Grid Computing IT-Trend im Gesundheitswesen

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1 Grid Computing IT-Trend im Gesundheitswesen IT-Trends - Essen,

2 Vortragsinhalte Hintergrund des Grid Computing Grid Computing in der biomedizinischen Forschung Zukünftige Einsatzmöglichkeiten des Grid Computing im Gesundheitswesen 2

3 Woher kommt Grid Computing? HEP High Energy Physics Grid Concept Quelle: CERN. (2008), Large Hadron Collider, bigpicture/lhc_08_01/lhc10.jpg. Quelle: Brain, Marshall. (2000), How Power Grids Work, HowStuffWorks.com. 3

4 Architektur User Application Development and User Access GAT API GridSphere Plug-In Scheduling Workflow Management Nutzer High-level Grid Services Monitoring Data management LCG/gLite UNICORE Basic Grid Services Accounting Billing User/VO-Mngt Security Globus Resources in D-Grid Distributed Data Archive Data/ Software Network Infrastructur Distributed Compute Resources Quelle: Sax, Weisbecker. (2007), Auf dem Weg zur Individualisierten Medizin - Gridbasierte Services für die EPA der Zukunft, Telemed 2007, 4

5 Grid Computing in Deutschland Aufbauphase Förderung Reifephase 5

6 Einsatzgebiete des Grid Computing im Gesundheitswesen Quelle: Iakovidis. (2005). HealthGrid 3 sided concept., ISTAG WG, 6

7 Effizienzsteigerung der IT im Gesundheitswesen durch Grid Computing Degree of 1. Usage (CPU + Storage) 2. Knowledge 3. Scientific Collaboration Max. Degree of Interconnectivity 7

8 Grid Computing in klinischer Versorgung und biomedizinischer Forschung EPA RIS / PACS Genotyp- Datenbank Patient Point of Care Provider Funktionsabt. Qualitätskontrolle Portal gematik (egk, HBA) Labor Kommunikations- Server Forschung Krankenhaus- Informations- System ASP Grid Klinikbereich Quelle: Sax, Weisbecker. (2007), Auf dem Weg zur Individualisierten Medizin - Gridbasierte Services für die EPA der Zukunft, Telemed 2007, 8

9 Vision des Grid Computing im Gesundheitswesen Quelle: MediGRID Applikationsportal. (2008), Modul Bildverarbeitung: Virtuelle Gefäßchirurgie, 9

10 10

11 v.l.n.r.: Wilfried Gunia, Jürgen Falkner, Prof. Dr. Michael Hausmann, Prof. Dr. Ulrich Sax, Frank Lüneburg, PD Dr.-Ing. habil. Anette Weisbecker, Svenja Metz,, Dr. Thomas Steinke FKZ: 01IG07015A 11

12 Kontakt und Referenzen Universitätsmedizin Göttingen Abteilung Medizinische Informatik D-Grid MediGRID

13 Anhang 13

14 Was ist Grid Computing? Der Begriff des Grid Computing entlehnt sich dem Power Grid, der anglo-amerikanischen Bezeichnung für das Stromnetz. Grid Computing stellt geographisch verteilte, autonome IT- Ressourcen zur Verfügung. Eine Ressource im Grid ist ein Computer oder auch ein anderes an die Grid-Infrastruktur angeschlossenes Gerät, z.b. ein Radioteleskop. Rechen-Cluster bzw. auch einzelne Computer lassen sich in das Grid einklinken und werden damit Teil eines theoretisch weltweiten Supercomputers. Rechenleistung aus der Netzwerkdose. wobei die Unterschiede nicht vernachlässigt werden dürfen. Grid Computing ist die Nachfolgeinnovation des Internet. 14

15 Grid Computing und seine Vorteile Rechenzentren jeglicher Art können die Auslastung ihrer Ressourcen durch Einbinden eben dieser in das Grid optimieren. Akademische und industrielle Institutionen können on demand IT-Leistung aus dem Grid beziehen und damit hohe Betriebsund Investitionskosten in eigene IT-Infrastruktur vermeiden. KMUs steht der Zugang zu einer ansonsten nicht finanzierbaren IT-Ausstattung zur Verfügung. Aktuelle Forschungs- und Entwicklungsvorhaben setzen teilweise so umfangreiche Rechen- und Speicherkapazitäten voraus, die sich nur durch Grid Computing abdecken lassen. Die Ausfallsicherheit wird durch die redundanten Systeme erhöht. Mit Grid Computing steht eine heterogene IT-Infrastruktur zur Verfügung, insbesondere im Hinblick auf die Virtualisierung. 15

