Создание информационно-аналитической инфраструктуры комплексных медицинских исследований А.В.Ермаков, Д.А.Корягин Институт прикладной математики им.М.В.Келдыша. - презентация

1 Создание информационно-аналитической инфраструктуры комплексных медицинских исследований А.В.Ермаков, Д.А.Корягин Институт прикладной математики им.М.В.Келдыша РАН А.А.Потапов, М.А.Шифрин Институт нейрохирургии им.Н.Н.Бурденко РАМН

2 EGEE (Enabling Grids for E-SciencE) Развёртывание гридов для развития е-науки Грид (Grid) - согласованная, открытая и стандар- тизованная компьютерная среда, которая обеспе- чивает гибкое, безопасное, скоординированное раз- деление вычислительных ресурсов и ресурсов хранения информации в рамках виртуальной организации. EGEE (Enabling Grids for E-SciencE) Развёртывание гридов для развития е-науки Грид (Grid) - согласованная, открытая и стандар- тизованная компьютерная среда, которая обеспе- чивает гибкое, безопасное, скоординированное раз- деление вычислительных ресурсов и ресурсов хранения информации в рамках виртуальной организации.

3 Инфраструктура EGEE Инфраструктура EGEE

4 Источник:

5 Виртуальная организация Особенности: Виртуальная организация Особенности: использование современных информационно- телекоммуникационных технологийиспользование современных информационно- телекоммуникационных технологий ; объединениенаучного инструментария, компьютерных и информационных ресурсов;объединение научного инструментария, компьютерных и информационных ресурсов; динамичность, эффективность;динамичность, эффективность; объединение отдельных специалистов и/или научных коллективовобъединение отдельных специалистов и/или научных коллективов для достижения цели научной кооперации использование современных информационно- телекоммуникационных технологийиспользование современных информационно- телекоммуникационных технологий ; объединениенаучного инструментария, компьютерных и информационных ресурсов;объединение научного инструментария, компьютерных и информационных ресурсов; динамичность, эффективность;динамичность, эффективность; объединение отдельных специалистов и/или научных коллективовобъединение отдельных специалистов и/или научных коллективов для достижения цели научной кооперации

6 Использование технологии виртуальных организаций (примеры) Использование технологии виртуальных организаций (примеры) Физика высоких энергий (проект LHC)Физика высоких энергий (проект LHC) Астрофизика ()Астрофизика (проекты MAGIC, Planck) Геофизика (проект Geocluster)Геофизика (проект Geocluster) Физика высоких энергий (проект LHC)Физика высоких энергий (проект LHC) Астрофизика ()Астрофизика (проекты MAGIC, Planck) Геофизика (проект Geocluster)Геофизика (проект Geocluster)

7 для информационной поддержки комплексных программ в здравоохранении Использование технологии виртуальных организаций для информационной поддержки комплексных программ в здравоохранении -объединение и использование вычислительных ресурсов и ресурсов хранения данных -создание и эффективное использование информационных ресурсов -обеспечение эффективного взаимодействия участников работ для информационной поддержки комплексных программ в здравоохранении Использование технологии виртуальных организаций для информационной поддержки комплексных программ в здравоохранении -объединение и использование вычислительных ресурсов и ресурсов хранения данных -создание и эффективное использование информационных ресурсов -обеспечение эффективного взаимодействия участников работ

8 Использование технологии грид в здравоохранении - HEALTHGRID Основная цель – создание среды для: Основная цель – создание среды для: совместного использования ресурсов, совместная работа с разнообразными, пространственно распределенными данными, совместное использование приложений для любого специалиста или организации для любого специалиста или организации (с учетом прав доступа) без каких-либо потерь информации. (с учетом прав доступа) без каких-либо потерь информации. Использование технологии грид в здравоохранении - HEALTHGRID Основная цель – создание среды для: Основная цель – создание среды для: совместного использования ресурсов, совместная работа с разнообразными, пространственно распределенными данными, совместное использование приложений для любого специалиста или организации для любого специалиста или организации (с учетом прав доступа) без каких-либо потерь информации. (с учетом прав доступа) без каких-либо потерь информации.

