Massachusetts General Hospital beschleunigt die Bearbeitungszeit von Darmspiegelungen mit Intel

Die Forschungsabteilung für 3D-Bildgebung am Massachusetts General Hospital (MGH), in Zusammenarbeit mit Intel, Microsoft und Vectorform, optimierte mit Hilfe von Intel Parallel Studio wichtige Bildverarbeitungsbibliotheken und reduzierte so die Verarbeitungszeit für rechenintensive Dickdarmuntersuchungen von 60 auf 3 Minuten.

Das Unternehmen 

Das Massachusetts General Hospital (MGH) bietet eine hochentwickelte diagnostische und therapeutische Versorgung in praktisch allen Fachgebieten und Subspezialitäten der Medizin und Chirurgie. Das MGH wird von U.S. News and World Report immer wieder als eines der besten Krankenhäuser der Vereinigten Staaten bezeichnet und ist die älteste und größte Lehreinrichtung der Harvard Medical School.

MGH Imaging bietet ein komplettes Spektrum an diagnostischen Tests mit modernsten Bildgebungsgeräten an und hat sich mit seiner Expertise in den folgenden Subspezialitäten hervorgetan: abdominale und interventionelle, Brust-, Herz-, muskuloskelettale, neurologische, nukleare, pädiatrische, thorakale und 3D-Bildgebung.

Bei der 3D-Bildgebung werden Bilder aus Computertomographen und Magnetresonanztomographen verwendet, um realistische 3D-Bilder zu erstellen, die Ärzte zur Visualisierung von Organen und Krankheiten sowie zur Erstellung von Diagnosen, Behandlungen und Operationsplänen verwenden können. Dieses Maß an Genauigkeit erhöht nicht nur die klinische Produktivität, sondern verbessert auch die Patientenversorgung.

Das PRODUKT 

Die virtuelle Koloskopie (VC), auch bekannt als Computertomographie (CT)-Kolonographie, ist eine Computertomographie (CT) des Dickdarms.

Die HERAUSFORDERUNG 

Hochparallele Verarbeitung und virtuelle Darmreinigung in Echtzeit, bei gleichzeitiger Reduzierung der Warte- und Bearbeitungszeiten und Verbesserung der Zuverlässigkeit und Qualität der diagnostischen Bilder.

Die ERGEBNISSE

Die MGH-Forschung zur 3D-Bildgebung erlebte eine 20-fache Beschleunigung (von 60 Minuten auf 3 Minuten) und entwickelte eine hochmoderne, plattformübergreifende Lösung, die eine einzige Codebasis für mehrere Prozessorziele verwendet.

Der IMPACT

Verkürzte Wartezeiten für Patienten und medizinisches Fachpersonal durch mehr Leistung und Zuverlässigkeit sowie eine schnellere Bildverarbeitung und -darstellung.

„Mit der Technologie, die wir in enger Zusammenarbeit mit Intel, Microsoft und Vectorform entwickelt haben, konnten wir die Bearbeitungszeit drastisch reduzieren und die virtuelle Koloskopie zu einem praktischen, effektiven und potenziell lebensrettenden Verfahren zur Darmkrebsvorsorge machen“

Erklärt Hiro Yoshida, Direktor der 3D-Bildgebungsforschung, Massachusetts General Hospital und außerordentlicher Professor für Radiologie, Harvard Medical School

MGH PROFITIERT VON DER NUTZUNG DES PARALLELS

Die virtuelle Koloskopie (VC) ist eine Computertomographie (CT) des Dickdarms, die nachweislich genau genug ist, um präkanzeröse Polypen zu erkennen. Die Forschung zur 3D-Bildgebung des MGH hat erkannt, dass ein erfolgreiches VC-Verfahren in weniger als fünf Minuten und zu geringeren Kosten durchgeführt werden sollte.

Um dieses Ziel zu erreichen, benötigte das MGH eine geeignete Prozessor- und Softwaretechnologie, die eine hochparallele Verarbeitung und virtuelle Darmreinigung in Echtzeit ermöglicht. Die 3D-Bildgebungsforschung erforderte auch die Softwareentwicklungswerkzeuge, die notwendig waren, um eine parallele virtuelle Koloskopieanwendung zu erstellen, die die neueste Prozessortechnologie ausnutzte. Geschwindigkeit und Leistung waren wichtige Anforderungen, um die Warte- und Bearbeitungszeiten ausreichend zu reduzieren und gleichzeitig die Zuverlässigkeit und Qualität der diagnostischen Bilder zu verbessern.

