Εφαρμογές Βιοϊατρικής

Transcript

1 Ο τομέας της Βιοϊατρικής αποτελεί ένα σημαντικό πλαίσιο εφαρμογών για το ερευνητικό πρόγραμμα EGEE. Έχοντας επεκτείνει την ανάπτυξη του σε περισσότερες από 20 εφαρμογές, χωρίζεται σε τρεις κατηγορίες: επεξεργασία ιατρικών εικόνων, βιοϊατρική και ανακάλυψη φαρμάκων. Και οι τρεις περιλαμβάνουν πολλές ανεξάρτητες εφαρμογές που αναπτύσσονται από την υποδομή του EGEE. Αυτές οι εφαρμογές ασκούν πίεση στο ενδιάμεσο λογισμικό επειδή πρέπει να διασφαλίζει συγκεκριμένες προϋποθέσεις που σχετίζονται ως επί το πλείστον με την ασφάλεια ( ευαισθησία δεδομένων), με διαχείριση δεδομένων και με την εκτέλεση μεγάλου αριθμού μικροεργασιών με επιτακτικές ανάγκες δεδομένων. Οι βιοϊατρικές εφαρμογές έχουν τώρα εγκαθιδρυθεί ως τακτικοί χρήστες της υποδομής: ως συνέπεια, οι αυξανόμενοι χρήστες του εικονικού οργανισμού από τους τομείς των βίο επιστημών και της ιατρικής έρευνας αποτελούν τον μεγαλύτερο καταναλωτή των πηγών της υποδομής ακολουθώντας τα τέσσερα πειράματα LHC. Πιο κάτω μπορείτε να βρείτε μια συνοπτική λίστα των βιοϊατρικών εφαρμογών που εξυπηρετεί η υποδομή του EGEE. Ο τομέας της ιατρικής απεικόνισης ( medical imaging) έχει σαν στόχο την ανάλυση ψηφιακών ιατρικών εικόνων, μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή. Ο τομέας συμπεριλαμβάνει ομοσπονδίες ιατρικών δεδομένων, ιατρικές διαδικασίες που απαιτούν εντατικούς υπολογισμούς και επεξεργασία μεγάλων ομάδων δεδομένων και στατιστικές έρευνες σε μεγάλες πληθυσμιακές ομάδες. Το GATE είναι ένας προσομοιωτής που βασίζεται στο πρόγραμμα Μόντε Κάρλο και σχεδιάζει ραδιοθεραπείες με βάση των εικόνων των ασθενών. Χρησιμοποιεί την υποδομή πλέγματος του EGEE ώστε να μειώσει το χρόνο ολοκλήρωσης προσομοιώσεων Μόντε Κάρλο και να γίνει συμβατός για ιατρική χρήση. Το Ιατρικό Σύστημα Υποστήριξης Αποφάσεων ( CDSS) χρησιμοποιεί ταξινόμηση εικόνων βασισμένη σε εξειδικευμένη γνώση για να υποβοηθήσει τη λήψη ιατρικών αποφάσεων. Το Πλέγμα χρησιμοποιείται τόσο για τη συλλογή μεγάλων ομάδων δεδομένων όσο και για την αξιόπιστη εκπαίδευση του λογισμικού ταξινόμησης για τέτοιου μεγέθους ομάδες δεδομένων. Η εφαρμογή των Pharmacokinetics μελετά την διάχυση ενός αντιδραστικού υγρού στο συκώτι μέσα από σειρές εικόνων μα

