Сервисы ВО “Цифровая маммография”

Особенности современного
построения грид-сети на примере
виртуальной организации
«Цифровая маммография»
Жучков
Алексей Васильевич
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
alex@chph.ras.ru
План:
Особенности современного построения Грид
•
•
•
•
•
•
Ресурс-провайдер  Cloud
Грид провайдер  интегратор
Платформа  комбинация
Пространство данных
+/- Грид
Безопаснее(proxy sertificat), Эффективнее($), …
Примеры построения Грид-сервисов для организации
высокопроизводительной обработки данных
маммографического архива
ВО “Chemical
Physics”
middleware
ВО “ChemBioGrid”
ВО “Human Molecular
Polymorphism”
ВО “BiblioGrid”
Провайдеры
приложений
Более 30
биохимических,
биофизических и
медицинских
учреждений
РГБ
БЕН
и более 20 других…
ARC
GOS
NAREGI
Internet Provider
Network Resources Provider
OGSI, базирующиеся на WSRF, WSN, UNICORE,…
Certification Authority Center
infrastructures
Инфраструктурные
VO
Mgmt
Policy
Mgmt
Грид провайдер
Monitoring Logging Discovery
Event
Distributed
Notification
Naming
Mgmt
Mgmt
Basic Grid ServicesOGSA-AuthZ,
(GT4)
GSI, CAOPS
Безопасность
Authentication
Authorization
Intermediate Grid
Services
Integrity
Resource
JSDL, OGSA-BES, OGSA-RSS, GRAAP
Запуск
Boundary
Traversal
задания
Job Execution Workload Workflow
Execution
Mgmt Planning Mgmt
Mgmt
GSM, DAIS, GFS, DFDL, GridFTP, ByteIO, UDT
Computing
Работа
с данными
Storage
Access
Content
Instruments
Integration TransferReplication
Commercial Data Centers
Ресурс-провайдеры
UR, RUS, CDDLM, ACS, CGS
DRMAA, Grid RPC, SAGA, GIR
Finnigan
LTQ-FT
Resource Remote Info
Clusters
Управление ресурсами
Интерфейс приложений
ProvisioningDeployment
Configuration
Reservation
Non-commercial Projects Grants
+Cloud
Mgmt ProcedureRetrieval
Mass-Spectrometry
Center of RAS
API
ВО “Цифровая маммография”
Медицинские ВУЗы
MMA
РГМУ
Маммологические
центры и кабинеты
Провайдеры прикладных
(медицинских) сервисов
ВНЦХ
НаучноРАМН
ГНЦ
медицинская Институт
библиотека иммунологии ИБМХ РАН
Федеральный Маммологический центр Росмедтехнологий
Общественные организации
Союз
общественных
организаций
«Движение женщин
за здоровье нации»
Новое действующее лицо
– “ответственный пациент”
Провайдеры базовых и
информационных сервисов
СК “Чебышев”
РМЖ – вызов цивилизации
В США общественные фонды собрали $20’000’000 и использовали их на
исследования РМЖ. В результате удалось снизить смертность от 20% до 40%
(в различных штатах).
Проект National Digital Mammography Archive числился №1 в 2002 году в
списке Top100 Innovation List в Информационных Технологиях ($6,3 миллиона
государственного финансирования в 2002-2003 г.г.).
В Европе реализован ряд проектов, в том числе международный (британофранко-итальянский) Mammogrid (2003-2005 г.г., 2’200’000 €).
Цель проекта – создание транс-европейского распределенного хранилища
маммограмм с использованием ресурсов EGEE.
На основе созданной инфраструктуры запущен новый транс-европейский
проект NeuGrid для борьбы с болезнью Альцгеймера (3’250’000 €).
Все эти проекты в значительной мере опираются на использование
грид-технологий
РМЖ – социальная проблема
• Заболеваемость РМЖ выросла на 40% за последние 20 лет.
• И продолжает расти, в том числе у молодых женщин:
сегодня в России заболеваемость РМЖ у женщин до 30 лет
достигла 28,5 на 100 000.
• Сегодня в России только 13% случаев РМЖ диагностируются
на I стадии. 42% российских женщин приходят к врачу только
на IV стадии.
Статистика 5-летней
выживаемости
после обнаружения РМЖ:
Общая статистика в российских клиниках для пациенток с РМЖ:
5-летняя выживаемость после операции = 50%.
Совершенствование ранней диагностики РМЖ –
единственный путь к долгой и здоровой жизни
Широкое применение современных ИТ – один из путей
совершенствования ранней диагностики РМЖ.
100%
84%
71%
75%
48%
50%
18%
25%
0%
I
II
III
IV
РМЖ – вычислительно сложная задача
Организация массового маммографического скрининга новый вызов для информационных технологий
1. По медицинских рекомендациям каждая женщина старше 40 лет
должна проходить маммографическое исследование раз в 2 года.
В 2006 г. в России их насчитывалось 48 миллионов.
1 маммографическое исследование = 4 рентгенмаммограммы по 12 МБ
2. Реализация п.1 означает появление 1015 байт новых данных в год.
