近日，第六屆“英特爾杯”全國并行計算挑戰(zhàn)賽（PAC）在青島圓滿落幕，該大賽自2013年創(chuàng)辦已連續(xù)成功舉辦六屆，是全國范圍內(nèi)（含港澳臺）最大規(guī)模的并行挑戰(zhàn)賽，英特爾作為大賽聯(lián)合主辦方，為大賽提供了計算平臺以及相關(guān)培訓(xùn)，幫助選手順利進行并行程序的開發(fā)以及優(yōu)化。

今年的PAC大賽有三個分類：并行優(yōu)化，HPC（高性能計算）應(yīng)用，AI（人工智能）應(yīng)用。在眾多的參賽項目中，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生導(dǎo)師、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究室主任安虹教授指導(dǎo)的選題為DSU-Net的項目吸引了大眾的眼球，讓AI在輔助醫(yī)療方面大顯身手。

近兩年，AI在醫(yī)療影像領(lǐng)域取得諸多突破，已經(jīng)可以幫助醫(yī)生看片，診斷宮頸癌、乳腺癌、食管癌、肺腫瘤等疾病。DSU-Net項目提出一種新型的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）模型實現(xiàn)對宮頸癌放療靶區(qū)的自動勾畫。宮頸癌是一種早發(fā)現(xiàn)，早治療可以治愈的腫瘤。中國是世界上宮頸癌發(fā)病率最高的國家，約占世界新發(fā)病例的1/4。近年來，我國宮頸癌的發(fā)病呈現(xiàn)年輕化趨勢。目前放療是宮頸癌主要的臨床治療手段，其中包括四個過程：影像采集、靶區(qū)勾畫、放療計劃制定及優(yōu)化和放療計劃實施。DSU-Net項目旨在精準(zhǔn)地勾畫出腫瘤的臨床靶區(qū)（Clinical Target Volume，CTV）和危及的正常組織器官（Organ at Risk, OAR），提高放療計劃中照射范圍和劑量的制定，使醫(yī)生從繁瑣重復(fù)的閱片和勾畫工作中解脫出來。

宮頸癌放療靶區(qū)的深度學(xué)習(xí)模型-預(yù)測結(jié)果

一直以來，腫瘤CTV和OAR的勾畫通常由放射科醫(yī)生手工完成，這不僅對醫(yī)生造成很重的工作負擔(dān)，還會因為惡性腫瘤易轉(zhuǎn)移、浸潤性生長等特性導(dǎo)致誤診和漏診。安虹老師帶隊研發(fā)的宮頸癌CTV和OAR精準(zhǔn)自動勾畫計算機輔助系統(tǒng)，在算法方面，提出了基于深度監(jiān)督機制的全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（DSU-Net），能夠?qū)m頸癌CTV和OAR進行精準(zhǔn)勾畫。“目前深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，宮頸癌放療靶區(qū)自動勾畫這個項目的核心技術(shù)其實主要是高性能計算系統(tǒng)和軟件的并行優(yōu)化技術(shù)”，安虹老師表示，“龐大的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜多變的模型對計算機系統(tǒng)的計算能力提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。該項目的重點在于如何優(yōu)化系統(tǒng)來實現(xiàn)高性能計算，項目整套系統(tǒng)全部采用英特爾至強可擴展處理器構(gòu)建的多機多路多核系統(tǒng)，訓(xùn)練、計算、勾畫都在上面完成?！边@項成果應(yīng)用于臨床，一方面可以降低誤判、誤診率；另一方面醫(yī)生能夠?qū)⒕Ω嗟赝度氲揭呻y的影像信息分析診斷中去，這對提升宮頸癌放療效果具有重要意義。

英特爾至強融合可擴展處理器

選擇英特爾的全CPU平臺，主要有幾個原因：

CPU系統(tǒng)易于搭建和使用，運行和維護成本低，易于普及。

CPU系統(tǒng)具有通用性和可擴展性好的特點，易于適應(yīng)臨床應(yīng)用中各種各樣復(fù)雜的計算任務(wù)和不同的深度學(xué)習(xí)模型，可以根據(jù)模型復(fù)雜度的需要靈活擴展節(jié)點數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)的伸縮。

CPU系統(tǒng)可訪問更大的存儲空間，易于滿足大數(shù)據(jù)量醫(yī)學(xué)影像處理的需要。實驗結(jié)果表明，當(dāng)DSU-Net采用8臺雙路至強服務(wù)器作為參數(shù)服務(wù)器，勾畫精確度要高于U-Net、FCN等醫(yī)療影像分析中常用的分割網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)達到了96.13%的精確度，可以獲得接近線性的加速比。該系統(tǒng)進行宮頸癌臨床靶區(qū)勾畫時，6分鐘就能完成醫(yī)生需要不間斷工作2-3小時完成的工作量，已能很好滿足臨床需求。

從2018年3月至今，歷時8個月的PAC大賽終于圓滿落幕，英特爾深度參與到了賽前培訓(xùn)、線上答題、預(yù)選賽、決賽等各個環(huán)節(jié)，普及和培養(yǎng)學(xué)生的并行計算思想和并行計算系統(tǒng)能力，同時還挖掘出多個行業(yè)最佳應(yīng)用，將“國之重器”超算盡其用，讓中國制造發(fā)其聲，讓超算助推實現(xiàn)強國夢。