Fujifilm améliore l'imagerie diagnostique par tomodensitométrie

Fujifilm Medical Solutions Co., Ltd. est une entreprise japonaise qui fournit aux praticiens d'imagerie médicale et de diagnostic du monde entier des solutions de système d'archivage et de communication d'images (PACS), de système d'information de radiologie (RIS) et de système d'information de radiologie thérapeutique (Therapy RIS). Elle offre des services complets, qui vont du conseil informatique dans la santé au développement, au déploiement et à la maintenance de systèmes.

Les équipements modernes d'imagerie médicale diagnostique actuels, tels que la tomodensitométrie (CT-scan), l'IRM et la radiographie numérisée, offrent des images haute résolution, créant ainsi de meilleurs outils pour le diagnostic radiologique. L'imagerie fournit des méthodes non invasives efficaces et est de plus en plus utilisée par les médecins. En conséquence, les radiologues doivent examiner un plus grand nombre d'images.

Les scanners CT ou IRM génèrent en moyenne quelques centaines d'images maximum par examen. Si l'examen contient des images en coupes fines, ce chiffre peut atteindre quelques milliers, voire près de dix mille. Plus le nombre d'images est élevé, plus la charge de travail des radiologues est lourde, car ils doivent les lire et les diagnostiquer dans un délai convenable pour aider les médecins et leurs patients.

« Les radiologues sont tenus de détecter avec précision toutes les lésions significatives tout en lisant efficacement des quantités massives d'images CT », a déclaré M. Hideki Matsuura de Fujifilm Medical Solutions.

Pour visualiser une image, les données sont lues à partir du serveur et affichées sur le PC client du radiologue par le biais d'une station de travail dédiée au diagnostic d'image. Les délais de lecture des données du serveur d'imagerie et de leur traitement sur le poste de travail peuvent ralentir le diagnostic. Étant donné qu'il faut examiner des milliers d'images, les temps de réponse impactent la capacité des radiologues à réaliser les examens des patients dans un délai raisonnable.

Défi

• Les radiologues doivent lire et diagnostiquer chaque jour un nombre croissant d'images et de dossiers
• La lenteur de l'affichage des images, l'encombrement du débit des communications et les délais de traitement des applications retardent les diagnostics

Solution

• Mettre à niveau le serveur d'information d'image intégré ShadeQuest de Fujifilm Medical Solutions avec les processeurs Intel® Xeon® Silver et les unités de stockage SSD Intel® Optane™ DC P4800X
• Mettez à niveau la station de travail de diagnostic d'image ShadeQuest/ViewR-DG de Fujifilm Medical Information Solutions avec les processeurs Intel® Core™ i7 et les unités de stockage SSD Intel® Optane™ 900P

Résultat

• Réduction des temps de lecture et d'affichage des fichiers par un facteur de 18¹
• Augmentation du nombre quotidien de patients diagnostiqués grâce à l'affichage accéléré des images
• Amélioration des taux de détection précoce des maladies

Fujifilm Medical Solutions a obtenu de meilleurs temps de réponse en adoptant de nouvelles technologies qui améliorent les performances et réduisent les temps de latence, telles que le traitement parallèle à l'aide des processeurs multicœurs et les fonctions de lecture anticipée des données. Une partie de la solution réside dans les technologies de stockage. Il est bien connu que les temps de latence des disques durs génèrent des goulots d'étranglement dans le transfert de données. La société Fujifilm s'est tournée vers la technologie Intel® Optane™ pour améliorer les performances d'accès aux données. Elle a réalisé des tests de validation pour évaluer les gains de performances apportés par la technologie Intel Optane par rapport aux disques durs et aux unités de stockage SSD classiques.

Temps de lecture des données du serveur jusqu'à 25 fois plus rapides¹ avec les unités de stockage SSD Intel® Optane™
En mai 2019, les ingénieurs de Fujifilm ont mené deux types de tests pour évaluer les avantages de la technologie de stockage Intel® Optane™ :

1. un test en lecture seule, dans lequel les images CT étaient lues à partir du serveur et
2. un test d'affichage sur le poste de travail serveur et client.

Test 1 : Lecture à partir du serveur

Le premier test a permis de lire 1 000 images CT (525 ko par image, non compressées) à partir du serveur. Le serveur a été équipé de disques durs rotatifs SAS classiques et d'unités de stockage SSD Intel Optane DC P4800X pour mesurer et comparer leurs temps de latence (voir tableau 1). Deux modèles de tests de lecture ont été réalisés pour exclure l'influence des performances d'écriture : un test utilisant la commande cat de Linux et un autre utilisant le protocole de livraison effective de l'image (communications YITL). Les tests ont révélé ce qui suit (voir figure 1)¹ :

• Temps de lecture jusqu'à 25 fois plus rapides en utilisant les unités de stockage SSD Intel Optane DC P4800X avec la commande cat
• Temps de lecture et de livraison de l'image jusqu'à 19 fois plus rapides en utilisant les unités de stockage SSD Intel Optane DC P4800X
• Temps de lecture et de livraison de l'image jusqu'à 2,3 fois plus rapide pour deux serveurs connectés par un réseau 1 GbE (l'accélération est limitée par rapport au premier test ci-dessus en raison de goulots d'étranglement au niveau des applications)

Figure 1. Test 1 : Lecture à partir du serveur.

