Philips beschleunigt Innovationen im Bereich der Ultraschalltechnik mit GPU-gestütztem Beamforming und KI

Philips Ultraschall stand vor Herausforderungen, die Innovation und Patientenversorgung einschränkten. Im Bereich der Entwicklung strebte das Unternehmen schnellere Iterationszyklen bei der Algorithmenentwicklung an und musste gleichzeitig die immer komplexer werdenden Anforderungen an die Parallelverarbeitung bewältigen, die die traditionelle hardwarebasierte Architektur an ihre Grenzen brachten.

Aus klinischer Sicht blieb die Ultraschalldiagnostik stark patientenabhängig und zeigte erhebliche Variabilität bei verschiedenen Patient*innen und Szenarien. Medizinische Fachkräfte benötigten leistungsfähigere Bildgebungssysteme, die sich automatisch anpassen, hochauflösende 3D-Volumen mit höheren Bildraten liefern und fortschrittliche Werkzeuge zur Darstellung komplexer anatomischer Strukturen bieten – insbesondere bei interventionellen Eingriffen und in der Frauenheilkunde.

Um Innovationen zu beschleunigen und immer fortschrittlichere Bildgebungsverfahren zu unterstützen, hat Philips seine Ultraschallplattform in der dritten Generation von maßgeschneiderter FPGA-basierter Hardware auf softwaredefinierte Beamforming-Technologie umgestellt. Dank der NVIDIA RTX Professional-GPUs bietet diese Umstellung die für das Echtzeit-Beamforming erforderliche leistungsstarke und energieeffiziente Rechenleistung. Das Ergebnis sind schärfere Bilder, schnellere Verarbeitung und sicherere Diagnosen, die Klinikteams eine bessere und effizientere Patientenversorgung ermöglichen.

Mit NVIDIAs CUDA-Framework erschloss Philips leistungsstarke Parallelverarbeitung und revolutionierte die Ultraschalldiagnostik. CUDA beschleunigt insbesondere zentrale Bildgebungsfunktionen – von Beamforming, Filterung und Envelope-Erkennung bis hin zu Nachbearbeitungsalgorithmen wie Image Boost –, während die immense Rechenleistung der GPU die fortschrittliche 3D-Datenrekonstruktion und das Volumen-Rendering ermöglicht. Diese umfassende softwaredefinierte Architektur ermöglicht eine adaptive Echtzeit-Bildgebung, die dynamisch auf das individuelle akustische Fenster und die anatomischen Merkmale jedes Patienten oder jeder Patientin reagiert, ohne dass eine vollständige Systemüberholung erforderlich ist.

Die softwaredefinierte Architektur bietet transformative Vorteile, die weit über klassische Leistungskennzahlen hinausgehen. Der Leistungssprung bei der GPU-basierten Beamforming-Technologie im Vergleich zu FPGA ermöglicht eine Verbesserung der 3D-Color-Volumenraten um 70 % – einer der rechenintensivsten Ultraschall-Betriebsarten. Die Flexibilität einer softwaredefinierten Architektur ermöglicht die fortschrittliche Signalverarbeitung, die erforderlich ist, um die Bildqualität zu erhalten – eine Qualität, die zuvor aufgrund physikalischer Einschränkungen zugunsten der Echtzeit-Volumenraten aufgegeben werden musste. Das Ergebnis ermöglicht es Ärzt*innen, pathologische Strömungsmuster in Echtzeit innerhalb der komplexen Strukturen der Herzklappen sichtbar zu machen.

Die Implementierung der NVIDIA-GPU-Beamforming-Technologie hat in verschiedenen Bereichen der Leistung und des geschäftlichen Nutzens messbare Ergebnisse erzielt. Leistungsverbesserungen durch die neueste GPU-Generation können den Kunden schneller und einfacher durch ein flexibles, modulares Design mit dem Ziel, die Gesamtkosten (TCO) zu senken, verfügbar gemacht werden.

