“隨著智慧醫(yī)院建設的推進，PACS/RIS系統正在承載著越來越多的影像數據，并融合了三維可視化、AI等創(chuàng)新技術，這對于系統性能帶來了極高的要求。新一代系統通過采用英特爾至強可擴展處理器，并進行軟件優(yōu)化，我們有效了提升了系統性能，在此基礎上，我們將以一體化、智能化、專科化為理念，以PACS/RIS產品能力為核心向外延伸，構建智慧醫(yī)學影像解決方案。”

概 述

醫(yī)學影像不僅是臨床診斷的重要依據、醫(yī)學決策的重要指導，同時也有助于幫助患者消除不確定性，提升護理質量。近年來，基于人工智能(AI)、三維可視化等技術的智慧醫(yī)學影像系統得到了快速發(fā)展，相較于傳統醫(yī)學影像系統，其能夠顯著提升醫(yī)學影像的質量，運用智能技術優(yōu)化預約、候診、檢查、結果發(fā)放等流程，從而輔助醫(yī)生提高醫(yī)生工作效率、降低患者的等待時間并提升患者體驗。

東軟推出了基于英特爾架構的智慧醫(yī)學影像信息系統PACS/RIS，該系統提供了覆蓋檢查預約、到診排隊、用藥管理、檢查管理、影像診斷等在內的一體融合全醫(yī)學影像管理能力，可輔助醫(yī)生更好地開展工作。在新一代的PACS/RIS產品中，東軟擴展了AI與可視化等高級能力，并利用第五代英特爾至強可擴展處理器支持三維可視化應用，利用英特爾 高級矩陣擴展（英特爾AMX）及英特爾發(fā)行版OpenVINO工具套件加速AI推理，助力醫(yī)院構建高性能、高可擴展的影像系統。

背景：醫(yī)學影像系統的三維可視化、智能化轉型

通過醫(yī)學影像的三維可視化處理，并融合影像分析、影像重建等技術，醫(yī)務人員可以通過圖像增強、分割、量化、放大縮小、旋轉觀察等方式，從多角度清晰了解到醫(yī)學影像中各結構之間的空間位置關系，在疾病診斷的可視化、術前評估、手術規(guī)劃、手術實時指導等方面發(fā)揮重要價值。

融入AI技術的PACS/RIS系統能夠為醫(yī)學影像提供智能診斷、質量控制、結構化報告等能力的支撐，可幫助降低對于智能醫(yī)學影像檢查設備的依賴，不僅能夠為醫(yī)務人員提供智能診斷建議，而且還有助于提供結構化的知識庫，用于質控、科研和教學工作等環(huán)節(jié)中。

基于三維可視化和智能化的新一代PACS/RIS系統為智慧醫(yī)院的構建提供了有力支撐，但同時也在算力、成本等層面帶來相應挑戰(zhàn)。

?三維可視化、AI推理等工作負載會帶來巨大的性能開銷，未經過專門優(yōu)化的算力平臺很難滿足上述負載在吞吐、時延等方面的要求，因此采用更高性能，且面向AI優(yōu)化的新一代算力平臺勢在必行。

?在CPU與GPU的選擇方面，GPU在性能方面通常具備一定的優(yōu)勢，但是會帶來額外的成本。因此，在成本敏感的場景，部署面向AI推理進行優(yōu)化的新一代CPU有助于降低成本；同時，部分PACS/RIS場景的AI推理具備批處理特性，對AI推理時延性能不敏感，適合采用CPU進行推理。

在此背景下，東軟智慧醫(yī)學影像信息系統PACS/RIS希望采用基于CPU的方案，運行三維可視化、AI推理等工作負載，并通過指令集、軟件等方式進行性能優(yōu)化，在滿足性能需求的同時，提升系統整體的靈活性并降低總體擁有成本(TCO)。

采用英特爾技術加速PACS/RIS新型工作負載運行

東軟智慧醫(yī)學影像信息系統PACS/RIS推薦采用基于第五代英特爾至強可擴展處理器的基礎設施。除了支持數據管理、數據分析等負載之外，東軟還利用第五代英特爾至強可擴展處理器的指令集、英特爾AMX，以及OpenVINO工具套件加速三維可視化、AI推理等新型負載。

