傳統(tǒng)的醫(yī)療保健系統(tǒng)有大量的病人數(shù)據(jù)，包括生理信號(hào)、醫(yī)療記錄、提供者注釋和評(píng)論。開發(fā)數(shù)字健康應(yīng)用程序所面臨的最大挑戰(zhàn)是分析大量可用數(shù)據(jù)，得出可操作的見解，以及開發(fā)可在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行的解決方案。

在開發(fā)這樣的端到端解決方案時(shí)，從事生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)集工作的工程師和數(shù)據(jù)科學(xué)家經(jīng)常遇到挑戰(zhàn)，因?yàn)樗麄儽仨毷謩?dòng)集成應(yīng)用程序代碼，與必要的工具鏈集成以進(jìn)行部署，在許多情況下，還必須重寫代碼以在目標(biāo)硬件上運(yùn)行應(yīng)用程序。如果算法不能產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果，他們必須調(diào)試底層案例，這可能會(huì)很耗時(shí)。

這篇文章討論了數(shù)據(jù)科學(xué)家和工程師如何使用 NVIDIA gpu 為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用開發(fā)基于人工智能的數(shù)字健康算法原型，并在嵌入式物聯(lián)網(wǎng)和邊緣人工智能平臺(tái)（如 NVIDIA Jetson 開關(guān) ）上部署這些算法。您還可以使用 MathWorks GPU 編碼器在 Jetson 上部署預(yù)測管道。

解決的目標(biāo)是訓(xùn)練一個(gè)分類器來區(qū)分心律失常（ ARR ）、充血性心力衰竭（ CHF ）和正常竇性心律（ NSR ）。本教程使用從以下三個(gè)組或類獲得的 ECG 數(shù)據(jù)：

心律失常患者

充血性心力衰竭患者

竇性心律正常的人

該示例使用 來自三個(gè) PhysioNet 數(shù)據(jù)庫的 162 個(gè)心電圖記錄 ，每個(gè)記錄有 65536 個(gè)樣本：

MIT-BIH 心律失常數(shù)據(jù)庫： 96 次記錄

BIDMC 充血性心力衰竭數(shù)據(jù)庫： 30 個(gè)記錄

正常竇性心律數(shù)據(jù)庫： 36 次錄音

要運(yùn)行此示例，您需要以下資源：

MATLAB

小波工具箱

訊號(hào)處理工具箱

并行計(jì)算工具箱

GPU 編碼器

MATLAB 編碼器

NVIDIA GPU 的 GPU 編碼器支持包

請(qǐng)求產(chǎn)品試用 或發(fā)送電子郵件至 medical@mathworks.com 。

開發(fā)基于人工智能的數(shù)字健康應(yīng)用程序的總體工作流程

建立心電信號(hào)預(yù)測模型的方法很多。這篇文章的重點(diǎn)是探索一個(gè)簡化的工作流程，它結(jié)合了信號(hào)處理方面的進(jìn)展，并利用了在開發(fā)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ CNNs ）和 ECG 信號(hào)分類的深度學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)完成的大量工作。圖 1 顯示了整個(gè)工作流。

圖 1 基于人工智能的數(shù)字健康應(yīng)用的總體工作流程。

這里的主要思想是從 ECG 信號(hào)生成時(shí)頻表示，并將這些表示保存為圖像。 ECG 的時(shí)頻表示捕獲了 spe CTR al 成分隨時(shí)間的變化。這些圖像可以用來訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ CNNs ）。 CNNs 可以從圖像中的模式（ ECG 信號(hào)的時(shí)頻表示）中提取特征，并且可以建立一個(gè)模型來區(qū)分屬于不同類別的 ECG 信號(hào)。

開發(fā)模型之后，就可以在嵌入式硬件（如 Jetson ）上部署 pipeline ： time-frequency 表示和經(jīng)過訓(xùn)練的模型，以便使用 GPU 編碼器對(duì)新信號(hào)執(zhí)行推斷。 GPU 編碼器根據(jù) MATLAB 算法自動(dòng)生成優(yōu)化的 CUDA 代碼。

