【英特爾王鵬分享】「雲邊協同」架構,為智慧康養帶來新變革

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IEEE x ATEC

IEEE x ATEC科技思享會是由專業技術學會IEEE與前沿科技探索社區ATEC聯合主辦的技術沙龍。邀請行業專家學者分享前沿探索和技術實踐,助力數字化發展。

隨AI技術的不斷深入發展,醫學人工智能應用如雨後春筍般迅速湧現,在醫療領域遍地開花。AI具有智能化、自動化的特點,能夠通過強大算力解鎖複雜數據、處理海量數據,在醫學變革過程中發揮着無與倫比的重要作用。IEEE x ATEC科技思享會第三期會議特邀四位嘉賓圍繞「AI驅動下的醫學變革—從生命科學到醫療管理」獨立TALK。

以下是英特爾中國研究院副院長、IEEE WIE北京分會技術主席王鵬老師的演講《面向智慧康養的運動能力評估、篩查和交互》。

演講嘉賓 | 王 鵬

英特爾中國研究院副院長

IEEE WIE北京分會技術主席

《面向智慧康養的運動能力評估、篩查和交互》

大家好,非常感謝IEEE x ATEC科技思享會的邀請。我是來自於英特爾中國研究院的王鵬。今天給大家介紹一下我們圍繞系統康復訓練做的一些工作,希望以後有機會也能跟大家做一些深入的技術交流。

首先介紹一下我自己,我博士期間主要圍繞多媒體和人機交互。我在二十多年前所做的工作是基於內容的視頻理解和分析。今天我們看到很多視頻網站、短視頻和視頻編輯在這方面的應用非常廣泛。我工作後主要是在工業界實驗室做一些科研創新和商業落地,基本上每隔幾年就會調整一下技術方向,比如2010年時做過跟增強現實有關的一些工作Augmented Reality,之後幾年也做過一些可穿戴設備、服務機械人的雲平台融合的創新。最近兩年,我圍繞智慧健康這一領域做一些合作。

除了科研背景、工作經歷外,我業餘時間也會參與一些社區和志願者的活動,包括像IEEE全球的工程師協會,中國計算機協會CCF, 還有像LeanIn這樣的一些女性領導力的圈子,主要是推動一些多元化和包容性方面的工作。

先介紹一下英特爾。英特爾這家公司可以說是數字世界的底層基礎設施的支撐。它的商業模式是把沙子這樣地球上最普遍的元素變成數字世界當中支撐比特運算的引擎,它於1968年成立。大家最熟知的摩爾定律實際上是一個經濟定律,或者說推動處理器穩定持續進步的一個標準,也是一個半導體行業創新的一個起點。

在最近一兩年,英特爾提出來了IDM2.0 的新戰略,Integrated Design And Manufacturing, 相繼也投資了幾百億美元建設新的晶圓廠,擴大代工業務,這也是一個非常重大的轉型。事實上,英特爾對於轉型非常富有經驗。如在1985年,英特爾在存儲器市場萎縮的情況下,也做出了轉戰微型處理器領域的決定。這也是一種歷史的傳承和公司文化的自我更新。

從產品上來說,英特爾的產品不只是做CPU,也包括主板、芯片組、網卡、閃存、GPU,包括嵌入式處理器,以及通信運算有關的產品。在當下時代,算力是新型生產力,怎麼樣節約算力節點和節點之間的傳輸延遲、降低服務器的功耗,也是英特爾在努力打造的競爭力。

英特爾跟醫療健康領域有着一定的淵源。我們的領導層,英特爾董事會主席,現任主席奧馬爾·伊什拉克先生,他曾經任美敦力董事長和兼任首席執行官。美敦力,作為一家醫療器械的製造商,為包括像心臟、血管、呼吸系統、糖尿病等疾病提供技術和解決方案。奧馬爾也認為,英特爾在轉型期間,從XPU這樣的一種產品服務(涵蓋多種計算單元這樣一種產品的組合),可以充分利用市場的變革機遇擴展到其他新興的領域。英特爾全球有12萬左右員工,其中有五個地區和國家的人數大於1萬人,包括美國、中國大陸、馬來西亞、印度和以色列。

