早在1880年代，醫(yī)學(xué)界已使用內(nèi)窺鏡和大腸鏡檢查人體內(nèi)部情況，由專家分析醫(yī)療影像，但診斷有時會因人為錯誤和后臺因素出錯。

隨全球城市人口增長，內(nèi)科疾病個案數(shù)字急速上升，公眾對診斷專家的需求殷切，單在數(shù)量上培訓(xùn)專家并不足夠。病理學(xué)家須長時間接受訓(xùn)練、努力不懈，透過觀察顯微鏡和侵入性測試，方能辦別腫瘤組織。深度學(xué)習(xí)﹝Deep Learning﹞有助醫(yī)療觀測診斷的方法更上一層樓。

深度學(xué)習(xí)的底蘊

與一般機器學(xué)習(xí)﹝Machine Learning﹞相比，深度學(xué)習(xí)是更進一步模仿人類的思維方法。人類腦部神經(jīng)元是相隔若干距離，仍然互相連結(jié)，迅速處理及傳遞訊息。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)﹝Artificial Neural Networks﹞則利用層次組合、連結(jié)和方向，來傳遞數(shù)據(jù)。

每個人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層，要負(fù)責(zé)不同工序。當(dāng)數(shù)據(jù)由第一層出發(fā)，每層都進行一項工序，直到最后一層，數(shù)據(jù)就成為整個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的洞見。在分析醫(yī)療影像的應(yīng)用上，通常需要約100個這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層，方能識別并分類來自數(shù)百萬圖像的特征。

業(yè)界深知人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上有巨大潛力，但要一部機器像人類一樣“思考”，須增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)去處理數(shù)據(jù)，耗用龐大的運算資源。新的IBM POWER Systems，為局面帶來轉(zhuǎn)機。最近，香港生產(chǎn)力促進局(生產(chǎn)力局)的汽車及電子部便引入有關(guān)系統(tǒng)，進行深度學(xué)習(xí)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究。

POWER推動機器學(xué)習(xí)

要使用數(shù)以十萬計醫(yī)療影像，去訓(xùn)練一個人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行深度學(xué)習(xí)，工作一點不簡單，需要強大的影像處理組件、高容量記憶體，及穩(wěn)定可靠的平臺。

若使用區(qū)域性卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)﹝Regional Convolutional Neural Networks﹞，處理不規(guī)則影像，每個影像會被分拆為數(shù)以千計的小區(qū)域，每區(qū)會產(chǎn)生數(shù)千項數(shù)據(jù)，讓系統(tǒng)計算它們之間是否相似。

若用非線性方法，拆解分析不規(guī)則的數(shù)據(jù)，需要強大的運算能力。尤其當(dāng)病人性命攸關(guān)，更需要強大的系統(tǒng)，大幅縮短深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練時間，由若干星期縮至若干小時內(nèi)完成。

影像的處理同樣重要。生產(chǎn)力局的研究隊伍，使用大量人體異常組織的影像，例如已劃分區(qū)段的腺體組織影像，讓系統(tǒng)深度學(xué)習(xí)，判斷不同細(xì)胞的大小、形狀，及相對于其他細(xì)胞的位置，提高辨識能力。

今次使用的IBM平臺，提供分散式系統(tǒng)，可同時支援多個圖形處理器﹝GPU﹞。若有圖形處理器處于閑置狀態(tài)，資源可開放供機構(gòu)其他同事使用，提高營運效益，讓他們同步處理多個不同項目。

平臺穩(wěn)定性十分重要，因為計劃目標(biāo)是支援病理學(xué)家研究，不能在數(shù)據(jù)完整性、系統(tǒng)故障上帶來困擾。

加速架構(gòu)致勝關(guān)鍵

生產(chǎn)力局所采用的IBM S822LC伺服器系統(tǒng)的高效能運算﹝HPC﹞平臺由IBM開發(fā)，并運用了NVIDIA的 NVLink 圖像處理器 (GPU) 介面。

NVLink技術(shù)在中央處理器﹝CPU﹞與圖形處理器之間，提供高頻寬、低延遲的連結(jié)，高容量頻寬是PCIe的2.5倍。四個NVLink圖形處理器，加上雙重POWER8中央處理器，為深度學(xué)習(xí)提供穩(wěn)定可靠的平臺。

這套尖端的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)經(jīng)由IBM Lab部署安裝，讓生產(chǎn)力局研究隊伍采用更快的新方法，處理影像數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)，為協(xié)助香港醫(yī)療拆解健康密碼，邁出新的一步。