使用 NVIDIA Quadro RTX 6000 加速時(shí)頻表示

下面是如何從 ECG 記錄中生成時(shí)頻表示。雖然 MATLAB 中有幾種方法可以從信號(hào)中生成時(shí)頻表示，但我們強(qiáng)烈建議使用連續(xù)小波變換（ CWT ），因?yàn)樗唵吻夷軌驈男盘?hào)中生成清晰的時(shí)頻表示。由此產(chǎn)生的時(shí)頻表示也被稱為 scalogram 。

CWT 是通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗處理而得到的，小波經(jīng)過時(shí)間縮放和移位。小波是振蕩的，可以是復(fù)值的。對(duì)原型小波進(jìn)行了尺度變換和移位運(yùn)算。 CWT 中使用的縮放可收縮和拉伸原型小波：

縮小原型子波可以產(chǎn)生短時(shí)間、高頻子波，這些子波能夠很好地檢測瞬態(tài)事件。

拉伸原型子波會(huì)產(chǎn)生長持續(xù)時(shí)間的低頻子波，這些子波擅長于隔離長持續(xù)時(shí)間的低頻事件。

圖 2 正常竇性心律（ NSR ）和充血性心力衰竭（ CHF ）的標(biāo)度圖。

擁有這樣清晰的時(shí)頻表示可能很有用，因?yàn)樯疃?a href="http://www.xsypw.cn/v/tag/1722/" target="_blank">網(wǎng)絡(luò)或 cnn 擅長從這種表示中提取特征并建立預(yù)測模型。使用清晰的時(shí)頻表示法的另一個(gè)好處是，它使您能夠構(gòu)建模型來捕捉細(xì)微的變化，這些變化反過來有助于區(qū)分許多信號(hào)類別，即使這些信號(hào)看起來相似。

為了加快比例圖的生成過程，如果將輸入變量轉(zhuǎn)換為 gpuArray 類型，則可以在 gpu 上運(yùn)行 MATLAB 函數(shù)。然后可以使用 gather 函數(shù)從 GPU 檢索輸出數(shù)據(jù)。為了加快尺度圖的生成過程，使用函數(shù) cwtfilterbank 創(chuàng)建一次小波濾波器組，然后使用 cwtfilterbank 的小波變換方法生成時(shí)頻表示。

我們使用 NVIDIA Quadro RTX 6000 來計(jì)算標(biāo)度圖，并且能夠?qū)崿F(xiàn)約 6.5 倍的加速。使用的 CPU 是 Intel Xeon CPU E5-1650 v4 @ 3 .60 GHz ，帶有 64 GB RAM 。

useGPU = false;
tic;
X = helperTimeScalogramConversion(ECGData, useGPU);
Tcpu = toc;
 
 
function X = helperTimeScalogramConversion(ECGData, useGPU)
 
data = ECGData.Data;
[Nsamples,signalLength] = size(data);
 
fb = cwtfilterbank('SignalLength',signalLength,'VoicesPerOctave',12);
X = zeros(numel(fb.scales), signalLength, Nsamples);
 
r = size(data,1);
 
if useGPU
    data = single(gpuArray(data));
else
    data = single(data);
end
 
for ii = 1:r
    cfs = abs(fb.wt(data(ii,:)));
    X(:,:,ii) = gather(cfs);
 
end
end

Using GPU: false
Number of signals: 162
-------------------------------------
Total execution time Tcpu =   67.32 s
-------------------------------------

Using GPU: true
Number of signals: 162
-------------------------------------
Total execution time Tgpu =   10.28 s
-------------------------------------

從命令行輸出和生成的繪圖中，您可以看到使用 gpu 會(huì)導(dǎo)致顯著的加速（ 6 。 5 倍）。當(dāng)您有多個(gè)信號(hào)時(shí)，這將非常有用。稍后，您將看到，在 GPU 上生成比例圖的能力將是在 Jetson 平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用程序的關(guān)鍵因素。

利用 Quadro RTX 6000 訓(xùn)練 CNNs 對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行分類