關於醫療健康的一些西方的數字統計和現狀。我們知道美國在醫療保健上的花費超過了GDP的18%,是發達國家平均水平的兩倍多,有將近三分之一的成年人患有慢性疾病,而且這種慢病的併發症數量比較多、治療費用也很高;同時65歲以上的人數已經超過了5歲以下的嬰幼兒,這些挑戰也會導致2030年全球的醫療保健工作者出現巨大的1500萬人的缺口。

在歐美國家嘗試解決醫療資源短缺這樣的問題,尤其有幾個方向是我們值得關注的。第一個方向是人和機器之間的協同,包括我們可以看到像手術機械人、康復機械人,還有像藥房機械人等等。另外一方面,遠程化和無人化也是一個趨勢,包括像遠程診斷、遠程會診、遠程監控等等。醫生和醫生之間的溝通手段,還有醫生和患者之間的協作或者說一些醫學知識的普及,也越來越多的去利用增強現實、虛擬現實的一些技術手段,去對治療方案進行討論、進行講解,去對一些康復訓練包括像安寧療護當中怎麼樣幫助患者去減輕疼痛,克服焦慮等等,都有很多的常識。

關於英特爾中國的一些業務布局。中國是除美國市場之外最全面的部署,現在英特爾中國的營收已經佔了全球營收的30%左右,英特爾的成都工廠是芯片的封裝和測試基地,全球半數以上的移動處理器和半成品的晶片都是英特爾成都基地生產的。

英特爾中國研究院的博士和博士后的比例有將近70%。英特爾亞太研發中心的大本營在上海,員工人數超過3000人,90%為研發人員。英特爾資本從1998年以來,投資了170多家中國的企業和公司,總金額也達到了25億美元。

其中關於未來醫院和解決方案方面,我們也有自己的展示中心。一方面大家可以在線上掃碼訪問,看到對於智慧醫療的新世界當中,包括影像、製藥、腦科學,都有我們的典型案例。另外一方面,我們也看到在幾個維度方面,「雲邊協同」架構,可以支撐起多種不同場景的醫療數字化變革,包括像 「醫院集團」雲、「互聯網+健康」雲、遠程醫療協作雲、「衛生管理及協同機構」雲等等,我們都可以去解決如何提升醫學影像檢查的分析處理速度,包括邊緣側如何實時處理敏感數據,以及在雲端我們怎樣基於海量數據去訓練模型,怎樣把數據的預處理,還有數據的分析、病人的信息同步,能夠上傳到雲端。在這方面,因為計算存儲和網絡這樣的一些全系列的產品,我們在這種基礎算力存儲性能AI加速方面都有非常多的組合的推薦。

談到中國的醫療健康轉型和數字化升級也有一些統計數據。一方面中國是全球規模最大的、技術最先進的5G獨立服務的網絡建設。另外一方面,國內的信息化水平,尤其是區域醫療信息化水平還遠遠落後於發達國家。我們可以看到在一些創新應用當中,排名靠前的包括像健康管理、遠程診斷、急診救治,對於雲計算本身,也是能夠賦能核心的醫療建設。提高信息化的資源配置效率,包括像在醫療的平台化、生態化轉型的大背景下,雲計算的應用也非常重要。目前可以看到雲計算的應用已經超過了三分之二。數據的價值本身開發需要時間,同時因為醫療數據的特殊性敏感,各個醫院和主體之間的信息共享開放問題其實也是一個需要解決的挑戰。

在這方面,英特爾中國研究院以及北京市朝陽醫院,也共同去聯合推動和建設、實踐方面的一些示範應用、典型的前沿技術。朝陽醫院專家也提到在醫療科研實踐當中,尤其是智能感知這樣的研究方向上,我們可以共同探討急診醫學數字化轉型的一些需求,包括以機械人為載體,把健康管理、急救、康復延伸到家庭社區,共同打造連續性醫療體系,構建數字化醫療的新生態。