Миллионы маммограмм – основа ранней диагностики
Сервисы ВО “Цифровая маммография”
Сотни маммограмм
Тысячи маммограмм
Adobe Photoshop
Поиск областей
интереса (ROI)
Поиск маммограмм
“схожих случаев”
ПК
PC file system
сервер хранения
АРМ
маммограмм
Грид
Миллионы маммограмм
Связывание данных из
электронных историй болезни
Десятки миллионов
маммограмм
Сравнительный анализ по
большим наборам данных
Распределенное
хранилище
ЭИБ,
маммограммы
Суперкомпьютеры
семейства СКИФ
Сервисы ВО “Цифровая маммография”
Высокоуровневые Грид-сервисы
• Сервисы распределённого архива маммограмм
• Сервисы обработки маммограмм
• Сервисы работы в пространстве данных ВО
Вспомогательные инфраструктурные Грид-сервисы
G-ONTOLOGY – семантическое связывание гетерогенных данных
GCS – сервис контрольных точек
RMDS - обслуживание Репозитория Мета Описаний (РМО)
BLPS - доступ к коллекциям из Web при помощи Bibliogrid Library Proxy
LEXER - лексический анализ данных, из пространства данных по Мета-Модели
DGIS - DICOM Grid Interface Service
Базовые Грид-сервисы
Globus Toolkit 4, OGSA-DAI, OGSA-BES, UDT, Unicore6 …
Сервисы ВО “Цифровая маммография”
• Сервисы распределённого архива маммограмм
- аннотирование и внесение маммограмм в архив
-поиск и доставка маммограмм, в т.ч. др. сервисам
• Сервисы обработки маммограмм
• обработка изображений
- нормализация (ориентация, размеры, в т.ч. отношения пикселей 16,67 на мм)
- отсечение неинформативной части (с нулевой энтропией)
- линейное контрастирование, пороговая обработка, выделение контуров
- выделение текстур, удаление шумов, вычисление локальных стат. моментов
• CAD сервисы и сервисы для обучения
- поиск областей интереса (ROI)
- поиск “схожих случаев” и ранжирование по схожести (в т.ч. по ROI), поиск
«выпадающих случаев», накопление статистики по признакам в рамках диагноза
- актуализация атласа (маммоонтологии на основе подтверждённых диагнозов)
- формирование «виртуальной маммограммы» (тестирование на разных условиях
съемки, 3-D модель, восстановленная с растра, темпоральные ряды и др.)
• Сервисы работы в пространстве данных ВО
- сбор данных в пространстве данных по XML-шаблону (мета-модели)
- формирование коллекций маммограмм и клинических данных, в т. ч. для обучения
Сервисы распределённого архива
1240 маммографических кабинетов
региональные маммографические центры
Юридические и
психологические
аспекты
Распределенный архив ВО “Цифровая маммография”
Пример CAD cервиса поддержки диагностики РМЖ
Статистический анализ диагнозов «схожих случаев»
сервис
DICOM Grid Interface
Распределенный архив ВО “Цифровая маммография”
сервис поиска
“схожих случаев”
Грид-пространство
Виртуальной организации
“Цифровая маммография”
сервис поиска
в ПД
сервис
поиска
ROI
сервис статистики
диагнозов
Статистика диагнозов
критерий сходства: сред.квадр. разн.
уровень сходства:
85%
сервис
всего просмотрено: 166945
отображения
данных
1. Листовидная фиброаденома 641
2. Внутрипапиллярный рак
311
3. Рак в виде узла
101
4. Непальпируемый рак
80
700
600
500
400
300
200
100
0
1
Маммологический центр
2
3
4
Пространство Данных (по М. Franklin)
ВО “Цифровая маммография”
Корпоративные коллекции
клинических данных
Виртуальной организации
Маммографические
архивы CAD-систем
Клинические
МИС (Oracle,еtc.)
Web-сайты (журналы,
сайты ВО, etc)
Репозиторий
метаданных
Персональные коллекции
клинических данных
Маммографические
архивы (файлы)
Персональные БД
(MS Access, etc)
Пример cервиса поиска в пространстве данных
Сервис «Доказательная маммология»
G-ONTOLOGY
<DrugName>Novaldex
<AdverseEvent>Womb cancer
<RiskFactor>Age
<PatientData> </PatientData>
</RiskFactor>
</AdverseEvent>
<Source> </Source>
</DrugName>
RMDS
Для сбора информации в пространстве данных используется
XML-шаблон, в котором фиксируются семантические признаки
для отбора интересующих данных.
Для создания XML-шаблона используется
сервис формирования и отображения онтологий.
XML-шаблоны хранятся в РМД
РМД
«Доказательная маммология»
Формирование коллекции в пространстве данных
RMDS
RMDS
РМД
РМД
LEXER
<body>
…
<b>Davis RJ</b>
<p>Four cases of warfarininduced
skin necrosis are reported,
and previous reports of this
adverse
drug reaction are
summarized.
A 53-year-old man
experienced two
episodes of skin necrosis…
…
</body>
BLPS
15/16
OGSA-DAI
Доказательная маммология
отображение собранных данных (G-Ontology, MS IE)
Спасибо!
Особенности современного построения Грид
Примеры построения Грид-сервисов для организации
высокопроизводительной обработки данных
маммографического архива
A. Жучков
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
alex@chph.ras.ru