Prof. Dr. Ulrich Sax Medizinische Informatik Georg-August-Universität Göttingen. escience & Grid. Grid-

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1 Prof. Dr. Ulrich Sax Medizinische Informatik Georg-August-Universität Göttingen escience & Grid Die Göttinger G Grid Community Community Grid-

2 escience und Grid-Aktivitäten in Göttingen MediGRID Grid-Computing für die Medizin und Lebenswissenschaften Göttingen, Prof. Dr. Ulrich Sax

3 Übersicht Was ist MediGRID? Ziel Aufbau Pilotanwendungen escience und Grid in MediGRID Infrastruktur (Ressourcen) Weitere Schritte Nachhaltigkeit Vernetzung Interdisziplinäre Zusammenarbeit (Definition Biomedizin) Business cases: Drittmittelforschung, Industrie 3

4 Übersicht Was ist MediGRID? Ziel Aufbau Pilotanwendungen escience und Grid in MediGRID Infrastruktur (Ressourcen) Weitere Schritte Nachhaltigkeit Vernetzung Interdisziplinäre Zusammenarbeit (Definition Biomedizin) Business cases: Drittmittelforschung, Industrie 4

5 MediGRID Grid-Computing für die biomedizinische Forschung Das Verbundvorhaben MediGRID weist am Beispiel biomedizinischer Forschung mit hochdimensionalen Daten und der korrelativen Verknüpfung von vielfältigen, genotypischen und phänotypischen Daten unterschiedlichster Art die Anwendbarkeit und Relevanz von GRID-Diensten in der Medizin und in den Lebenswissenschaften nach. Zugleich werden generische Anforderungen an die logischen und technischen Strukturen abstrahiert und an das D-GRID- Integrationsprojekt übermittelt. 5

6 Architekturskizze MediGRID Raw Data Disease Organ/tissue Population Metadata Metadata Metadata Patient data Molecular Cell Metadata Metadata Metadata Access control Search, find, select Homogenize Target data Correlating, processing, analyzing Result data Presenting Result 6

7 Pilotanwendungen Basierend auf Anwendungsanalysen, die mit Hilfe von Umfragen und Workshops durchgeführt wurden, sind einige Pilotanwendungen bereits ins MediGRID Portal integriert worden. AUGUSTUS: Genomsequenzanalyse Ontology-Access: Zugang zu Ontologie-Datenbanken über gesicherten OGSA-DAI-Service Medizinische Bildverarbeitung 3D Ultraschall Prostatabiopsie Virtuelle Gefäßchirurgie kommende Anwendungen: Analyse klinischer Studien in der Neurologie 7

8 Bioinformatik Anwendungen: AUGUSTUS: Genvorhersage für höhere Lebewesen DIALIGN: Vergleich mehrerer Sequenzen unterschiedlichen Ursprungs 8

9 Ultraschall-Bildverarbeitung Pilotversion Zur Zeit implementiert: File Management File Upload File transfer aus SRB Entpacken von tars Webservices Bildverarbeitung Bestimmung Region of interest aus Einzelbild Segmentierung der Biopsienadel aus Bildsequenz Statusabfrage Jobs Imageviewer 9

10 Bildverarbeitung: Virtuelle Gefäßchirurgie Pilotversion Ein- und Ausgabedaten: Segmentierte Blutgefäße Region of Interest Hämodynamische Größen Hilfe für den Chirurgen durch Berechnung der Strömungsverhältnisse in den Gefäßen Zerlegung der Gebiete, Parallelisierung 10

11 Vision Quelle: Graschew, Rowlofs, Rakowski, Schlag, Charité Berlin, in: Telemedizinführer Deutschland 2007, Seite

12 Klin. Forschung: GRID-basierte Analyse des EKG Automatisierte Erkennung der QRS-Komplexe, Berechung der R-R-Abstände (Herzfrequenz) und Bestimmung der Verteilung über die Nacht. 12

13 Klin. Forschung: Automatische Analyse des EMG Berechnung der oberen und unteren Hüllkurve des EMG-Signals zur Bestimmung der Amplitude. Zusammenfassung der Ereignisse die weniger als 1 Sekunde auseinander liegen. 13

14 Übersicht Was ist MediGRID? Ziel Aufbau Pilotanwendungen escience und Grid in MediGRID Infrastruktur (Ressourcen) Weitere Schritte Nachhaltigkeit Vernetzung Interdisziplinäre Zusammenarbeit (Definition Biomedizin) Business cases: Drittmittelforschung, Industrie 14

15 Infrastruktur - Sequenzanalyse Ausblick: Einbindung großer Datensammlungen Integration und Resourcenanbindung Detailverbesserungen im Datenmanagement und Workflow Steigerung der Benutzbarkeit DIALIGN-Portlet 15

