北京2021年1月26日 /美通社/ -- 近日，TF2开源社区（网址：https://github.com/TF2-Engine/TF2）公布了一项最新创新成果：南开大学智能计算系统研究室（NKiCS）在AI眼底图像血管分割研究中，借助浪潮FPGA开源框架TF2，将单张眼底图像的推理速度提升2.4倍，在提高工作效率的同时有效地降低了计算功耗。这将推动眼底图像分析技术在临床应用，帮助医生更快速地诊断与眼底相关联的糖尿病及其他慢性疾病。
眼睛是人体健康的“镜子”，眼底图像可以间接反应脑血管系统等的病变情况，具有非侵入的优点。通过从检眼镜采集的彩色眼底图像中提取视网膜血管，医疗人员能够分析血管形态状况，进行疾病预警、筛查和诊断。但是，受眼底图像采集技术的限制，图像中往往存在大量噪声，再加之视网膜血管结构复杂多变，使得视网膜血管分割非常困难。人工智能深度学习技术能够显著提升血管分割的速度，帮助医疗人员快速、准确分析眼底血管形态，诊断糖尿病、心脑血管疾病等常见疾病。
眼底图像（左）与血管图像（右）
在实际应用中，由于血管分析模型参数量大、计算复杂度高等问题，一般需要昂贵的GPU才能达到较快的分割速度，不利于眼底图像技术的临床推广应用。如何提高眼底图像分割效率并降低TCO，是研究人员亟需解决的问题。NKiCS研究人员尝试将高性能功耗比、可定制、低延迟的FPGA技术运用到眼底图像血管分割中，但面临FPGA软件编写门槛高、性能优化受限、功耗难以控制等挑战。
浪潮FPGA开源框架TF2支持PyTorch、Caffe等深度学习框架，经过编译技术即可适配训练好的深度学习模型到FPGA上，而不需要任何的FPGA开发工作，可帮助用户快速实现基于主流AI 框架和深度神经网络模型（DNN）的FPGA线上推理，并通过首创的FPGA上DNN的移位运算技术获得AI 应用的高性能和低延迟。
TF2计算加速流程
为了促进FPGA技术的开源开放合作发展，降低高性能AI计算技术门槛，TF2开源社区推出了可重构AI计算发展计划，为参与者提供F10A、F37X等最新FPGA加速卡支持，鼓励参与者将创新性成果反馈至社区，并提供针对性的技术培训和服务，支持项目开发和落地。
在TF2开源社区的助力下，NKiCS采用TF2和浪潮F10A FPGA加速卡适配BTS-DSN神经网络模型，实现了眼底血管图像实时分割，大幅提升了工作效率，并降低了功耗和TCO。研究人员首先利用TF2的模型优化转换工具Transform Kit对网络模型实现模型转换、模型压缩与特征图量化，并生成适配TF2智能运行引擎Runtime Engine的网络模型文件，然后与Runtime Engine提供的计算架构相结合并编译为FPGA目标文件，最后实现基于FPGA的神经网络推理计算加速，高速处理眼底血管分割任务。实测结果显示，单张眼底血管图像推理仅需0.0434秒，相较于GPU提速2.4倍，同时加速卡功耗仅35W，有效提升了性能功耗比。
除了加入TF2开源社区，为了推动AI眼底血管图像分析技术走向临床应用，NKiCS也在努力推动眼底图像数据的开源开放。NKiCS联合多家权威医学机构，发布了OIA数据集（链接：https://github.com/nkicsl/OIA），填补了中国眼科图像数据领域的空白。OIA是基于临床环境的、高质量的、数据样本充分的系列数据集，包括面向糖尿病视网膜病变分类和病变点分割的数据集OIA-DDR，以及基于眼底图像的多类型病变分类的数据集OIA-ODIR，从来自全国26个省份，400多家临床医院的160多万张眼底图像库中，通过专业人员抽取、眼科专家标注、计算机专家建模评测而得到。
随着眼底图像处理效率提升和数据集不断完善，NKiCS开发的眼底图像分析技术将在不久的将来应用到临床，帮助医生更高效、更精准地诊断与眼底相关联的疾病，让更多患者得到及时的干预与诊疗。
