5G移动网络,区域运算中心模式对医疗领域设计的影响

 2018年春季CMEF展会,“人工智能”应该是热度最高的词条了,恰如一夜春笋,各大医疗器械厂商,莫不宣称在智能相关领域进行投入并取得的成果,从PET到MR, 再至超声、监护、生化分析等,凡需由“算法、数据处理”支撑的设备,均趋向于与智相关联。

既然“人工智能”是为趋势,那日趋复杂的算法,几何级增长的数据处理,如何在当前医疗设备计算力技术条件下得以实现?

设备越来越趋于小型化灵巧化,让度更多的空间与医务人员和患者。在此发展趋势下,除去提升单位面积运算力的技术升级,可否有其他模式上的创新能够相对快速地响应“计算力需求增长”与“小体量”机型间的调和?

当前,提升单位运算能力的、更窄7纳米制程的芯片及多层制程的芯片技术研发均在美国,韩国,国内绝大多数医疗器械不具备“计算力”技术升级的技术储备;具体到一些公司实际项目研发,各产线当前运算量状态下,整机所需内部空间体量大小和功耗大小已不同程度的成为了硬件平台较为明显的掣肘,并附带产生了诸如:散热、抗干扰性、易安装维护性等多方面的一系列技术问题。

如果能像科幻电影星际战舰里一样有一个独立的运算中心,彻底去除掉设备主机机箱会是什么样的状态?

很自然,映照入现实的就是当前网络游戏服务器:大量运算在服务器机组运行,终端一部小体量手机就能妥善处理高精度的及时游戏数据,至于运营维护,除去定期更新软件Bug,基本不影响终端客户体验。那医疗器械领域可否借鉴此模式进入真正的人工智能模式诊疗时代?

或许超级计算机组技术和5G甚至是未来的6G移动通讯技术会给我们借势飞跃的机会。恰巧,此两领域亦是我国重点扶持发展,拥有大部分自主核心技术并领先于国际的前端领域。

超级计算机

 

人工智能成名之战应属AlphaGo对战李世石了,不过我们一般人看到的与李世石对战的是在电视台直播里那台小电脑,没看到的是后面庞然大物般的超级计算机组。

目前我国的超级计算机主要有银河、天河、曙光、神威四个系列,除了军用的“银河V”和“神威Ⅱ”(在研)之外,主要应用方式都是租用。租用对象主要是高校、科研院所、商业企业等。

与中国超级计算机速度排名第一相对照的是—-硬件很牛逼,软件很颓废—-我国在超算应用方面严重落后。这对于民用应用类开发亦是机遇,可以行成强势的技术与市场需求互补。譬如生物医疗领域的应用,通过在基因上的检测应用,对人体血流计算与疾病判定等,还有就是在新的人工智能上越来越强大的广泛作用。

“天河一号”支持华大基因开展大规模生物基因处理及数据存储:开发了基于GPU的高效基因测序处理软件,并利用该软件进行了3000株水稻的基因组重测序分析,短序列比对程序相对于之前应用的CPU版本速度提高15倍,且输出格式不需要在进行转换,降低了I/O消耗;开发完成了基于天河系统的群体基因型高分辨率分析软件,使用“天河一号”的Gaea软件15个小时便能完成人类64X的WGS数据所有分析过程,等等。

2016年推出的寒武纪1A处理器(Cambricon-1A)是世界首款商用深度学习专用处理器,面向智能手机、安防监控、可穿戴设备、无人机和智能驾驶等各类终端设备,在运行主流智能算法时性能功耗比全面超越CPU和GPU,在2017年德国柏林国际电子消费品展览会(IFA)上华为公司发布的全球首款移动AI芯片采用的就是寒武纪的方案。

5G网络

5G网络主要有三大特点,极高的速率 enhanced mobile broadband (eMBB),极大的容量 Massive Machine Type Communication(mMTC),极低的时延Ultra Reliable Low Latency Communications(URLLC)