2 ζικής αντήχησης. Άλλα μηχανήματα, εξαιτίας των κινήσεων του ασθενή, αδυνατούν να κάνουν τη σύγκριση με τις εικόνες. Του εναντίον, η ταυτόχρονη εγγραφή υπολογισμών των παράλληλων εικόνων που είναι καταχωρημένα στο Πλέγμα επιτρέπουν την ανάλυση των απεικονίσεων σε λογικά χρονικά πλαίσια. Το SiMRI3D είναι μια προσομοίωση Απεικόνισης Μαγνητικής Αντήχησης για την παραγωγή τεχνιτών μεν αλλά ρεαλιστικών τρισδιάστατων εικόνων μαγνητικής αντήχησης ( MR) για την ανάλυση εικόνων από απόλυτα γνωστές πηγές, για μελέτη μηχανημάτων και για περαιτέρω ανάπτυξη και βελτίωση σειρών μαγνητικής αντήχησης. Η εφαρμογή gptm3d επιτρέπει τη διαλογική ανάπλαση των τρισδιάστατων ιατρικών εικόνων π. χ.: για την ανάπλαση με γέθους/ ήχου μεγάλων ή πολύπλοκων οργάνων. Η ποιότητα της υπηρεσίας που χρειάζεται για την δραστηριότητα αυτή επηρεάζει κάποιες ιστοσελίδες στο Πλέγμα αφού πρέπει να εξασφαλιστεί υψηλή προτεραιότητα για τέτοιας κλάσης εργασίες. Η εφαρμογή Bronze Standard που αξιολογεί τους αλγόριθμους εγγραφής των ιατρικών εικόνων. Το μέγεθος των δεδομένων που προσφέρονται για επεξεργασία όσο και το κόστος των υπολογισμών, καθιστά αδύνατη την εκμετάλλευση τους από κοινούς ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Παρόλα αυτά, η εφαρμογή μπορεί εύκολα να διανεμηθεί μέσα από το Πλέγμα. Το λογισμικό πακέτο SPM χρησιμοποιείται από την κοινωνία της νευρολογικής έρευνας για την έγκαιρη διάγνωση της ασθένειας Αλζχάιμερ. Βασίζεται στη σύγκριση ενός πιθανού ασθενή με ένα μεγάλο αριθμό υγιών περιπτώσεων. Οι τεχνολο γίες πλέγματος, προσφέρουν εύκολη πρόσβαση σε διανεμημένα δεδομένα και διανεμημένες πηγές ηλεκτρονικών υπολογιστών. Το SEE++ είναι ένα λογισμικό για βιομηχανικές τρισδιάστατες προσομοιώσεις του ανθρώπινου ματιού και των μυών του. Έχει την ικανότητα να προσομοιώσει τις τεχνικές επέμβασης του μυός του ματιού με γραφικά διαλογική μορφή έτσι ώστε που φαίνεται γνώριμη σε έμπειρους χειρούργους ώστε να αποτελέσει υποστήριξη στη διάγνωση και θεραπεία του στραβισμού. Το ThIS είναι ένας Προσομοιωτής Θεραπευτικής Ακτινοβολίας που βασίζεται στο πακέτο εργαλείων GEANT4. Προσομοιώνει τις ακτινοβολίες ζωντανών ιστών με φωτόνια, πρωτόνια ή

3 ακτίνες ελαφρών ιόντων για θεραπεία του καρκίνου. Η προσομοίωση Μόντε Κάρλο παραλληλίζεται με πηγές για πλέγμα για καλύτερη απόδοση. Ο Διαχειριστής Ιατρικών Δεδομένων ( MDM) είναι μια υπηρεσία υψηλού επιπέδου ενδιάμεσου λογισμικού, στενά συνδεδεμένη με το ενδιάμεσο λογισμικό glite, για ασφαλή διαχείριση ιατρι κών δεδομένων. Προτείνει την διεπαφή διαχείρισης συστήματος δεδομένων DICOM σε πλέγμα, διαχείριση ιατρικών μετα δεδομένων και υψηλή ασφάλεια. Η δραστηριότητα bioinformatics έχει σαν στόχο την ανάλυση γονιδίων και πρωτεϊνών, συμπεριλαμβανομένου των γενωμικών, των πρωτεομικών και της φυλογένεσης. Και οι 21 εφαρμογές της βιοπληροφορικής έχουν καταχωρηθεί σαν τακτικοί χρήστες της υποδομής. Ο κύριος μας στόχος είναι να δημιουργήσουμε μια κοινωνία βιοπληροφορικής αποτελούμενη από επιστήμονες που χρησιμοποιούν το Πλέγμα και να τους παρέχουμε με κοινές βάσεις βιολογικών δεδομένων και εργαλεία στην πλατφόρμα EGEE. Είμαστε σε συνεργασία με συναφή ερευνητικά προγράμματα, όπως το BIONFOGRID (EU FP6), το ELLA (EU FP6), το SwissBioGrid (NGA) ώστε να φιλοξενήσουμε ένα μεγάλο φάσμα εφαρμογών τους στο πλέγμα παραγωγής του EGEE και στο Ευρωπαϊκό Δίκτυο Υπεροχής EMBRACE (EU FP6) Μερικές κοινές δραστηριότητες είναι για παράδειγμα η εισαγωγή και το τρέξιμο των εφαρμογών PyBios σχετικά με το Σύστημα Βιολογίας στο Πλέγμα EGEE ( συνεργασίες με MPI MG και CNRS IBCP), ή η τελειοποίηση όλων των δομών πρωτεϊνών στην βάση δεδομένων του PDB ( συνεργασίες με CNRS LCP και IBCP, CMBI, SIB και Πανεπιστήμιο της Ουπσάλας). Η Ανάλυση Σειράς Πρωτεϊνών στο Πλέγμα, είναι μία πύλη εισόδου στο διαδίκτυο για βιο πληροφορική και πα ρέχει στους βιολόγους με διάφορες πηγές βιο πληροφορικής στο Πλέγμα μέσω της βολικής όπως έχει αποδειχθεί διεπαφής του NPS@. Η πολυπλοκότητα του Πλέγματος αποκρύπτεται απόλυτα όπως σε άλλες διάσημες βάσεις πληροφοριών ( όπως η SwissProt, η TrEMBL και η PROSITE) σε εργαλεία ( όπως το BLAST, το FASTA, το SSearch, το ClustalW, ) Βιολογία Συστημάτων στο Πλέγμα. Η PyBioS αποτελεί μια πλατφόρμα προσομοίωσης και δημιουργίας μοντέλων, που αυτοματοποιεί τη δημιουργία μεγάλων βιολογικών μοντέλων δι