9 - HEALTHGRID г. – Первые предложения по использованию 2002 г. – Первые предложения по использованию технологии грид в здравоохранении технологии грид в здравоохранении 2003 г. – Первая конференция по Healthgrid г. – Первая конференция по Healthgrid г. – «Белая книга» (HEALTHGrid white paper) (from Grid to HEALTHGrid) (from Grid to HEALTHGrid) 2006 г. – «Дорожная карта HEALTHGrids» 2006 г. – «Дорожная карта HEALTHGrids» (Roadmap for HEALTHGrids) (Roadmap for HEALTHGrids) 2007 г. – «Дорожная карта европейского HEALTHGrid» 2007 г. – «Дорожная карта европейского HEALTHGrid» 10-летний план для Европы 10-летний план для Европы гг - проект NextGRID - Создание архитектурных гг - проект NextGRID - Создание архитектурных компонентов грид-систем нового поколения. компонентов грид-систем нового поколения HEALTHGRID г. – Первые предложения по использованию 2002 г. – Первые предложения по использованию технологии грид в здравоохранении технологии грид в здравоохранении 2003 г. – Первая конференция по Healthgrid г. – Первая конференция по Healthgrid г. – «Белая книга» (HEALTHGrid white paper) (from Grid to HEALTHGrid) (from Grid to HEALTHGrid) 2006 г. – «Дорожная карта HEALTHGrids» 2006 г. – «Дорожная карта HEALTHGrids» (Roadmap for HEALTHGrids) (Roadmap for HEALTHGrids) 2007 г. – «Дорожная карта европейского HEALTHGrid» 2007 г. – «Дорожная карта европейского HEALTHGrid» 10-летний план для Европы 10-летний план для Европы гг - проект NextGRID - Создание архитектурных гг - проект NextGRID - Создание архитектурных компонентов грид-систем нового поколения. компонентов грид-систем нового поколения.

10 Специфика биомедицинских приложений: Требования по данным Гетерогенные форматы данных Частая обновляемость данных Сложные наборы данных (медицинские записи) Ограничения на безопасность и конфиденциальность Необходимость длительного хранения данных Требования по обработке данных Биоинформатика (геномика, протеомика, …): распределенные базы данных Медицинские (просмотр снимков, эпидемиология...): распределенные базы графических данных Использование параллельных алгоритмов для обработки медицинских графических данных и для моделирования Интерактивные приложения Ограничения на безопасность и конфиденциальность

11 Биомедицинские дисциплины – одна из важнейших областей проекта EGEE. Примеры: обработка медицинских графических данных – компьютерный анализ цифровых медицинских изображений GATE – моделирование на основе метода Монте-Карло и графических данных обследования пациента. Цель моделирования – планирование сеансов радиотерапии. Грид-инфраструктура EGEE используется для уменьшения времени, необходимого для получения достаточно достоверных результатов при моделировании методом Монте-Карло, до разумного с точки зрения клинической практики. геномика и протеомика – исследования генов и белков BLAST - анализ новых последовательностей при сравнении ДНК или белковых последовательностей с последовательностями, хранящимися в частных и публичных базах данных; может рассматриваться как идеальное grid-приложение Биомедицинские дисциплины – одна из важнейших областей проекта EGEE. Примеры: обработка медицинских графических данных – компьютерный анализ цифровых медицинских изображений GATE – моделирование на основе метода Монте-Карло и графических данных обследования пациента. Цель моделирования – планирование сеансов радиотерапии. Грид-инфраструктура EGEE используется для уменьшения времени, необходимого для получения достаточно достоверных результатов при моделировании методом Монте-Карло, до разумного с точки зрения клинической практики. геномика и протеомика – исследования генов и белков BLAST - анализ новых последовательностей при сравнении ДНК или белковых последовательностей с последовательностями, хранящимися в частных и публичных базах данных; может рассматриваться как идеальное grid-приложение

12 Моделирование Монте- Карло в рентгенотерапии StorageElement ComputingElement StorageElement ComputingElement StorageElement ComputingElement StorageElement ComputingElement GATE Image: text file Binary file: Image.raw Size 19M Scanner slices: DICOM format Database User interface CCIN2P3 RAL NIKHEF MARSEILLE Anonymisation Concatenation Submission of jdls to the CEs Copy the medical image from the SE to the CE Retrieving of root output files from CEs

