A Philips acelera a inovação em ultrassom com formação de feixes baseada em GPU e IA

A Philips Ultrasound enfrentou desafios que limitavam a inovação e a prestação de cuidados ao paciente. No âmbito do desenvolvimento, a empresa procurava acelerar os ciclos de iteração no desenvolvimento de algoritmos, enquanto gerenciava demandas crescentes de processamento paralelo que sobrecarregavam sua arquitetura convencional baseada em hardware.

Do ponto de vista clínico, a ultrassonografia permaneceu altamente dependente do paciente, apresentando grande variabilidade entre diferentes pacientes e cenários. Profissionais de saúde precisavam de imagens mais robustas, que pudessem se adaptar automaticamente, entregar volumes 3D de maior resolução com melhores taxas de quadros e oferecer ferramentas avançadas para visualizar anatomias complexas, especialmente durante procedimentos intervencionistas e na saúde da mulher.

Para acelerar a inovação e apoiar técnicas de imagem cada vez mais avançadas, a Philips migrou sua plataforma de ultrassom de hardware personalizado baseado em FPGA para formação de feixe definida por software em sua terceira geração. Impulsionada por GPUs profissionais NVIDIA RTX, essa transformação proporciona a computação de alto desempenho e eficiência energética necessária para a formação de feixes em tempo real. O resultado são imagens mais nítidas, processamento mais rápido e diagnósticos com maior confiança, ajudando os médicos a oferecer um cuidado melhor, de forma mais eficiente.

Utilizando o CUDA da NVIDIA, a Philips habilitou processamento paralelo em larga escala, transformando o desempenho da ultrassonografia. O CUDA acelera especificamente funções essenciais de imagem: da formação de feixe, filtragem e detecção de envelope até algoritmos de pós-processamento como o Image Boost. Por outro lado, o imenso poder computacional da GPU impulsiona a reconstrução avançada de volumes 3D e a renderização volumétrica. Esta abrangente arquitetura definida por software possibilita a obtenção de imagens adaptativas em tempo real, que se ajustam dinamicamente à janela acústica e às características anatômicas únicas de cada paciente, sem exigir substituições completas do sistema.

A arquitetura definida por software oferece benefícios transformadores que vão muito além das métricas convencionais de desempenho. O salto nas capacidades de desempenho da formação de feixe baseada em GPU em comparação com FPGA permite um aumento de 70% nas taxas de volume de cor 3D, um dos modos de operação de ultrassom de maior demanda computacional. A flexibilidade da arquitetura definida por software permite o processamento avançado de sinais necessário para manter a qualidade da imagem, algo que antes não ocorria devido às restrições impostas pelas leis da física para alcançar essas taxas de volume em tempo real. O resultado permite que os médicos visualizem o fluxo patológico em tempo real através das estruturas complexas das válvulas cardíacas.

A implementação da tecnologia de beamforming de GPU NVIDIA entregou resultados mensuráveis em múltiplas dimensões de desempenho e valor de negócio. Melhorias de desempenho com a última geração de GPUs podem ser disponibilizadas aos clientes de forma mais rápida e simples, graças a um design modular e flexível, com o objetivo de reduzir o custo total de posse.

Ao migrar para beamforming baseada em GPU, a Philips acelerou seu ciclo de inovação. Por meio da plataforma CUDA da NVIDIA, um número maior de engenheiros, além dos especialistas em hardware, pode contribuir para o desenvolvimento, teste e aprimoramento de algoritmos, acelerando o tempo de chegada ao mercado e reduzindo os custos de desenvolvimento. A arquitetura definida por software também contribui para as metas de sustentabilidade. Além disso, ao reduzir sua dependência de hardware personalizado, a Philips alcançou um design mais modular, minimizando assim o desperdício e ampliando o desempenho do sistema por meio de atualizações de software. O processamento com eficiência energética das GPUs contribui ainda mais para operações mais sustentáveis.

O processamento paralelo avançado da formação de feixes por GPU permite à Philips formar volumes cardíacos 3D em taxas e resoluções de quadros próximas das de 2D, proporcionando aos ultrassonografistas uma visão em tempo real de anatomias cardíacas complexas que a tecnologia beamforming convencional não consegue fornecer. Algoritmos de imagem adaptativos baseados em GPU se adaptam automaticamente à janela acústica única de cada paciente, produzindo imagens mais consistentes e de alta qualidade em toda a população de pacientes, sem necessidade de intervenção extra do operador ou agentes de contraste.

Na prática clínica, essas capacidades são projetadas para se traduzir em diagnósticos mais rápidos e confiantes, menos exames repetidos ou encaminhamentos para outras modalidades e fluxos de trabalho mais fluidos. A imagem cardíaca 3D em tempo real também está acelerando inovações em cirurgias minimamente invasivas de substituição e reparo de válvulas intracardíacas, oferecendo opções que mudam vidas para centenas de milhares de pacientes que não seriam candidatos à cirurgia cardíaca aberta.

A beamforming em GPU aumenta a confiança diagnóstica, reduzindo assim a necessidade de os médicos interpretarem imagens ambíguas de ultrassom. A melhoria da qualidade de imagem alivia o peso dos casos difíceis, permitindo exames consistentes e fluxos de trabalho mais suaves. Em contextos de procedimentos, sistemas habilitados por GPU suportam imagens avançadas para intervenções minimamente invasivas, ampliando o acesso e reduzindo custos.

As plataformas de GPU escaláveis da Philips permitem futuras atualizações via software, preservando o investimento de capital e garantindo valor a longo prazo. Tecnologias como TrueVue e GlassVue, soluções avançadas de imagem 3D da Philips, tiram proveito direto da aceleração por GPU, proporcionando imagens fotorrealistas que aprimoram a percepção de profundidade e a compreensão anatômica em tempo real.

A mudança da Philips de sistemas baseados em FPGA para uma arquitetura de ultrassom acelerada por GPU demonstra como a plataforma de computação acelerada da NVIDIA permite que fabricantes de equipamentos médicos superem limitações convencionais de hardware enquanto entregam resultados clínicos superiores. Ao transitar de sistemas rígidos e personalizados para arquiteturas flexíveis definidas por software, a Philips estabeleceu uma base para inovação contínua que beneficia diretamente tanto os profissionais de saúde quanto os pacientes, por meio de capacidades diagnósticas aprimoradas, maior eficiência no fluxo de trabalho e opções de tratamento ampliadas para procedimentos cardíacos complexos.