16 MediGRID-Infrastruktur MediGRID User PC D-Grid D-Grid Grid CA CA CA Zertifikate Zertifikate Zertifikat 1. Portal 4. Grid Application Portlets Grid Zertifikat MyProxy Upload Tool Portal Credential Lifetime: 2 Jahre Lifetime : 2 Stunden Proxy Zertifikat MyProxy Server Lifetime : 7 Tage Grid Ressourcen und Anwendungen Vorteil: Anmeldung Erzeugen Nutzung Grid von eines Nutzer am Portal-Anwendungen, Proxy-Zertifikats Credentials benötigt und Download keinen über und das Grid die des Upload MediGRID Rechner Credentials MPU-Tools auf / Portal den keine erfordern über MyProxy Middleware-Installation Java Server Webstart 16

17 Enhanced Security 17

18 Übersicht Was ist MediGRID? Ziel Aufbau Pilotanwendungen escience und Grid in MediGRID Infrastruktur (Ressourcen) Weitere Schritte Nachhaltigkeit Vernetzung Interdisziplinäre Zusammenarbeit (Definition Biomedizin) Business cases: Drittmittelforschung, Industrie 18

19 GöGRID die Göttinger GRID-community Instant-Grid (GWDG, Testplattform ) MediGRID (von Genomics über Proteomics zu Metanomics, Sicherheit im Grid) Bioinformatik (Datenvolumen veranschaulichen, Vorgehensweise bei dieser Disziplin zu einem Ergebnis zu kommen) escience (internat. Aspekte, Disseminierung, enhanced Security) TextGrid (elektronischer Zugriff auf diese größte Sammlung von Informationen) 19

20 Vernetzung und Synergien mit anderen Communities D-Grid Sonderinvest Speicher 15 TB Cluster 11 x 2CPU 2 GB pro Core incl. Fibrechannel cabig TextGrid InGRiD Göttinger Grid-Security-Workshops (3. WS: 27./28. März 2007) Enhanced Security MediGRID DGI GöGrid GWDG 20

21 The US-way: cabig As the cabig initiative moves toward self-sustainability, cabig participants (including application end users and information technology professionals) will require support services to realize successful application of cabig tools and products. The cabig Program wishes to establish a Service Provider Program, whereby third party organizations will provide: User application support (training, helpdesk, onsite, etc.), Informatics Architecture and Development Support (integrating tools together utilizing cagrid, as well as integrating tools into an institution s workflow) Code development services (technical support for developing applications which leverage cagrid, data model extension, application functionality extension, etc.) Quelle: 21

22 MediGRID US-Workshop November 2006 v.l.n.r. Yannick Legré (HealthGrid EU, Port-au-Chevau), Otto Rienhoff (MediGRID, Univ. Göttingen), Peter Covitz (cabig, NCICB, Washington), Berit Hamer (Univ. Göttingen), Dagmar Krefting (MediGRID, Charité Berlin), Howard Bilofsky (US HealthGrid, Univ. of Pennsylvania, Philadelphia), Parvati Dev (US HealthGrid, University School of Medicine, Stanford), Michael Hartung (MediGRID, Univ. Leipzig), Anette Weisbecker (MediGRID, Fraunhofer IAO, Stuttgart), Jochen Hampe (MediGRID, UKSH Kiel), Sebastian Claudius Semler (MediGRID, Göttinger Grid-Seminar TMF, Berlin), 23. Thomas November Steinke 2006 (MediGRID, Zuse Institute Berlin). 22

23 Business Case: Drittmittelfinanzierte Forschung In der drittmittelgeförderten Forschung in den Life Sciences wird aufwändige Infrastruktur in der Regel nicht mehr genehmigt. den Antragstellern wird nahe gelegt, diese Dienstleistung einzukaufen. Notwendige Rahmenbedingungen: Akademische Grid Service-Kunden in die Lage versetzen, für sie interessante Grid Services zu nutzen (Schwelle) die in Anspruch genommene Dienstleistung abrechnen können (Billing) Einhaltung gesetzlicher Vorschriften (Datenschutz, Veröffentlichung, Archivierung) Beispiel: SFB680 in Köln und am Kirchhoff Institut für Physik in Heidelberg Grid-Services über die DFG transparent abrechenbar sind. 23

24 Use Case Industrie: High Throughput Screening Genvorhersage im Grid Automatische Sequenzierung ( Shotgun-Sequencing ) erzeugt viele Fragmente ( Contigs ) Genvorhersage kann unabhängig für einzelne Contigs erfolgen massive Parallelisierbarkeit Shotgun-Sequencing 24

25 MediGRID-Demonstration A) Security MediGRID-Portal Gridsphere Portlets Credential Managment Upload-Tool: Schlüsselmanagement, MyProxy, private key bleibt immer auf dem persönlichen Medium B) Pilotanwendungen live Ontologie im Portal Bioinformatik: Augustus Bildverarbeitung: Prostata 3D, Gefäßchirurgie 25

26 Weitere Informationen: Internetseite: Portal: portal.medigrid.de

27 Prof. Dr. Ulrich Sax Medizinische Informatik Georg-August-Universität Göttingen escience & Grid Die Göttinger G Grid Community Community Grid-