Área da Saúde e Ciências da Vida

Simplificando a Radioterapia Contra o Câncer com IA

Objetivo

Siemens Healthineers acelera o machine learning de radiação oncológica com servidores NVIDIA HGX.

Cliente

Siemens Healthineers

Caso de Uso

Atendendo às demandas modernas de atendimento ao paciente

Tecnologia

Switch Mellanox EDR Infiniband, NVIDIA HGX-1 com GPUs NVIDIA Tesla e NVLink™, NVIDIA HGX-2 com GPUs NVIDIA Tesla e NVLink

Atendendo à Crescente Demanda por Cuidados Oncológicos

As taxas de incidência de câncer estão aumentando, estimando-se que os Institutos Nacionais de Saúde aumentem 63% nas próximas duas décadas. Para atender à crescente demanda por atendimento ao paciente, os líderes da tecnologia médica estão recorrendo a ferramentas de IA que podem ajudar os oncologistas de radiação a fornecer tratamento individualizado e de alta qualidade com mais rapidez.

A Siemens Healthineers está usando uma infraestrutura de supercomputação baseada em GPU NVIDIA® para desenvolver software de IA para gerar segmentações de órgãos que permitem terapia de radiação oncológica de precisão.

O supercomputador de IA Sherlock da Siemens Healthineers é impulsionado por um cluster de servidores NVIDIA HGX-1 e HGX-2 carregados com GPUs NVIDIA Tesla® V100 Tensor Core. O sistema fornece 24 PetaFlops de desempenho de processamento e 3 PetaBytes de armazenamento NVMe, conectados por uma rede Mellanox InfiniBand de alta velocidade de 100 Gbps, e é usado para executar mais de 600 experimentos de deep learning diariamente.

O ambiente de switches de alto desempenho e baixa latência e o armazenamento NVMe ajudam a manter os servidores GPU em alta utilização para permitir um treinamento mais rápido do modelo.

Aumentando os Workflows de Radioterapia

A radioterapia para pacientes com câncer é um workflow complexo que inclui modelar o paciente, contornar o alvo e os órgãos em risco e simular, planejar e administrar o tratamento.

Uma das tarefas mais demoradas neste processo é contornar (segmentar) os órgãos saudáveis ao redor do tumor de um paciente que precisam ser poupados da dosagem excessiva de radiação.

Tradicionalmente, os oncologistas de radiação contornam o volume alvo do tumor e os órgãos em risco, decidindo quanta radiação deve ser usada para tratar o alvo do tumor sem danificar o tecido normal vizinho.

Para ajudar os oncologistas a desenvolver planos de tratamento de radiação mais rapidamente, a Siemens Healthineers usa syngo.via RT Image Suite, uma ferramenta de software que delineia automaticamente órgãos usando AutoContouring assistido por IA. Treinada em mais de 4,5 milhões de imagens usando o supercomputador Sherlock, a ferramenta de IA delineia automaticamente 47 órgãos, economizando tempo dos radio-oncologistas e facilitando as tarefas de contorno de órgãos em risco.

“O AutoContouring assistido por IA ajuda a economizar tempo e melhorar a padronização no contorno de órgãos em risco”, disse o Dr. Fernando Vega, Chefe de Software e Definição de Conceito para Oncologia de Radiação na Siemens Healthineers. “Isso permite que os radio-oncologistas se concentrem melhor em outros aspectos cruciais do atendimento ao paciente.”

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Organs at risk contoured using syngo.via RT

“A IA está iniciando uma nova era no desenvolvimento de software, onde arquiteturas avançadas de redes neurais, grandes coleções de dados selecionados e enorme poder computacional se unem para oferecer desempenho tremendo e alto valor clínico.”

Dr. Dorin Comaniciu

Vice-Presidente Sênior de Inteligência Artificial e Inovação Digital, Siemens Healthineers

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syngo.via RT Image Suite. Image courtesy of Siemens Healthineers

Aproveitando o Software para Escrever Software

Por trás dessa explosão de IA em imagens médicas está uma nova dinâmica dentro do paradigma de desenvolvimento de software: o advento de software que escreve outro software.

Tradicionalmente, os engenheiros escrevem aplicações do início ao fim, um processo demorado que requer conhecimento especializado em computação de nicho. Agora, com acesso a recursos computacionais poderosos, os algoritmos de IA podem aproveitar dados de treinamento para aprender processos como análise de imagens médicas, sem que cada elemento seja explicitamente codificado por um desenvolvedor.

A Siemens Healthineers, que está envolvida no machine learning desde a década de 1990, está a aproveitar esta capacidade de IA com o seu sistema Sherlock. O supercomputador aprende com o enorme data lake da empresa com mais de 900 milhões de imagens selecionadas, bem como relatórios radiológicos e dados clínicos e genômicos. Até agora, Sherlock levou ao desenvolvimento de mais de 45 aplicações baseadas em IA aprovadas para uso clínico.

“A infraestrutura de supercomputação é essencial para nossos cientistas pesquisadores, a fim de concluir experimentos de treinamento de deep learning em horas, em vez de semanas, e reduzir o tempo necessário para iterar até que a melhor precisão seja alcançada”, disse Gianluca Paladini, Diretor Sênior de Engenharia da Siemens. Healthineers responsáveis pela arquitetura Sherlock. “Atualizamos continuamente o poder de processamento do Sherlock, pois ele nos permite gerenciar projetos de P&D de IA em escala industrial.”