案例简介
• 本案例中云百生（SurgicalAI）实现基于GPU进行实时传感器信息处理与手术规划计算，使用NVIDIA CUDA 进行科学计算，OpenGL进行可视化渲染，并利用NVENCODE对渲染的结果进行视频编码。
• 云百生（SurgicalAI）研发的5G云手术导航系统是中国首个可以用于远程手术的导航系统。
• 本案例主要应用到Tesla M60 GPU以及NVIDIA CUDA，OpenGL、 NVENCODE和TensorRT
背景
基于医学影像导航和手术机器人的外科手术已逐渐取代传统外科手术，成为主流。但是现有手术导航系统所采用的都是单机环境，医院在考虑引入手术导航系统过程中面临着诸多挑战。云百生5G云手术导航系统通过将手术导航系统部署在云端，大幅降低了医院引进手术导航系统的资金、技术和时间成本，而且还能让分布在全球各地的各领域相关专家直接通过浏览器连线正在实施手术的手术导航云桌面，远程指导甚至直接操作手术导航系统。
挑战
在引入手术导航系统过程中，医院主要面临着三大挑战：系统利用率低、系统操作专业性强和手术实施门槛高。单机环境的手术导航系统，设备笨重、造价高、维护成本大，导致大部分时间处于闲置状态。而且，操作和使用手术导航设备需要经过专门的培训，实用前期需要设备厂商提供专门的跟台人员，但在实际操作中，厂商无法为每台手术提供跟台人员。此外，高技术的外科手术需要多科室，多领域专家协作，但各专家往往因各种现实原因（例如，因疫情隔离，或身处不同国家地区），很难亲临手术现场。
医疗手术导航系统运行过程中需要实时处理传感器数据，并以高清的方式动态的对医学影像进行渲染。但目前主流的远程桌面方案对GPU加速支持有限，许多远程桌面系统使用CPU进行视频编码，不支持在硬件图形加速。而且，由于医学影像需要处理大量的数据，移动数据会产生延迟，难以达到手术导航的实时要求。
方案
云百生5G云手术导航系统是中国目前唯一基于5G通过高性能GPU实时处理复杂医学影像的云桌面。云百生在其解决方案中将手术计算、可视化渲染以及视频编码全部交由GPU完成，并利用CUDA，OpenGL与NVENCODE共享数据资源，极大的降低了系统延迟。
几何级地提高系统利用率，降低使用成本
云百生5G云手术导航系统通过NVIDIA-Docker在云端部署手术导航系统，将一切变得简单。云端会随着数据规模的改变而自动伸缩扩容服务器，不会浪费资源；将手术导航系统从单机运行模式提升到云计算模式，弹性扩容了系统数据存储容量，提升了数据处理能力和系统升级维护能力。
破除手术导航系统上手慢的使用壁垒
传统的手术需要数年学习，当前医用的手术导航以及机器人系统需要医生海外学习，时间为一到两年。通过运用NVIDIA高性能GPU加速云端复杂医学影像呈现，云百生5G云手术导航系统能够以每秒30帧的速率在云桌面流畅显示手术过程，让医务人员能够在手术前模拟实施手术，最快一个星期即可熟练操作手术导航系统实施手术。
降低医院实施手术的门槛
手术导航系统需要分析和处理大量复杂的医学影像，并实时响应手术操作和输入，模拟手术实施影像和实施结果。如果使用基于CPU的解决方案， 数据处理，渲染以及编码的系统延时约为1-2秒。
在CUDA，OpenGL与NVEncode共享数据资源以及NVIDIA TensorRT加速平台的加持下， 5G云手术导航系统从响应云桌面操作到显示实施影像、过程跟踪、结果数据传送至云桌面，整个数据延时仅37ms。使得分布各地的专家们能够通过云桌面实时跟进手术进展，提供建议和帮助，甚至直接远程操作手术导航系统。
影响
基于云的手术导航系统极大降低的医院的运维与管理负担。医院可以即开即用，特别适合医疗手术等各种紧急情况。在NVIDIA -Docker 、 CUDA 、OPENGL、NVENCODE及 TensorRT 加速平台的助力下，极大地提升了 5G云手术导航系统的医学影像数据处理效率和响应速度。进一步提升了用户体验，为手术导航智能化、远程化提供了关键技术支撑。
在5G云手术导航系统上，医护人员可以低成本和高效率地使用手术导航系统进行学习和模拟手术。医院可以低门槛地装机手术导航系统，不用担心各领域手术专家的差旅、手术室布置视角、准备手术所需的等待、低效以及实施手术时复杂的协调和低参与度等等。使得医院可以将精力专注于为更多有需要的病人提供高精度、微创口、高质量的外科手术服务。将手术实施从“高精尖贵”变得平民化，极大减少了医院、医生和患者的时间和金钱成本，更利于医院为病人提供医疗服务，医生提升自己的专业技能，病人获得更优质的手术。
“医疗行业是5G技术、云计算、大数据处理以及人工智能最受关注的应用领域。NVIDIA 提供的 GPU 解决方案，解决了医学影像处理能力不足和效率低的技术难题，使得我们在医疗领域能够持续不断地创新产品，拓宽手术导航的应用场景。让医患能够享受到更多 AI 带来的便捷。”云百生创始人兼 CEO 刘芳德博士表示。