現(xiàn)在您已經(jīng)有了 ECG 信號(hào)的時(shí)頻圖像，您可以在預(yù)訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用轉(zhuǎn)移學(xué)習(xí)來構(gòu)建分類器。在這個(gè)例子中， retain SqueezeNet 是一個(gè) 18 層的深度網(wǎng)絡(luò)，它訓(xùn)練了超過一百萬張圖像。這是一個(gè)輕量級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，具有更低的內(nèi)存占用和更好的推理速度，這些特性非常適合嵌入式部署。該網(wǎng)絡(luò)最初訓(xùn)練了 1000 個(gè)圖像類，但是您可以使用三個(gè) ECG 圖像類數(shù)據(jù)集對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行微調(diào)，以構(gòu)建新的分類器。

首先，檢查原始網(wǎng)絡(luò)，它包含 18 層，包括卷積、 ReLU 和 fire block （卷積和 ReLU 層的組合）。圖 4 顯示了通過運(yùn)行以下命令在 MATLAB 中顯示的層的代碼示例：

analyzeNetwork（squeezeNet）

圖 4 擠壓網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

為了重新訓(xùn)練 SqueezeNet 對(duì)三類 ECG 信號(hào)進(jìn)行分類，用一個(gè)新的卷積層替換最后的 conv10 層，濾波器的數(shù)目等于 ECG 類的數(shù)目。另外，用一個(gè)沒有類標(biāo)簽的新層替換分類層。

sqz = squeezenet;
lgraph = layerGraph(sqz);
lgraph.Layers(end-4:end)

numClasses = 3; % Number of ECG signal classes new_conv10_WeightLearnRateFactor = 1;
new_conv10_BiasLearnRateFactor = 1;
newConvLayer = convolution2dLayer(1,numClasses,...
        'Name','new_conv10',...
        'WeightLearnRateFactor',new_conv10_WeightLearnRateFactor,...
        'BiasLearnRateFactor',new_conv10_BiasLearnRateFactor);
lgraph = replaceLayer(lgraph,'conv10',newConvLayer);
newClassLayer = classificationLayer('Name','new_classoutput');
lgraph = replaceLayer(lgraph,'ClassificationLayer_predictions',newClassLayer);
lgraph.Layers(end-4:end)

圖 6 擠壓網(wǎng)的改良層。

圖 7 以 jpeg 格式保存的 ECG 信號(hào)的時(shí)頻表示。

對(duì)于深度學(xué)習(xí)培訓(xùn)，現(xiàn)在可以將保存為 JPEG 的 ECG 標(biāo)度圖數(shù)據(jù)的圖像加載到相應(yīng)的文件夾 ARR 、 CHF 和 NSR 中（圖 7 ）。有關(guān)用于將比例圖數(shù)據(jù)保存為 JPEG 圖像的腳本的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 基于小波分析和深度學(xué)習(xí)的時(shí)間序列分類 。

imageDatastore 函數(shù)用于為這些圖像創(chuàng)建一個(gè)圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其標(biāo)簽名稱來自各個(gè)文件夾名稱，并分為訓(xùn)練（ 70% ）、驗(yàn)證（ 10% ）和測試（ 20% ）子集。您還將 readFcn 對(duì)象與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相關(guān)聯(lián)，以自動(dòng)將圖像大小調(diào)整為 227x227x3 ，并滿足 squezenet 輸入圖像的要求。

readFcn = @(imagefilename)imresize(imread(imagefilename), [227 227]); 
imds = imageDatastore('../data', 'LabelSource', 'foldernames', ...             
                     'IncludeSubFolder', true, 'readFcn', readFcn);  
[imgsTrain, imgsValidation, imgsTest ]  = splitEachLabel(imds, 0.7, 0.1, 0.2); 

下一步是定義訓(xùn)練超參數(shù)并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。如果安裝了 GPU ， MATLAB 會(huì)自動(dòng)在 GPU 上縮放訓(xùn)練。要在沒有 GPU 的情況下進(jìn)行訓(xùn)練（不推薦），請(qǐng)使用多個(gè) GPU 或在云端擴(kuò)展訓(xùn)練。您可以通過調(diào)整 trainingOptions 中的 ExecutionEnvironment 參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

options = trainingOptions('sgdm',...
    'MiniBatchSize',15,...
    'MaxEpochs',20,...
    'InitialLearnRate',1e-4,...
    'ValidationData',imgsValidation,...
    'ValidationFrequency',10,...
    'Momentum',0.9,...
    'ExecutionEnvironment', 'auto');

trainedModel = trainNetwork(imgsTrain,lgraph,options);