16 Einsatzgebiete des Grid Computing Die drei Anwendungsgebiete des Grid Computing: Computing: bereitstellen von Rechenleistung auf der Basis der Nutzung von Einzelressourcen und verteiltem Rechnen mit n- Ressourcen. Storage: hoch dimensionale Speicherkapazitäten mit standardisierten Zugriffsmöglichkeiten anbieten. Applications/Services: offerieren von Software-Leistungen wie Services und Applikationen, die von Grid-Kunden im Rahmen eigener Geschäftsprozesse sowie auch Applikationen und Services für nachgelagerte Kunden genutzt werden können. Auf Basis dieser drei Basisfunktionalitäten lassen sich z.b. folgende Anwendungsszenarien implementieren: Berechnungen multidimensionaler Modelle. Langzeitarchivierung auf Basis einer standardisierten Plattform. Kollaborationsportale mit Zugang zu umfangreichen Wissensdatenbanken und Ontologiewerkzeugen. 16

17 Grid Computing in Deutschland Grid Computing ist in Deutschland in der D-Grid Initiative übergreifend organisiert und wird vom BMBF gefördert. Die erste Förderphase began 2004 mit einem Vorprojekt, 2005 folgte die Förderphase 1 und 2007 Förderphase 2. D-Grid ist in so genannte Communities untergliedert, die im Zusammenhang mit dem Aufbau der Grid-Infrastruktur die jeweiligen spezifischen Anforderungen der beteiligten wissenschaftlichen Disziplinen implementieren. AstroGrid - Astronomie HEP Grid - Hochenergie Physik InGrid - Ingenieurswissenschaften MediGRID repräsentiert dabei die Disziplinen Medizin und Medizinische Informatik, Biomedizin sowie Lebenswissenschaften. 17

18 Wozu braucht das Gesundheitswesen ein Grid? Die Bedarfe an Rechen- und Speicherkapazität ist gerade in der biomedizinischen Forschung besonders hoch. Ohne Grid Computing sind aktuelle Verfahren sowie Forschungs- und Entwicklungsvorhaben in der Genomik nahezu unmöglich. In der biomedizinischen Forschung- und Entwicklung gewinnt Kollaboration zwischen Forschern, Arbeitsgruppen und Institutionen immer mehr an Bedeutung. Für den Einsatz von IT in der medizinische Versorgung werden z.b. bei der virtuellen Gefäßchirurgie ebenfalls große Rechenkapazitäten benötigt. IT-Verwaltungssysteme wie PACSe lassen selbst zeitgemäße IT-Infrastrukturen schnell an ihre Grenzen stoßen. 18

19 Fragestellungen und zu lösende Aufgabenstellungen (1) Die Sicherheitsinfrastruktur in MediGRID setzt auf eine Public Key Infrastructure, womit komplexe Sicherheitsmechanismen verbunden sind. Wirkt sich dies negativ auf die Benutzbarkeit von Grid Computing in der klinischen Versorgung aus? In wird an der Senkung von Zugangsschwellen gearbeitet. Die Ergebnisse werden sowohl für die biomedizinische Forschung als auch die klinische Versorgung verwendbar sein. Lassen sich fachlich orientierte und transparente Abrechnungsmodelle im Grid implementieren, die den Anforderungen klinischer Nutzer entsprechen? Grundsätzlich ja. Hierfür wird die weitere Arbeit in die notwendigen Erkenntnisse liefern. 19

20 Fragestellungen und zu lösende Aufgabenstellungen (2) Lassen sich fachlich orientierte und transparente Abrechnungsmodelle im Grid implementieren, die den Anforderungen klinischer Nutzer entsprechen? Grundsätzlich ja. Hierfür wird die weitere Arbeit in die notwendigen Erkenntnisse liefern. Ist der Datenschutz in einer Grid-Umgebung für die klinische Versorgung gewährleistet? Ja, entsprechende Konzepte wurden bereits erarbeitet. Die Einbindung der klinischen Versorgung ist ein Hauptthema des Grid Computing. Wenn bei operativen medizinischen Eingriffen Grid Computing zum Einsatz kommt, müssen die verwendeten Komponenten nach dem Medizinproduktegesetz zertifiziert sein. Eine bislang nicht geklärte Aufgabenstellung, die insbesondere durch die Verwendung von Open Source Software noch nicht gelöst werden konnte. 20

21 Vision des Grid Computing im Gesundheitswesen Quelle: Graschew, Rowlofs, Rakowski, Schlag, Charité Berlin, in: Telemedizinführer Deutschland 2007, Seite

22 Gridifizierung von Anwendungsklassen in MediGRID Grid-Fähigkeit Klasse A Klasse B Klasse C Klasse D Klasse A: Klasse B: Klasse C: Klasse D: Zeit z.b. Biomedizinische Informatik z.b. Bildverarbeitung z.b. Klinische Forschung (schneller durchführbar, aufgrund der Erfahrungen aus den Klassen A+B) keine Gridifizierung möglich 22

23 Einordnung von Förderphase 2 MediGRID Förderphase 1 D-Grid 23

24 Wertkette des Grid Computing für biomedizinische Anwendungen Accounting + Billing Geldfluss Grid Service Provider Grid on demand Customer Grid Service Provider Grid on demand Customer Angebot Nutzung Angebot Nutzung Angebot Nutzung Grid Infrastruktur Services Content Support 24

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