在今年四月份,該戰略合作正式對外發佈。接下來想給大家介紹一些英特爾中國研究院圍繞着數字化轉型做的一些成果、一些核心創新。英特爾中國研究院是如何去做產品和技術轉化的例子,包括像雲基站,像愛迪生這樣的科學家系列的可穿戴芯片,也包括像AI 技術,在環保、在科技向善當中的一些實力。歡迎大家多多交流一些技術細節。

接下來我想圍繞着今天的一個案例,即智慧健康養老產業當中,我們在政策導向下怎樣去定義一個研究課題。首先也是看到像工信、民政,還有國家衛健委三部門聯合印發的行動計劃,計劃提出要打造智慧化的解決方案,包括像創新互聯網+、互助養老、如何提高老年人運動能力的評估技術手段。

我們也向世衛組織統計過,跌倒大約是三分之一的老年人意外死亡的一個重要原因。跌倒只是發生在一瞬間,但卻給患者還有家人帶來的長期持續的負面影響。我們看到這樣一個需求和政策指導,圍繞着這方面去和領域專家探討,有什麼樣的AI技術可以減輕我們從業者的負擔、可以幫助提高患者在跌倒的風險評估方面的一些工作。

從規範、從評估的多維度測試環境下來看,一方面它是一個綜合評估的規範,裡邊適用於各級各類的醫療機構,包括像養老院、社區和居家老人。另外一方面,它從軀體的功能、疾病、用藥、認知、抑鬱狀態、居家環境等多個方面去做評估。以往都是靠評估師通過提問填表完成這種評估,它有很多問題很多局限包括保存、回溯、持續更新、共享等。我們也看到,在這種評估當中,軀體功能的測試實際上是非常適合用計算機視覺和人工智能的一些算法去輔助完成的,可以解放評估師、解決人力不足的問題,同時也能夠在多種場合打通形成數字化的評估結果,這是一方面。因此我們定義了一個項目,這個項目叫PROJECT VITAL :Visual Analysis based Motion Ability Evaluation。這個項目本身其實是希望能夠解決一些費時費力、執行上缺乏統一的問題。同時我們是和山東省智慧康養共同體泰安中心醫院合作,泰安中心醫院本身在康復科、護理科,從主任這邊也很認同我們的一些科研創新的課題,他們也是支撐幫助我們去設計這個外投項目當中具體的交叉學科的創新的算法的設計。同時我們看到這樣的一種思路不只可以用在老年人跌倒風險的評估,也可以應用在包括分診、脊柱側彎的評估,包括像褥瘡、ICU等一些場景中提到的需求。

這裡我們也給大家展示一下,目前在評估師使用的一個可視化工具。評估師本身基於這樣的一個應用程序,它可以去按照規範的標準動作去邀請患者完成從站立位到坐下位,甚至於行走位,包括蹲下位等等這樣一些符合民政部的一些標準的動作。在動作執行過程中,有現場的攝像頭拍攝動作完成的情況。有計算機視覺的人體的關鍵骨骼點的檢測算法去做定量的一些分析,最終和專家評估的一套知識庫做比對,目前這種測試能達到96%和專家判斷一致的結果。

這個標準本身規定是要有16個測試打分出來,這樣的測試打分分別從靜態平衡能力、動態平衡能力、姿態步態平衡能力,去描述刻畫目前的跌倒風險患者的風險高低程度。這是評估師使用的一個交互界面。

有了這樣一個插件以後,我們如何去集成到現有的一些慢病管理系統。也是嘗試和聯想做的一次慢病管理系統,聯想的健康雲後台打通,我們是作為一個插件,單獨把這樣一個評估功能對接進來。每一次慢病管理系統的使用方用戶,他可以去更新他在1個月、3個月、半年,他的跌倒風險的回溯。同時,後台的醫護人員,包括康復科、治療科、護理科,也可以看到具體的一些評估細化的定量數據。這是我們目前做的一個原型系統。