我們用 NVIDIA Quadro RTX 6000 訓(xùn)練這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。圖 8 顯示訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)只花了 23 秒。與 CPU 上的訓(xùn)練時(shí)間相比，這要快得多（~ 6 倍）。當(dāng)使用 gpu 時(shí)， MATLAB 自動(dòng)使用 CUDA 和 cuDNN 庫來加速訓(xùn)練。然而，值得一提的是，我們只處理了 162 幅時(shí)頻圖像，因此，整個(gè)訓(xùn)練時(shí)間相當(dāng)少。與 CPU 相比， GPU 的訓(xùn)練時(shí)間性能隨著訓(xùn)練數(shù)據(jù)量的增加而提高。

圖 8 在 GPU （ 23 秒）和單 CPU （ 2 分 1 秒）上訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型。

現(xiàn)在你已經(jīng)有了一個(gè)訓(xùn)練過的模型，你可以通過推斷測試圖像數(shù)據(jù)集來驗(yàn)證準(zhǔn)確度，這是新模型從未見過的。我們訓(xùn)練了一個(gè)準(zhǔn)確度》 95% 的模型，只有一次錯(cuò)誤分類。

predictedLabels = classify（trainedModel， imgsTest）;

accuracy = sum（predictedLabels == imgsTest.Labels） / numel（predictedLabels）;

confusionchart（imgsTest.Labels， predictedLabels）

title（“Confusion Matrix， Accuracy ” + accuracy*100 + “%”）

圖 9 訓(xùn)練模型上測試數(shù)據(jù)集的混淆矩陣。

在 Jetson 上部署數(shù)字健康物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序

既然您已經(jīng)培訓(xùn)并構(gòu)建了您的 AI 應(yīng)用程序，現(xiàn)在是部署的時(shí)候了。 NVIDIA Jetson 平臺(tái)提供小型、節(jié)能的模塊上系統(tǒng)，具有高計(jì)算性能和云本地功能，是部署數(shù)字健康物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的理想選擇。您可以在 Jetson 平臺(tái)上部署整個(gè)管道（時(shí)頻生成和擠壓網(wǎng)預(yù)測），以便它可以獨(dú)立運(yùn)行算法。

在本例中，從 IO 模塊讀入實(shí)時(shí) ECG 信號(hào)，使用 CWT 將信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)頻圖像，最后將圖像通過經(jīng)過訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推理。所有這些步驟都是實(shí)時(shí)執(zhí)行的，因此在獲取 ECG 信號(hào)和獲得推斷結(jié)果之間沒有延遲。

利用 GPU 編碼器， MATLAB 提供了一個(gè)將各種信號(hào)處理、小波分析、圖像處理和深度學(xué)習(xí)算法轉(zhuǎn)換為優(yōu)化的 CUDA 代碼的自動(dòng)化途徑，可以直接在 Jetson 平臺(tái)上投入生產(chǎn)。

第一步，將 AI 應(yīng)用程序打包成 MATLAB 函數(shù)，就像它在部署版本中運(yùn)行一樣。如代碼示例所示，函數(shù) model_predict_ecg 接收 65536 個(gè)樣本的 ECG 信號(hào)作為輸入，將其傳遞給函數(shù) cwt_ecg_jetson_ex 將其轉(zhuǎn)換為時(shí)頻圖像，將其傳遞給經(jīng)過訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，最后提供所有不同 ECG 類別的概率分?jǐn)?shù)作為輸出。

%% MATLAB functions for deployment
function PredClassProb = model_predict_ecg(TimeSeriesSignal)
 
    coder.gpu.kernelfun();
   
    % parameters
    ModFile = 'ecg_model.mat'; % file that saves neural network
    ImgSize = [227 227]; % input image size for the ML model
   