VERARBEITUNGSZEIT BESCHLEUNIGEN

Die Studienergebnisse zeigten, dass die Behandlungszeit beschleunigt werden könnte, um VC zu einer zunehmend effektiven Option für eine wachsende Zahl von Patienten zu machen, die für das Verfahren in Frage kommen. Die Untersuchung der 3D-Bildgebung führte zu einer Leistungssteigerung, die einer 20-fachen Beschleunigung entspricht und die Behandlungszeit von 60 auf 3 Minuten reduziert. Die Produktivität wurde ebenfalls verbessert, so dass das Krankenhaus eine kritische Frist für Demonstrationen auf den Konferenzen der Supercomputing and Radiological Society of North America einhalten konnte. Die Nutzung der plattformübergreifenden Möglichkeiten wurde durch die Verwendung einer einzigen Codebasis für mehrere Prozessoren verbessert.

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Die Verbesserungen und die Verkürzung der Bildverarbeitungszeit haben den Patienten Zeit und Geld gespart.

Intel Parallel Studio und ein strukturierter Workflow-Ansatz ermöglichten die rechtzeitige Bereitstellung von Code, der die Anforderungen an Leistung, Robustheit und Wartbarkeit erfüllt. Dadurch wurden auch die Kosten für eine Darmspiegelung drastisch gesenkt, wodurch das Verfahren komfortabler und weithin verfügbar wurde. Als Anerkennung erhielt die 3D-Bildgebungsforschung des MGH die Auszeichnung „Excellence in Design“ von der wissenschaftlichen Versammlung auf der Konferenz der Radiological Society of North America 2011.

WIE INTEL’S SOFTWARE-ENTWICKLUNGSPRODUKTE DIE LÖSUNG ERMÖGLICHEN

Die Intel Parallel Studio Tool-Suite war maßgeblich an der Verbesserung der Geschwindigkeit der virtuellen Koloskopie-Anwendung des MGH beteiligt, indem sie die Leistungsvorteile von Cluster- und Multicore-Prozessor-Technologien nutzte. Die Suite wurde eingesetzt, um die Anwendung zur Bearbeitung der virtuellen Koloskopie um das bis zu 20-fache zu beschleunigen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden mehrere Komponenten der Intel Parallel Studio Tool-Suite verwendet.

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Die Komponente Intel Parallel Advisor wurde zuerst verwendet. In diesem ersten Schritt wurden die zeitintensivsten Bereiche der Anwendung identifiziert. Der Berater half bei der Klärung, wo die Parallelität am meisten profitieren würde, einschließlich derjenigen, die am meisten von einer signifikanten Reduzierung der Ausführungszeit profitieren können, sei es durch serielle Verbesserungen, Parallelisierung des Codes oder die Verwendung vorhandener optimierter Bibliotheken. Einige Datenstrukturen und Algorithmen wurden modifiziert, und die Faltungsund Kompressionsfunktionen der Intel Performance Primitives (IPP) wurden eingeführt.

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Nach diesem Schritt wurden verschiedene Strategien zur Einführung von Parallelität vorgeschlagen und der Leistungsvorteil jeder einzelnen simuliert.

Für einen bestimmten Vorschlag simulierte Intels Parallel Advisor auch potenzielle Konflikte in den parallelen Regionen (z. B. Deadlocks, Race Conditions). Dies wurde verwendet, um die Korrektheit eines Vorschlags zu bewerten. Alle vom Tool identifizierten Fehler wurden korrigiert. Die Implementierungsleistung wurde mit Intel Parallel Amplifier charakterisiert, während die Genauigkeit mit Intel Parallel Inspector getestet wurde. Inspector wurde dann verwendet, um die nun parallelisierte Einheit zu testen, und bei einigen Gelegenheiten wurden obskure Probleme bezüglich der genauen Art und Weise, wie die Parallelität hinzugefügt wurde, aufgedeckt. Es fand schnell die Ursachen von Abstürzen, die im Quellcode nur sehr schwer zu sehen und mit einem typischen Debugger nur sehr schwer zu beheben waren.

Das Arbeitsprogramm wurde dann mit dem Intel Vtune Profiler charakterisiert. Die Parallelität konnte erkannt und die nächste zu adressierende Stelle ausgewählt werden. Dadurch konnte die Arbeit auf die leistungsstarken Bereiche konzentriert werden.

Intel Parallel Studio integrierte das Parallelmodell, das für die virtuelle Koloskopie-Anwendung hinsichtlich Anzeige, Verarbeitung und Leistung am besten geeignet war. Das Ergebnis war ein paralleler Code, der die Anforderungen des Ziels erfüllte. Gleichzeitig half der strukturierte Workflow-Ansatz den Entwicklern, ihre Leistungsziele schnell und gut organisiert zu erreichen.

Quelle und Abbildungen: software.intel.com
Übersetzung: ritme.com