13 Гридификация приложения BLAST DB BLAST Seq1 > dcscdssdcsdcdsc bscdsbcbjbfvbfvbvfbvbvbhvbhs vbhdvbhfdbvfd Seq2 > bvdfvfdvhbdfvb bhvdsvbhvbhdvrefghefgdscgdfg csdycgdkcsqkc … Seqn > bvdfvfdvhbdfvb bhvdsvbhvbhdvrefghefgdscgdfg csdycgdkcsqkchdsqhfduhdhdhq edezhhezldhezhfehflezfzejfv DB BLAST dedzedzd zedezdze cdscsdcsc dssdcsdc dscbscds bcbjbf DB BLAST dedzedzd zedezdze cdscsdcsc dssdcsdc dscbscds bcbjbf DB BLAST dedzedz dzedezd zecdscsd cscdssdc sdcdscbs cdsbcbjb f RESULT dedzedzdzedezdzecdscsdcscdssdcsd cdscbscdsbcbjbfvbfvbvfbvbvbhvbh svbhdvbhfdbvfdbvdfvfdvhbdfvbhd bhvdsvbhvbhdvrefghefgdscgdfgcsd ycgdkcsqkcqhdsqhfduhdhdhqedezh dhezldhezhfehflezfzeflehfhezfhehf ezhflezhflhfhfelhfehflzlhfzdjazslzd hfhfdfezhfehfizhflqfhduhsdslchlkc hudcscscdscdscdscsddzdzeqvnvqvn q! Vqlvkndlkvnldwdfbwdfbdbd wdfbfbndblnblkdnblkdbdfbwfdbfn dedzedzd zedezdze cdscsdcsc dssdcsdc dscbscds bcbjbf UI Computing element Input file Computing element dedzedzd zedezdze cdscsdcsc dssdcsdc dscbscds bcbjbf Seq1 > dedzedzdzedezdze cdscsdcscdssdcsdc dscbscdsbcbjbdfn dfjvbndfbnbnfbjn bjxbnxbjk:nxbf dedzedzd zedezdze cdscsdcsc dssdcsdc dscbscds bcbjbf Seq2 > dedzedzdzedezdze cdscsdcscdssdcsdc dscbscdsbcbjbdfn dfjvbndfbnbnfbjn bjxbnxbjk:nxbf dedzedzd zedezdze cdscsdcsc dssdcsdc dscbscds bcbjbf Seqn > dedzedzdzedezdze cdscsdcscdssdcsdc dscbscdsbcbjbdfn dfjvbndfbnbnfbjn bjxbnxbjk:nxbf

14 Дорожная карта европейского HEALTHGrid Дорожная карта европейского HEALTHGrid Вычислительный грид (Computing grid) – объединение вычислительных ресурсов европейских исследовательских медицинских центровВычислительный грид (Computing grid) – объединение вычислительных ресурсов европейских исследовательских медицинских центров Грид данных (Data grid) – объединение ресурсов систем хранения европейских исследовательских медицинских центровГрид данных (Data grid) – объединение ресурсов систем хранения европейских исследовательских медицинских центров Грид знаний (Research Knowledge-Grid) – обработка медицинской информации с целью извлечения знанийГрид знаний (Research Knowledge-Grid) – обработка медицинской информации с целью извлечения знаний Грид DICOM – разработка стандарта передачиГрид DICOM – разработка стандарта передачи медицинских изображений в гриде медицинских изображений в гриде Грид EHR – разработка стандарта для обмена EHR в гридеГрид EHR – разработка стандарта для обмена EHR в гриде Вычислительный грид (Computing grid) – объединение вычислительных ресурсов европейских исследовательских медицинских центровВычислительный грид (Computing grid) – объединение вычислительных ресурсов европейских исследовательских медицинских центров Грид данных (Data grid) – объединение ресурсов систем хранения европейских исследовательских медицинских центровГрид данных (Data grid) – объединение ресурсов систем хранения европейских исследовательских медицинских центров Грид знаний (Research Knowledge-Grid) – обработка медицинской информации с целью извлечения знанийГрид знаний (Research Knowledge-Grid) – обработка медицинской информации с целью извлечения знаний Грид DICOM – разработка стандарта передачиГрид DICOM – разработка стандарта передачи медицинских изображений в гриде медицинских изображений в гриде Грид EHR – разработка стандарта для обмена EHR в гридеГрид EHR – разработка стандарта для обмена EHR в гриде