    % sanity check signal is a row vector of correct length
    assert(isequal(size(TimeSeriesSignal), [1 65536]))
 
    %% cwt transformation for the signal
    im = cwt_ecg_jetson_ex(TimeSeriesSignal, ImgSize);
   
    %% model prediction
    persistent model;
    if isempty(model)
        model = coder.loadDeepLearningNetwork(ModFile, 'mynet');
    end
 
    PredClassProb = predict(model, im);
   
end
 
function im = cwt_ecg_jetson_ex(TimeSeriesSignal, ImgSize)
 
coder.gpu.kernelfun();
 
%% Create scalogram
cfs = cwt(TimeSeriesSignal, 'morse', 1, 'VoicesPerOctave', 12);
cfs = abs(cfs);
 
%% Image generation
 
% Load the jet colormap generated and saved earlier using the commands:
% >> cmapj128 = jet(128); save(‘cmapj128.mat’, ‘cmapj128’);
 
cmapj128 = coder.load('cmapj128');
imx = ind2rgb_custom_ecg_jetson_ex(round(255*rescale(cfs))+1,cmapj128.cmapj128);
 
% Resize to proper size and convert to uint8 data type
im = im2uint8(imresize(imx, ImgSize));
 
end
 
function out = ind2rgb_custom_ecg_jetson_ex(a, cm)
  
   indexedImage = a;
  
   % Make sure that indexedImage is in the range from 1 to number of colormap
   % entries
   numColormapEntries = size(cm,1);
   indexedImage = max(1, min(indexedImage, numColormapEntries) );
 
   height = size(indexedImage, 1);
   width = size(indexedImage, 2);
  
   rgb = coder.nullcopy(zeros(height,width,3));
   rgb(1:height, 1:width, 1) = reshape(cm(indexedImage, 1), [height width]);
   rgb(1:height, 1:width, 2) = reshape(cm(indexedImage, 2), [height width]);
   rgb(1:height, 1:width, 3) = reshape(cm(indexedImage, 3), [height width]);
  
   out = rgb;
 
end

現(xiàn)在您已經(jīng)設(shè)置好了函數(shù)，從 MATLAB 連接到 Jetson 平臺(tái)。 NVIDIA GPU 的 GPU 編碼器支持包支持以下開發(fā)工具包：

NVIDIA Jetson TK1 型

Jetson TX1 型

Jetson TX2 型

Jetson AGX Xavier

Jetson Xavier NX 型

Jetson 納米

它還支持 NVIDIA 驅(qū)動(dòng)平臺(tái) 。下面是連接到 Jetson Nano 平臺(tái)并設(shè)置配置參數(shù)的代碼示例，用于從前面的函數(shù)生成 CUDA 代碼。

hwobj = jetson('gpucoder-nano-2','username','password');
cfg = coder.gpuConfig('exe');
cfg.Hardware = coder.hardware('NVIDIA Jetson');
cfg.Hardware.BuildDir = '~/remoteBuildDir';
cfg.DeepLearningConfig = coder.DeepLearningConfig('cudnn');
cfg.CustomSource = fullfile('main_ecg_jetson_ex.cu');

指定的代碼示例在代碼生成中包含自定義源文件 main_ecg_jetson_ex.cu 作為參數(shù)。這樣做是為了指定輸入/輸出管道，以便在 Jetson 平臺(tái)上測試部署的算法。首先，通過選擇 coder.gpuConfig 對(duì)象到 coder.gpuConfig 的 GenerateExampleMain 屬性，為該應(yīng)用程序生成了示例 main.cu 模板。接下來，您修改了模板 main.cu 文件，包括從文本文件 signalData.txt 中讀取樣本 ECG 信號(hào)數(shù)據(jù)，并將算法結(jié)果寫入另一個(gè)文本文件 predClassProb.txt 。修改后的 main.cu 文件另存為 main_ecg_jetson_ex.cu ，僅供參考。

//
// File: main_ecg_jetson_ex.cu
//       
//***********************************************************************
// Include Files
#include "rt_nonfinite.h"
#include "model_predict_ecg.h"
#include "main_ecg_jetson_ex.h"
#include "model_predict_ecg_terminate.h"
#include "model_predict_ecg_initialize.h"
#include 
#include 
#include 
 