高速率

5G要做到的目标是最大几十Gbps(defined by METIS)。

高速率的数据传输大大超过了WiFi网络,甚至是数据存读硬盘速度,使云端计算,存储对比本地运算更具优势(类似于终端下载类游戏逐渐被网页游戏取代),使低资费率下大数据量的实时传输成为可能(成本可接受)。

大容量

多节点终端支持

功耗问题是困扰着物联网技术发展的最大障碍,因为物联网的节点太多,而且由于受很多条件的限制,终端没有办法充电,只有通过初次装入电池,寄希望于终端自身能够节省电能,使用越久越好。映照入医疗器械领域,5G通过降低信令开销使终端更加省电,使用非正交多址技术以支持更多的终端接入。这就使得医疗设备终端部分同样可以更低功耗的联入更多节点,使得将一片区域内(譬如整个华南区)所有终端组网联入同一个运算中心,整体运营,形成实时大数据平台成为可能。

低时延高可靠

LTE网络的出现使移动网络的时延迈进了100ms的关口,使对实时性要求比较高的应用如游戏,视频,数据电话成为可能。而5G网络的出现,将会使时延降到更低,达到几ms级别,这就使得对时延要求极致的医疗应用:基本完全同步的稳定的实时图像、参数数据演示提供了技术实现保障,组网终端设备远程同步医疗得以真正具备推广基础,或许一把无线探头进入社区进行全科普查项不久就会成为现实。

 

独立运算中心+终端设备组网运营概念医疗模式

以医院为主体,总院设立运算中心,连同各附院所有科室终端设备组网,形成智慧型医院。阿里、腾讯系共享医院概念及借助自身云计算平台资源优势进行互联网思维运营模式,值得关注。

以企业为主体,设立以地域划分的区域服务器,联接自售设备终端形成区域网络平台,以服务器组形式维护运营,甚至改变售卖终端为平台服务项的持续盈利模式。从单一模块业务(如超声影像)逐步组合并联成某诊断筛查(如妇科产前检查)全领域、流程项的诊疗平台。

此模式的可期优势在于:

  • 借助超算机组,极大解放整体的平台运算力,数据联网分析积累,为人工智能演化提供基础,提高诊疗能效。
  • 消除终端设备主机,集中、独立空间放置的服务器硬件平台可以整体创造合适的空间解决屏蔽,散热,维护,运输等系列问题,并基本不影响用户端使用,同时模块集约化利于平台不断扩充完善。
  • 极大提升客户终端人机功效上的操作体验,让度更多诊疗空间,超便捷的携带、移动性,运算模块基本零噪音,显示界面等等。
  • 助推远程诊疗,教学的实现,普及,社区服务等。
  • 改变盈利模式,将终端设备售卖转换为服务平台,一旦领先布局完成,将筑起极高的领域护城河,极大降低后续版本,功能升级统一维护更新处理。

执行风险:前无可借鉴同行业业务建设经验,相关基础技术(5G)成熟度及资源整合导入未知障碍;前期巨额相关资源投入、支持。以超声影像为例,或许以一款可便携携带的PAD超声仪(类比GE,Vivid™ iq机型,基座空间节省一般以上,运算能力超越台式主机)为研发切入点,尝试5G移动网络下小型组网营运的可实现性具备预研的可操作性。

随着越来越多的互联巨头进入医疗领域(如近期阿里系借助万东医疗收购百胜影像),手握优势云计算平台资源与物联网运营市场的模式思维,在人工智能热潮的催生下,跨领域竞争已然显现。

大润发创始人黄明端感叹:“我战胜了所有对手,却输给了时代”,当变革的浪潮袭来唯有不断自我革新才能暂不被甩于沙滩,2018CMEF春季医疗器械展,面对于满目的”智能”概念,得有小思,也望激起行业内专家思辩指正。

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