Tableau 1. Composants système pour le test 1.

Test 2 : Test d'affichage du serveur

Le deuxième test a permis de lire et d'afficher séquentiellement 1 500 images (173 ko par image, compressées) sur le client. Le temps a été mesuré depuis l'appel initial de la première image jusqu'à la finalisation de la dernière sur l'écran. Plusieurs configurations ont été comparées comme suit, ce qui incluait des versions mono-thread et multi-thread des applications serveur (voir tableau 2) :

• La configuration de base pour les comparaisons mono-thread et multi-thread comprenait un serveur avec d'anciens disques durs et un client avec des unités de stockage SSD classiques (métrique 1.0)
• Configuration de base d'un serveur mono-thread avec une station de travail client contenant des unités de stockage SSD Intel Optane 900P
• Configuration de base d'un serveur multi-thread avec une station de travail client contenant des unités de stockage SSD Intel Optane 900P
• Serveur mono-thread avec unités de stockage SSD Intel Optane DC P4800X et station de travail client contenant des unités de stockage SSD Intel Optane 900P
• Serveur multi-thread avec unités de stockage SSD Intel Optane DC P4800X et station de travail client contenant des unités de stockage SSD Intel Optane 900P

Les tests ont révélé les améliorations suivantes ¹ :

• Temps de traitement jusqu'à 1,2 fois plus rapide pour un serveur de base mono-thread avec des unités de stockage SSD Intel Optane 900P dans le client
• Temps de traitement jusqu'à 7,5 fois plus rapide pour un serveur de base multi-thread avec des unités de stockage SSD Intel Optane 900P dans le client
• Temps de traitement jusqu'à 10,6 fois plus rapide pour un serveur mono-thread avec des unités de stockage SSD Intel Optane DC P4800X et Intel Optane 900P dans le client
• Temps de traitement jusqu'à 18,9 fois plus rapide pour un serveur multi-thread avec des unités de stockage SSD Intel Optane DC P4800X et Intel Optane 900P dans le client
• Avec une configuration serveur de base, le temps de traitement a été jusqu'à 1,42 fois plus rapide si l'on compare la configuration client avec SATA SSD au client avec unités de stockage SSD Intel Optane 900P (non indiqué dans le tableau)

Figure 2. Test 2 : Test d'affichage du serveur (réparation de l'unité de stockage SSD Intel® Optane™ 900P du côté client).

Tableau 2. Composants système pour le test 2.

La réduction des temps d'affichage des images permet de fournir de meilleurs services de santé

Les résultats des tests 1 et 2 montrent une amélioration significative en utilisant les unités de stockage SSD Intel Optane.

« Il faudrait les utiliser sur le client pour obtenir des résultats rapides », a déclaré M. Keishi Yoshimura de Fujifilm Medical Solutions. « Mais si nous voulons des améliorations plus importantes, il serait plus approprié de les utiliser sur le serveur. »

Selon M. Yoshimura, l'utilisation du PACS se traduit par un énorme volume d'images. Ainsi, l'approche réaliste consisterait à utiliser les unités de stockage SSD Intel Optane comme cache plutôt que comme stockage sur un serveur. La fréquence d'accès aux images pour le PACS varie en fonction de la date de l'examen médical, de l'état des patients, des admissions à l'hôpital et des services ambulatoires. La solution nécessite une logique intégrée supplémentaire pour stocker à l'avance les images dans les unités de stockage SSD Intel Optane afin de les utiliser plus efficacement dans l'application.

Les résultats des tests montrent que les applications et les réseaux constituent d'autres goulets d'étranglement typiques. Les ingénieurs concepteurs envisagent de modifier le code de l'application et de migrer la solution vers un réseau 10 GbE pour améliorer les performances.

« La technologie Intel® Optane™ a permis d'afficher chaque image avec précision et d'améliorer les performances de réponse des radiologues dans l'analyse d'images », a ajouté M. Matsuura. « Afficher des images seulement cinq secondes plus vite par examen pourrait augmenter le nombre de patients qu'un médecin peut voir, ce qui à son tour augmenterait les frais de services médicaux pour l'hôpital. »

À la suite de l'analyse ci-dessus, Fujifilm Medical Solutions envisage de mettre en œuvre une architecture de stockage à plusieurs niveaux avec un cache de serveur pour l'application aux produits PACS et à la livraison.

« Nous comptons utiliser Intel pour optimiser l'ensemble du système, y compris les processeurs et les réseaux », a conclu M. Yoshimura. « Nous aimerions voir plus de variétés de produits avec des unités de stockage SSD Intel Optane afin d'avoir plus de choix. »

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