// Function Definitions
 
/* Read data from a file*/
int readData_real32_T(const char * const file_in, real32_T data[65536])
{
  FILE* fp1 = fopen(file_in, "r");
  if (fp1 == 0)
  {
    printf("ERROR: Unable to read data from %s
", file_in);
    exit(0);
  }
  for(int i=0; i<65536; i++)
  {
      fscanf(fp1, "%f", &data[i]);
  }
  fclose(fp1);
  return 0;
}
 
/* Write data to a file*/
int writeData_real32_T(const char * const file_out, real32_T data[3])
{
  FILE* fp1 = fopen(file_out, "w");
  if (fp1 == 0)
  {
    printf("ERROR: Unable to write data to %s
", file_out);
    exit(0);
  }
  for(int i=0; i<3; i++)
  {
    fprintf(fp1, "%f
", data[i]);
  }
  fclose(fp1);
  return 0;
}
 
// model predict function
static void main_model_predict_ecg(const char * const file_in, const char * const file_out)
{
  real32_T PredClassProb[3];
  //  real_T b[65536];
  real32_T b[65536];
 
  // readData_real_T(file_in, b);
  readData_real32_T(file_in, b);
      
  model_predict_ecg(b, PredClassProb);
 
  writeData_real32_T(file_out, PredClassProb);
 
}
 
// main function
int32_T main(int32_T argc, const char * const argv[])
{
  const char * const file_out = "predClassProb.txt";
  // Initialize the application.
  model_predict_ecg_initialize();
 
  // Run prediction function
  main_model_predict_ecg(argv[1], file_out); // argv[1] = file_in
 
  // Terminate the application.
  model_predict_ecg_terminate();
  return 0;
}
 
//
// End of file
//

然后執(zhí)行代碼生成命令生成并構(gòu)建 CUDA 代碼，并將其部署到cfg.Hardware.BuildDir設(shè)備上。此命令生成編譯的model_predict_ecg.elf文件，并將其放在代碼生成配置參數(shù) Jetson 中指定的 Jetson 生成目錄路徑上。

inputSignal = coder.newtype('single', [1 65536], [0 0]);
codegen model_predict_ecg.m -args {inputSignal} – config cfg -report

首先，檢查以下自動(dòng)生成的代碼。自動(dòng)創(chuàng)建了 30 多個(gè) CUDA 內(nèi)核，用于執(zhí)行時(shí)頻圖像轉(zhuǎn)換和深度學(xué)習(xí)預(yù)測步驟。 GPU 編碼器自動(dòng)調(diào)用優(yōu)化的 NVIDIA CUDA cuDNN 庫進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，并調(diào)用 cuBLAS 、 cuFFT 和 cuSolver 庫進(jìn)行其他矩陣計(jì)算。圖 10 顯示了生成的報(bào)告 GUI ，它可以用來檢查自動(dòng)生成的 CUDA 文件，并將生成的 CUDA 代碼追溯到相應(yīng)的 MATLAB 函數(shù)。

圖 10 GPU 代碼生成報(bào)告。

現(xiàn)在已經(jīng)生成了代碼，請(qǐng)?jiān)?Jetson 上測試算法的性能。您可以直接從 Jetson 運(yùn)行生成的可執(zhí)行文件，也可以使用 MATLAB 接口直接從 MATLAB 執(zhí)行應(yīng)用程序。在本例中，將示例 ECG 數(shù)據(jù)文件 signalData.txt 寫入 Jetson 的工作區(qū)目錄，并在主板的 Linux 終端上執(zhí)行編譯后的應(yīng)用程序。

sampleIndx = 113; % Chose any ECG record from the ECGData struct for testing
signal_data = ECGData.Data(sampleIndx, :);
ECGType = ECGData.Labels(sampleIndx);
 
fid = fopen('signalData.txt','w');
for i = 1:length(signal_data)
   fprintf(fid,'%f
',signal_data(i));
end
fclose(fid);
 