在做這樣的一個實踐當中,我們也發現AI算法本身對於賦能傳統的行業領域非常重要的一點就是如何在領域專家和AI算法工程師之間去完成這種跨學科的交叉融合,能夠去定義一個任務、去選擇合適的算法、去解決在特徵提取方面和在算法融合方面的一些交互。比如說醫療風險裡面跌倒評估的一些量表要由專業的醫護人員評估和定義,AI算法工程師更多的是看三維人體跟蹤的一些關鍵骨骼點是如何去把一些定性的評估指標映射到我們的人體跟蹤的特徵提取后的結果。中間知識翻譯的過程實際上是非常重要的,是需要雙方緊密去討論、設計的。最終這個算法和系統設計出來,要能夠滿足評估師和患者對於實際應用場景的一些包括實時性處理,包括它使用的方便度等一些要求。同時我們也是一個邊緣智能的架構,去平衡算力資源、平衡本地部署之間的一些實際問題,包括怎麼樣設計正確的AI模型,保證比較良好的訓練效率和學習效果。因為不斷有新的評估的採樣數據進來更新AI模型。

另外一方面,根據動態的變化、一些架構的特點,要實現AI模塊的供給側和消耗側的性能優化。目前大多數的邊緣智能的架構只涉及到單一系統、單一業務處理。如果我們現在這裡面只有一個插件是平衡能力評估,那將來我們再增加新的插件,包括脊柱側彎、包括它對於不同的人群(現在是針對老年人,如果是針對青少年),或者是針對一些需要有運動康復的一些需求,那我們如何在這種分佈式的邊緣節點能夠支持不同的編程框架訓練出來的AI模型的可移植性,也是一個實際的挑戰和需要完成的問題。

在我們看來,Project Vital這樣的一些項目定位有更廣闊的應用場景。包括像從2023年1月1號要開始實施的體育法,也是規定了體育成績要納入中高考。青少年本身運動方面,他的發育、他的體質提高都需要去設計更合理的運動處方。我們看到校園裡的操場、場館,也包括一些課外的體育運動,也都有這樣一些更智慧化的方案需求。

同時在健康中國2030年生態體系的發展前景下,我們也看到像政治、經濟、社會、技術、環境等等方面都有很多不確定因素,在一些多維因素的驅動下,我們如何去規劃一個供需端和一個消費端的場景映射。這裡也是對於這種更多的醫療基建的熱潮,更廣泛更精準的醫療創新的突破,也包括像消費者對於新的健康管理需求,以及我們全民健康促進的一些帶動等等,都有很多的科研交叉創新機會。

我今天的分享更多的是開啟一個交流話題,圍繞着我們現有的一些產品,圍繞着我們在做的一些新型的傳感器技術,包括圍繞着像毫米波雷達技術,在這種非接觸式的一些診療,包括我們怎麼樣融合視覺和非接觸式技術,怎麼樣為醫生和患者提供更方便的交互手段。包括我們也看到像在數字人這樣的一些元宇宙的新的發展趨勢驅動下。在醫院這個場景當中,數字人怎麼樣去幫助醫生去提高他的生產效率,都是很開放的話題。同時我們也看到,其實需要方方面面的技術供應商、軟件開發商、系統集成商、服務的部署方,共同去推動這件事情。

可以去從示範項目入手,也可以在具體的場景當中去打磨我們的技術的精度和系統的運行效率。能夠去一步一個腳印,沒有捷徑,踏踏實實去推動我們的全民健康這樣的一個願景。我今天的分享就到這裡,大家有什麼問題呢,可以在後面我們多多交流。非常感謝這樣的一個平台和機會,讓大家去了解我們做的工作,也非常希望我們能夠一起努力,能夠把健康的理念和生活帶給每一個人。



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