第五代英特爾至強可擴展處理器擁有更可靠的性能，更出色的能效。它在運行各種工作負載時均可實現顯著的每瓦性能增益，在AI、數據中心、網絡和科學計算的性能和總體擁有成本(TCO)方面亦有更出色的表現。相較上一代產品，第五代英特爾至強可擴展處理器可在相同功耗范圍內提供更高的算力和更快的內存。此外，它與上一代產品的軟件和平臺兼容，因此部署新系統時可大大減少測試和驗證工作。

圖1.第五代英特爾至強可擴展處理器具備更強大性能

三維可視化效率提升2.45倍6

東軟智慧醫(yī)學影像信息系統PACS/RIS的三維可視化模塊主要采用了體渲染(Volume Rendering)技術，并采用OpenMP與Streaming SIMD Extensions4(SSE4)指令集支持光線合成的實現。SSE4指令集除擴展Intel64指令集架構外，還加入有關圖形、視頻編碼及處理、三維成像及游戲應用等指令，令涉及音頻、圖像和數據壓縮算法的應用程序大幅受益。在執(zhí)行三維可視化任務時，東軟發(fā)現其產品在部分應用中的性能明顯不足。為了化解瓶頸，東軟基于IntelVTuneProfiler，確定了瓶頸函數SafeGradz，該函數主要利用SSE4指令集進行三線性插值從而實現光線上點的梯度計算，通過對于該函數的代碼進行優(yōu)化，東軟提升了三維可視化應用的性能。

東軟測試了在不同英特爾至強可擴展處理器上，PACS/RIS系統的三維重建應用的運行效率。測試數據如圖2所示，在處理器開通4并發(fā)8線程時，英特爾至強鉑金8592+處理器（第五代）的性能相較于英特爾至強金牌6430處理器（第四代）和英特爾至強銀牌4210R處理器（第二代）均有明顯提升，其中相比第二代的提升幅度高達2.45倍7。

圖2.PACS/RIS系統的三維重建應用運行效率比較

AI推理性能提升高達8.49倍8

東軟智慧醫(yī)學影像信息系統PACS/RIS融合了廣泛的AI算法，以提供AI輔助診斷支持與合理化建議，從而輔助提升診斷效率。為了加速英特爾至強可擴展處理器執(zhí)行AI推理的效率，東軟智慧醫(yī)學影像信息系統PACS/RIS采用了處理器內置的英特爾AMX加速器以及OpenVINO 工具套件。

英特爾 AMX針對廣泛的硬件和軟件優(yōu)化，它進一步增強了前代技術—矢量神經網絡指令(VNNI)和BF16，從一維向量發(fā)展為二維矩陣，以便最大限度地利用計算資源，提高高速緩存利用率，以及避免潛在的帶寬瓶頸。OpenVINO 工具套件基于最新一代的人工神經網絡，包括卷積神經網絡(CNN)、遞歸網絡和基于注意力的網絡，可跨英特爾 硬件擴展計算機視覺和非視覺工作負載，從而大幅提高性能。

東軟在第二代/第四代/第五代英特爾至強可擴展處理器上測試了兩個參數大小不同的模型在同步和異步下的性能表現（測試時3種配置CPU均鎖定8核心的內核），其中第四代和第五代處理器均啟用了英特爾AMX。

測試數據如圖3所示，在使用參數量為342,978的較小模型時，以BF16精度在異步模式下執(zhí)行推理為例，英特爾至強鉑金8592+處理器（第五代）的性能相較于英特爾至強銀牌4210R處理器（第二代），推理性能提升高達2.55倍；在使用參數量為31,185,568的較大模型時，以BF16精度在異步模式下執(zhí)行推理為例，英特爾至強鉑金8592+處理器（第五代）的性能相較于英特爾至強銀牌4210R處理器（第二代），推理性能提升高達8.49倍。

