使用NVIDIA Jetson邊緣AI平臺(tái)實(shí)時(shí)分析患者數(shù)據(jù)

臺(tái)北榮民總醫(yī)院正在使用 NVIDIA Jetson 邊緣 AI 平臺(tái)分析透析過(guò)程中的數(shù)據(jù)流。

中國(guó)臺(tái)灣有近 8.5 萬(wàn)名腎臟透析患者。根據(jù)人口密度，這里已成為全球腎臟透析患者比例最高的地區(qū)。臺(tái)北榮民總醫(yī)院（TVGH）正在使用一個(gè)能夠在透析過(guò)程中實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)心力衰竭風(fēng)險(xiǎn)的 AI 模型來(lái)改善這些患者的治療效果。

心血管疾病是透析患者的主要死因。臺(tái)北榮民總醫(yī)院希望通過(guò)其 AI 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型來(lái)緩解這種情況。該模型的準(zhǔn)確率達(dá)到 90%。

該 AI 工具能夠在儀表板上為臨床醫(yī)生顯示用于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的關(guān)鍵因素、檢測(cè)透析機(jī)數(shù)據(jù)流中的異常并立即提醒醫(yī)生和護(hù)理人員進(jìn)行干預(yù)。

NVIDIAJetson邊緣 AI 平臺(tái)等 NVIDIA AI 技術(shù)所提供的模型能夠綜合運(yùn)用透析機(jī)數(shù)據(jù)、患者病歷、測(cè)試結(jié)果和藥物信息，使醫(yī)院能夠?qū)崟r(shí)分析患者數(shù)據(jù)。

該院內(nèi)科部主任 Der-Cherng Tarng 教授表示：“在這個(gè)領(lǐng)域，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和并及時(shí)做出決策可以拯救生命。我們?cè)诿總€(gè)透析器旁都部署了 NVIDIA Jetson 以便在透析過(guò)程中進(jìn)行 AI 預(yù)測(cè)，即便是小型透析中心也能通過(guò)這種經(jīng)濟(jì)、有效的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)洞察?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將該軟件的測(cè)試范圍擴(kuò)大到全島的十幾家醫(yī)院，并向中國(guó)臺(tái)灣的食品藥物管理局申請(qǐng)批準(zhǔn)將該軟件作為醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行臨床使用。

透析期間的檢測(cè)

腎衰竭患者需要通過(guò)透析機(jī)過(guò)濾出血液中的毒素和廢物，他們通常每周需要做兩到三次血液透析，每次透析的時(shí)間在三到四個(gè)小時(shí)。患者可能患有心力衰竭等嚴(yán)重的并發(fā)癥。如果在透析過(guò)程中未準(zhǔn)確設(shè)置一項(xiàng)被稱(chēng)為干體重的指標(biāo)，就會(huì)引發(fā)心力衰竭。

干體重是指一個(gè)人在體內(nèi)沒(méi)有任何額外液體情況下的自然體重。臨床醫(yī)生需要在每次透析后使患者恢復(fù)到干體重。但由于晚期腎病患者的體內(nèi)一般會(huì)有多余的液體，因此他們剛開(kāi)始的體重就高于干體重，使得醫(yī)生只能對(duì)干體重進(jìn)行主觀的評(píng)估。

高估干體重會(huì)引起高血壓，導(dǎo)致心力衰竭等并發(fā)癥或者其他大血管并發(fā)癥。而低估干體重會(huì)使體內(nèi)排出的液體過(guò)多，導(dǎo)致脫水和血壓降低。

因此，臨床醫(yī)生在透析過(guò)程中需要監(jiān)測(cè)多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，包括血流速度、動(dòng)脈和靜脈壓力以及超濾率（表示治療過(guò)程中需要排出的液體量）。

臺(tái)北榮民總醫(yī)院的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具能夠同時(shí)處理這些數(shù)值與病歷、驗(yàn)血結(jié)果和藥物信息，對(duì)多達(dá) 200 組動(dòng)態(tài)生理和透析機(jī)數(shù)值進(jìn)行評(píng)估。這些關(guān)鍵統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及一個(gè)預(yù)測(cè)每個(gè)患者心衰風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)都會(huì)顯示在醫(yī)生和護(hù)士的儀表板上。

該工具能夠使用決策樹(shù)、梯度提升和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種 AI 算法識(shí)別患者數(shù)據(jù)，包括識(shí)別患者數(shù)據(jù)中的異常。它使用來(lái)自 300 萬(wàn)份病歷的數(shù)據(jù)集訓(xùn)練而成。醫(yī)院團(tuán)隊(duì)最近為該工具增加了血紅蛋白水平、胸部X光圖像分析等更多預(yù)測(cè)指標(biāo)。

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將該 AI 的準(zhǔn)確率提高了 95%。

除了預(yù)測(cè)心衰風(fēng)險(xiǎn)外，臺(tái)北榮民總醫(yī)院的 AI 模型還將臨床醫(yī)生對(duì)患者干體重的評(píng)估偏差率降低了 80%，幫助減輕并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。

AI 和邊緣計(jì)算推動(dòng)實(shí)時(shí)結(jié)果

臺(tái)北榮民總醫(yī)院的 IT 團(tuán)隊(duì)采用 SAS Viya 分析引擎和NVIDIA CUDA-X庫(kù)來(lái)開(kāi)發(fā)其 AI 模型。

雖然該團(tuán)隊(duì)的電子血液透析系統(tǒng)可以自動(dòng)記錄透析器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，但在一開(kāi)始仍然需要醫(yī)護(hù)人員每 30 分鐘記錄一次生理測(cè)量數(shù)據(jù)，然后通過(guò)藍(lán)牙連接將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。

臺(tái)北榮民總醫(yī)院團(tuán)隊(duì)（從左至右）：護(hù)理部 Hsin-Ling Tai、內(nèi)科部主任Der-Cherng Tarng、信息部主任Chen-Tsung Kuo、高級(jí)軟件工程師Yuan-Chia Chu和腎臟科主治醫(yī)生Shuo-Ming Ou

該院腎臟科主治醫(yī)生 Shuo-Ming Ou 表示：“在半小時(shí)的數(shù)據(jù)分析間隔期間，患者仍有可能出現(xiàn)導(dǎo)致心力衰竭的并發(fā)癥。因此，我們團(tuán)隊(duì)努力尋找一種可以在毫秒內(nèi)接收和計(jì)算透析機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解決方案?！?/p>

為了在四小時(shí)的透析過(guò)程中利用數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí) AI 推理，該院采用了Aetina 邊緣 AI 入門(mén)組件。這個(gè)組件所搭載的NVIDIAJetson Xavier NX將每秒 21 萬(wàn)億次算力濃縮在一個(gè)功率僅為 10 瓦的小型模塊中。醫(yī)院 IT 團(tuán)隊(duì)使用NVIDIATensorRT軟件優(yōu)化用于在 Jetson 平臺(tái)上進(jìn)行推理的 AI 預(yù)測(cè)模型。

NVIDIA Jetson還通過(guò)將處理流程轉(zhuǎn)移到邊緣，幫助臺(tái)北榮民總醫(yī)院減少主服務(wù)器上的運(yùn)算工作量，騰出資源支持其他 AI 團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練高質(zhì)量的醫(yī)療模型。

除了心衰風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型之外，該院還使用NVIDIAParabricks基因組學(xué)軟件、NVIDIA FLARE聯(lián)邦學(xué)習(xí)工作流程以及NeMoMegatron自然語(yǔ)言處理框架加速其他 AI 項(xiàng)目。

審核編輯：湯梓紅