15 Проект NextGRID – это попытка воплотить видение Проект NextGRID – это попытка воплотить видение концепции гридов будущего: которые жизнеспособны в конкретных экономических которые жизнеспособны в конкретных экономических условиях; условиях; в которых возможно использование новых и в которых возможно использование новых и существующих моделей бизнеса; существующих моделей бизнеса; в которых упрощаются и облегчаются процессы разработки, в которых упрощаются и облегчаются процессы разработки, развёртывания и сопровождения приложений; развёртывания и сопровождения приложений; содержатся средства, обеспечивающие безопасность и содержатся средства, обеспечивающие безопасность и конфиденциальность бизнесу, потребителям и обществу. конфиденциальность бизнесу, потребителям и обществу. Цель и главная задача проекта NextGRID состоит в том, Цель и главная задача проекта NextGRID состоит в том, чтобы выявить наиболее существенные свойства архитектуры Грида Следующего Поколения.

16 Основные архитектурные принципы проекта NextGRID: Динамически управляемое Соглашение об Уровне Обслуживания: (SLA - Service Level Agreement) - создаётся динамически и нацелено на обеспечение гарантии того, что взаимоотношения между поставщиком (провайдером) и потребителем чётко определены и понятны. Конструирование и композиция служб - поддержка динамического расширения возможностей служб. Инфраструктура минимального сервиса - предполагается, что каждая служба, действующая в исполнительной среде NextGRID, может рассчитывать на поддержку некой минимальной инфраструктуры услуг.

17 Клинические исследования Клинические исследования Работу, в которой ставится вопрос, имеющий смысл для одного Работу, в которой ставится вопрос, имеющий смысл для одного больного – а основным инструментом для его решения является больного – а основным инструментом для его решения является анализ клинических данных о группе больных - мы будем анализ клинических данных о группе больных - мы будем называть "клиническим исследованием". называть "клиническим исследованием". А.В.Алексеевский, И.М.Гельфанд, М.Л.Извекова, М.А.Шифрин, А.В.Алексеевский, И.М.Гельфанд, М.Л.Извекова, М.А.Шифрин, О РОЛИ ФОРМАЛЬНЫХ МЕТОДОВ В КЛИНИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ: О РОЛИ ФОРМАЛЬНЫХ МЕТОДОВ В КЛИНИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ: ОТ ЦЕЛИ К ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ ОТ ЦЕЛИ К ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ Работу, в которой ставится вопрос, имеющий смысл для одного Работу, в которой ставится вопрос, имеющий смысл для одного больного – а основным инструментом для его решения является больного – а основным инструментом для его решения является анализ клинических данных о группе больных - мы будем анализ клинических данных о группе больных - мы будем называть "клиническим исследованием". называть "клиническим исследованием". А.В.Алексеевский, И.М.Гельфанд, М.Л.Извекова, М.А.Шифрин, А.В.Алексеевский, И.М.Гельфанд, М.Л.Извекова, М.А.Шифрин, О РОЛИ ФОРМАЛЬНЫХ МЕТОДОВ В КЛИНИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ: О РОЛИ ФОРМАЛЬНЫХ МЕТОДОВ В КЛИНИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ: ОТ ЦЕЛИ К ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ ОТ ЦЕЛИ К ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ

18 Сотрудничество медицинских организаций: Сотрудничество медицинских организаций:

19 Медицинские исследования в нейрохирургии БД НИИН им.Бурденко Исследователи, приложения Исследователи, приложения Исследователи, приложения Исследователи, приложения Региональные центры БД

20 Медицинские исследования в нейрохирургии БД НИИН им.Бурденко Исследователи, приложения Исследователи, приложения Исследователи, приложения Исследователи, приложения Региональные центры БД

21 Разработка инфраструктуры для медицинских исследований в нейрохирургии Разработка инфраструктуры для медицинских исследований в нейрохирургии БД НИИН им.Бурденко Исследователи, приложения Исследователи, приложения Исследователи, приложения Исследователи, приложения Кластер ИПМ им.Келдыша БД Региональные центры

22 БД НИИН им.Бурденко Исследователи, приложения Исследователи, приложения Исследователи, приложения Исследователи, приложения Кластер ИПМ им.Келдыша БД ИнтернетИнтернет Региональные центры БД Пользователи Медицинскиенаучныецентры Разработка инфраструктуры для медицинских исследований в нейрохирургии Разработка инфраструктуры для медицинских исследований в нейрохирургии

23 Спасибо за внимание! Алексей Ермаков Спасибо за внимание! Алексей Ермаков