圖3. BF16精度下的異步推理性能比較

收 益

基于英特爾架構的東軟智慧醫(yī)學影像信息系統PACS/RIS能夠為用戶帶來如下價值：

?通過融合三維可視化、AI輔助診斷等高級能力，能夠助力醫(yī)生提高工作效率，改善患者體驗。

?系統提供全面的業(yè)務、質量、績效和教科研管理功能，有助于醫(yī)院切實加強影像質量安全管控，實現多維度績效考核，支撐影像教科研發(fā)展。

?系統采用了英特爾至強可擴展處理器，在滿足更高性能需求的同時，具備更高的部署與應用靈活性，可以承擔更廣泛的負載、更有效地控制系統的總體擁有成本(TCO)。

展 望

基于英特爾架構的東軟智慧醫(yī)學影像信息系統PACS/RIS具備高性能、高安全、高可靠等特征，支持高效地運行三維可視化、AI輔助診斷等應用。英特爾、東軟將持續(xù)深化合作，從新一代算力平臺構建和AI應用性能優(yōu)化等方面進行深度合作，加速醫(yī)學影像數據的挖掘和應用，釋放醫(yī)學影像數據的巨大價值。

附錄1：硬件推薦配置（高配）

附錄2：硬件推薦配置（中配）

1 與第四代英特爾 至強 處理器相比的平均性能提升，以SPEC CPU rate、STREAM Triad和LINPACK的幾何平均值為衡量標準。請參閱 intel.com/processorclaims上的 [G1]：第五代英特爾至強 可擴展處理器。結果可能有所差異。

2 與第四代英特爾 至強 處理器相比，取得1.19倍到1.42倍的性能提升（ResNet50v1.5、BERT-Large、SSD-ResNet34、RNN-T（僅BF16）、Resnext101 32x16d、MaskRCNN（僅BF16）、DistilBERT）。請參閱 intel.com/processorclaims 上的[A15-A16]：第五代英特爾 至強 可擴展處理器。結果可能有所差異。

3 請參閱intel.com/processorclaims上的[G12]：第五代英特爾 至強 可擴展處理器。結果可能有所差異。

4 請參閱intel.com/processorclaims上的[G11]：第五代英特爾 至強 可擴展處理器。結果可能有所差異。

5 使用內置加速器在AI、數據和網絡工作負載上進行測量，取得1.46到10.6倍的每瓦性能提升。請參閱intel.com/processorclaims上的[A19-A25]、[D1]、[D2]、[D5]和[N16]：第五代英特爾 至強 可擴展處理器。結果可能有所差異。

6,7 東軟截止至2024年2月的內部測試結果。測試配置：基準配置—英特爾 至強 銀牌 4210R 處理器 @ 2.40 GHz，128 GB總內存；新配置1—英特爾 至強 金牌 6430 處理器 @ 2.10 GHz，512 GB總內存；新配置3—英特爾 至強 鉑金 8592+ 處理器 @ 1.90 GHz，512 GB 總內存；4并發(fā)4線程下圖像尺寸為512*512*111，4并發(fā)6線程下圖像尺寸為 512*512*936，4并發(fā)8線程下圖像尺寸為512*512*5000。英特爾并不控制或審計第三方數據。請您審查該內容，咨詢其他來源，并確認提及數據是否準確。

8 東軟截止至2024年2月的內部測試結果。測試配置：基準配置—英特爾 至強 銀牌 4210R 處理器 @ 2.40 GHz，128 GB 總內存；新配置1—英特爾 至強 金牌 6430 處理器 @ 2.10 GHz，512 GB總內存；新配置3—英特爾 至強 鉑金8592+ 處理器 @ 1.90 GHz，512 GB總內存。英特爾并不控制或審計第三方數據。請您審查該內容，咨詢其他來源，并確認提及數據是否準確。

本文僅用于宣傳英特爾和合作伙伴的科技技術。英特爾不以任何方式宣傳或介紹醫(yī)療機構、醫(yī)療服務，也不為任何藥品、醫(yī)療器械、保健食品等做推薦或證明。