中為外科醫(yī)生提供指導(dǎo)的智能內(nèi)窺鏡。毫不夸張地說(shuō)，未來(lái)，醫(yī)院中的每個(gè)傳感器都將具有AI所帶來(lái)的功能。

我們于近期發(fā)布的NVIDIA Clara AGX開(kāi)發(fā)套件將幫助推動(dòng)這一趨勢(shì)。Clara AGX包含基于NVIDIA Xavier SoCs和Volta Tensor Core GPU的硬件以及Clara AGX軟件開(kāi)發(fā)套件，它能夠讓提高醫(yī)療行業(yè)智能化和個(gè)體化程度的智能醫(yī)療設(shè)備變得更加普及。