Durch die Migration auf GPU-basiertes Beamforming hat Philips seinen Innovationszyklus beschleunigt. Dank der CUDA-Plattform von NVIDIA kann ein breiteres Team von Ingenieur*innen – nicht nur Hardware-Spezialist*innen – zur Entwicklung, zum Testen und zur Verbesserung von Algorithmen beitragen, was zu einer schnelleren Markteinführung und geringeren Entwicklungskosten führt. Die softwaredefinierte Architektur unterstützt zudem Nachhaltigkeitsziele. Darüber hinaus hat Philips durch die Reduzierung der Abhängigkeit von spezieller Hardware ein modulareres Design geschaffen, wodurch Abfall minimiert und die Systemleistung durch Software-Upgrades erhöht wird. Die energieeffiziente Verarbeitung der GPUs leistet einen weiteren Beitrag zu umweltfreundlicheren Betriebsabläufen.

Dank der fortschrittlichen parallelen Verarbeitung durch GPU-Beamforming ist Philips in der Lage, 3D-Herzvolumina mit nahezu 2D-Bildraten und -Auflösungen zu erzeugen, wodurch Ultraschalltechniker eine Echtzeitansicht der komplexen Herzanatomie erhalten, die herkömmliche Beamformer nicht bieten können. Adaptive GPU-basierte Bildgebungsalgorithmen passen sich automatisch an das individuelle akustische Fenster jedes Patienten an und liefern so über die gesamte Patientengruppe hinweg konsistentere und qualitativ hochwertigere Bilder, ohne dass zusätzliche Eingriffe der Anwender*innen oder Kontrastmittel erforderlich sind.

In der klinischen Praxis sollen diese Funktionen zu schnelleren und sichereren Diagnosen, weniger Wiederholungsuntersuchungen oder Überweisungen an andere Fachbereiche sowie reibungsloseren Arbeitsabläufen führen. Echtzeit-3D-Herzdiagnostik beschleunigt zudem Innovationen bei minimal-invasiven intrakardialen Klappenersatz- und Reparaturoperationen und bietet lebensverändernde Optionen für Hunderttausende von Patient*innen, die keine Kandidat*innen für eine offene Herzoperation gewesen wären.

Das GPU-Beamforming erhöht die Diagnosesicherheit und verringert dadurch die Notwendigkeit für Ärzt*innen, mehrdeutige Ultraschallbilder zu interpretieren. Verbesserte Bildqualität entlastet bei schwer schallbaren Fällen, ermöglicht gleichbleibende Untersuchungen und effizientere Arbeitsabläufe. In interventionellen Umgebungen unterstützen GPU-gestützte Systeme anspruchsvolle Bildgebung für minimal-invasive Eingriffe, ermöglichen einen erweiterten Zugang und senken die Kosten.

Die skalierbaren GPU-Plattformen von Philips ermöglichen zukünftige Upgrades über Software, schützen Kapitalanlagen und gewährleisten langfristigen Wert. Technologien wie TrueVue und GlassVue – die fortschrittlichen 3D-Bildgebungslösungen von Philips – profitieren von der GPU-Beschleunigung und liefern fotorealistische Bilder, die die Wahrnehmung räumlicher Tiefe und das anatomische Verständnis in Echtzeit verbessern.

Die Transformation von Philips von FPGA-basierter zu GPU-beschleunigter Ultraschalldiagnostik zeigt, wie die beschleunigte Rechenplattform von NVIDIA Medizinproduktehersteller in die Lage versetzt, klassische Hardwarebeschränkungen zu überwinden und herausragende klinische Ergebnisse zu erzielen. Durch den Übergang von starren, kundenspezifischen Hardwaresystemen zu flexiblen, softwaredefinierten Architekturen hat Philips eine Grundlage für kontinuierliche Innovation geschaffen, die sowohl medizinischen Fachkräften als auch Patient*innen direkt zugutekommt – durch verbesserte diagnostische Fähigkeiten, erhöhte Workflow-Effizienz und erweiterte Behandlungsoptionen für komplexe kardiologische Eingriffe.