% Copy the text file to the workspace directory on the Jetson board
hw.putFile('signalData.txt', hwobj.workspaceDir)

圖 11 在 Jetson Nano 終端上執(zhí)行編譯后的應(yīng)用程序。

打開 Jetson 端子。在工作區(qū)內(nèi)，您可以找到復(fù)制的 signalData.txt 文件以及編譯的 model_predict_ecg.elf 和文件夾 codegen 。當(dāng)您多次執(zhí)行應(yīng)用程序以記錄執(zhí)行速度時(shí)，應(yīng)用程序輸出創(chuàng)建了 predClassProb.txt 輸出文件，其中包含應(yīng)用程序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行分類的概率分?jǐn)?shù)。

輸出的文本文件可以在 MATLAB 中重新加載。比較 Jetson 與 MATLAB 在 CPU 上的推理結(jié)果。您可以看到，測試信號(hào)是正常的竇性心律， Jetson 和 MATLAB 在 NSR 類中的概率得分最高。

% Fetch the result file from Jetson
resultFile = 'predClassProb.txt';
resultFile_hw = fullfile(hwobj.workspaceDir,resultFile);
hwobj.getFile(resultFile_hw)
PredClassProb = readmatrix(resultFile);
PredTableJetson = array2table(PredClassProb(:)','VariableNames',matlab.lang.makeValidName(PredCat));
 
% Execute the function in MALTAB
ModPredProb = model_predict_ecg(signal_data);  
PredTableMATLAB = array2table(ModPredProb(:)','VariableNames',matlab.lang.makeValidName(PredCat));
 
% Display the probability scores from Jetson
disp(PredTableJetson)
 
      ARR         CHF        NSR 
    ________    _______    _______
 
    0.026817    0.17381    0.79937
 
 
% Display the probability scores from MATLAB
disp(PredTableMATLAB)
 
      ARR         CHF        NSR 
    ________    _______    _______
 
    0.026863    0.17401    0.79913

Conclusion

在本文中，我們介紹了如何輕松開發(fā)基于人工智能的數(shù)字健康應(yīng)用程序，并將這些算法部署到嵌入式物聯(lián)網(wǎng)和邊緣人工智能平臺(tái)上，如 NVIDIA Jetson 。該工作流程簡化了使用轉(zhuǎn)移學(xué)習(xí)技術(shù)開發(fā)生理信號(hào)（如 ECG 信號(hào)） AI 應(yīng)用程序的過程。它為開發(fā)此類算法提供了一個(gè)良好的起點(diǎn)。

關(guān)于作者

Akhilesh Mishra 是 MathWorks 醫(yī)療器械和醫(yī)療保健行業(yè)的高級(jí)應(yīng)用工程師。他擅長于信號(hào)/數(shù)據(jù)處理、人工智能和 GPU 計(jì)算工作流程。他在 MathWorks 工作了 4 年多。 Akhilesh 擁有堪薩斯大學(xué)的碩士學(xué)位，在那里他是一個(gè)研究探測格陵蘭和南極洲冰原的雷達(dá)系統(tǒng)的小組的信號(hào)處理負(fù)責(zé)人，以研究全球海平面上升。

Kirthi K Devleker 是 MathWorks 的全球醫(yī)療器械行業(yè)經(jīng)理。 Kirthi Devleker 在目前的職位上與開發(fā)數(shù)字健康和醫(yī)療設(shè)備的客戶、學(xué)術(shù)研究人員和監(jiān)管機(jī)構(gòu)密切合作，幫助他們了解建模和仿真的價(jià)值，以及人們?nèi)绾卫?AI 等最新趨勢來構(gòu)建下一代醫(yī)療設(shè)備。在此之前， Kirthi 擔(dān)任 MathWorks 的高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理，主要負(fù)責(zé)制定人工智能和信號(hào)處理產(chǎn)品的路線圖和長期戰(zhàn)略。 Kirthi 擁有信號(hào)和圖像處理方面的背景，并在 MathWorks 工作了 10 年。他擁有加州圣何塞州立大學(xué)電氣工程碩士學(xué)位。

審核編輯：郭婷