倫敦國王學院的研究人員使用 NVIDIA Cambridge-1 超級計算機和 MONAI 打造一個開源合成大腦圖像寶庫，加速了 AI 在醫(yī)療健康領域的應用。

Jorge Cardoso 擁有很多頭銜，但他確實名副其實，因為他有很多“大腦”。確切地說，總共有十萬個。

Cardoso 是教師、CTO、企業(yè)家，也是 MONAI 開源聯(lián)盟的創(chuàng)始成員以及醫(yī)學影像 AI 領域的研究人員。作為上述最后一個角色， Cardoso 和他的團隊發(fā)現(xiàn)了利用 AI 創(chuàng)建高分辨率的人腦真實 3D 圖像的方法。

這位倫敦國王學院的研究人員兼?zhèn)惗?AI 中心的 CTO 為醫(yī)療健康研究人員免費提供了 10 萬張合成大腦圖像。這是一個寶庫，可以加速人類對癡呆癥、衰老或各類腦部疾病的認知。

加速 AI 在醫(yī)療健康領域的應用

“過去許多研究人員避免涉足醫(yī)療健康領域，因為他們無法獲得足夠多良好的數(shù)據(jù)，但現(xiàn)在可以了，” Cardoso 說。

“我們希望將 AI 研究引入醫(yī)療健康領域。”他說。

與全球最大的免費大腦圖像庫相比，這是一筆重大捐贈。UK Biobank 目前保存著來自 5 萬多名參與者的多張大腦圖像，估計成本為 1.5 億美元。

面向科學領域的合成數(shù)據(jù)

這些圖像代表了合成數(shù)據(jù)在醫(yī)療健康領域的一個新興分支。合成圖像此前已經廣泛應用于消費者和商業(yè)應用的計算機視覺領域，而實際上這些領域本身已有包含數(shù)百萬張真實圖像的開放數(shù)據(jù)集可供使用。

相比之下，醫(yī)學領域可供使用的真實影像反而稀缺。出于保護患者隱私的需要，醫(yī)學影像通常僅供與大型醫(yī)院相關的研究人員使用。即便如此，這些影像往往也只能反映醫(yī)院所服務的人群，而非范圍更廣的人群。

這種新型 AI 方法的重要特征是，它可以根據(jù)需要制作圖像。女性大腦、男性大腦、老年人的大腦、年輕人的大腦、患有疾病或健康的等等，只需插入所需內容，系統(tǒng)就會進行創(chuàng)建。

雖然這些圖像是模擬生成的，但非常實用，因為它們保留了關鍵生物特征，所以外觀和運作方式與真實大腦高度相似。

在 Cambridge-1 上使用 MONAI 進行擴展

這項工作需要可以運行超級軟件的超級計算機。

NVIDIA Cambridge-1 是致力于在醫(yī)療健康領域取得突破性 AI 研究的超級計算機，充當引擎。MONAI 是用于醫(yī)學成像的 AI 框架，充當軟件燃料。

它們共同創(chuàng)建了用于合成數(shù)據(jù)的 AI 工廠，讓研究人員能夠運行數(shù)百個實驗、選擇最優(yōu)的 AI 模型并運行推理以生成圖像。

Cardoso 說：“如果沒有 Cambridge-1 和 MONAI，我們不可能完成這項工作，一切都不會發(fā)生。”

海量圖像，速度提升高達 10 倍

NVIDIA DGX SuperPOD Cambridge-1 配備 640 個 NVIDIA A100 Tensor Core GPU，每個 GPU 均具有足夠的顯存，可以處理團隊海量圖像中一或兩張包含 1600 萬個 3D 像素的圖像。

MONAI 的基礎模組包括特定領域專用的數(shù)據(jù)加載程序、指標、 GPU 加速轉換和經過優(yōu)化的工作流引擎。Cardoso 表示，該軟件的智能緩存和多節(jié)點擴展最高可將作業(yè)加速 10 倍。

他還稱贊了 cuDNN 和“助力我們提高工作效率的整個 NVIDIA AI 軟件棧。”

不僅僅是大腦

Cardoso 正與國家級資源庫英國健康數(shù)據(jù)研究所合作，托管 10 萬張大腦圖像。這一 AI 模型也將提供給研究人員用于創(chuàng)建所需的圖像。

不僅于此，團隊還在探索這些模型如何在醫(yī)學成像模式下(MRI、CAT 或 PET 掃描等)為人體任意部位生成 3D 圖像。

“事實上，這項技術可以應用于任意體積圖像，”他說。Cardoso 還指出用戶可能需要針對不同類型的圖像來優(yōu)化模型。

前景無限

一提到合成圖像技術的應用前景， Cardoso 便暫時從繁雜思緒中抽離出來，開始熱情地介紹。

合成圖像將幫助研究人員了解疾病如何隨時間推移而發(fā)展。與此同時， Cardoso 的團隊仍在探索如何將這項工作應用于大腦以外的身體部位，以及何種合成圖像(MRI、CAT、PET)更實用。

這些可能性令人雀躍，而且，正如 Cardoso 的許多角色一樣，“它可能有點讓人不知所措，”他說。“我們現(xiàn)在可以開始思考很多不同的事情。”

原文標題：ISC22 | 擁有 10 萬個“大腦”的人： AI 對科學的豐富饋贈

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審核編輯：湯梓紅