4 κτύου μέσω μιας διεπαφής σε βάσεις δεδομένων κοινής βιολογικής κατεύθυνσης. Η BioDCV είναι μια εφαρμογή μοριακής ογκολογίας για την ανάλυση δεδομένων μικροσειράς και πρωτεομικών με ταξινο μητές της Μηχανής Υποστήριξης Διανύσματος ( SVM). Τα αποτελέσματα αυτής της ταξινόμησης είναι μοντέλα πρόβλεψης ταξινόμησης, αριθμημένες λίστες βιοσημείων και προβλέψεις ακρίβειας σε καινούρια δεδομένα. Το SPLATCHE ( Τοπικές και Καιρικές Συνενώσεις σε Ετερογενή Περιβάλλοντα) είναι ένα κυψελοειδές εργαλείο για δημιουργία μοντέλων της εξέλιξης των γενωμικών, που επιτρέπει την ανακατασκευή της παγκόσμιας εξάπλωσης των προηγούμενων ανθρώπων σε ένα γεωγραφικά ρεαλιστικό τοπίο. Η BiG είναι μια υπηρεσία που παρέχει το Πλέγμα για να επι τρέψει πρόσβαση σε μεγάλης κλίμακας λειτουργίες BLAST μέσω της διαδικτυακής εισόδου της διεπαφής της Υπηρεσίας Δικτύου. Χρησιμοποιεί το mpiblast σαν μηχανή επεξεργασίας και επιτρέπει την έναρξη λειτουργιών βάσεις δεδομένων ταυτόχρονα. BLAST σε διάφορες Superlink online. Η ομάδα κατασκευάζει ένα εργαλείο για την ανάλυση γενετικής σχέσης, το Superlink online. Η Ανάλυση Γενετικής Σχέσης αναζητά τα γονίδια που ευθύνονται για τις ασθένειες. Το MIalign2D και MLrefine3D αποτελούν δύο εφαρμογές κλειδιά για εφαρμογές επεξεργασίας εικόνων του μικροσκοπίου ηλεκτρονίων που παρέχονται στο Πλέγμα και που επιτρέπουν το χαρακτηρισμό της δομής μικρομοριακών ταξινομιών σε ξεχωριστές καταστάσεις λειτουργίας. Ο τομέας ανακάλυψης φαρμάκων έχει σκοπό να επιταχύνει την διαδικασία εξεύρεσης καινούριων φαρμάκων μέσω προσομοιώσεων in silico της δομής και της δυναμικής των πρωτεϊνών. Η πρωτοβουλία WISDOM τρέχει υπολογισμούς μεγάλης κλίμακας για την ανακάλυψη φαρμάκων in silico ώστε να συνδράμει στην καταπολέμηση νεο εμφανιζόμενων ασθενειών και ασθε νειών που έχουν παραμεληθεί. Αυτοί οι μικρουπολογισμοί καθορίζουν πόσο καλά κάποια φάρμακα επικολλώνται σε συγκε κριμένα μέρη του ιού που έχουν σκοπό να καταπολεμήσουν αυτά που επιτυγχάνουν να επικολληθούν θεωρούνται πιο ικανά ώστε να καταπολεμήσουν τον ιό. Η πρωτοβουλία έχει χρησιμο

5 ποιηθεί επιτυχώς στην καταπολέμηση της μαλάριας, της γρίπης των πτηνών με εντυπωσιακά αποτελέσματα που επιβεβαιώνονται με τη μέθοδο καλλιέργειας. Το GridGRAMM αποτελεί μια απλή διεπαφή για να πραγματο ποιήσει μοριακό ελλιμενισμό στο διαδίκτυο. Τα αποτελέσματα περιλαμβάνουν δείγματα ποιότητας και διάφορες μεθόδους πρόσβασης στην τρισδιάστατη δομή του συστήματος. Ο μοριακός ελλιμενισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μελέτη της αλληλεπίδρασης των μορίων και για να αναλύσει την αλ ληλεπίδραση ενζύμων υποστρώματος, ώστε να οδηγήσει σε σχεδιασμό φαρμάκων και για κατανόηση της συμπεριφοράς νοσηρών μεταλλάξεων Στόχος του GROCK (Grid Dock) είναι να παρέχει ένα εύκολο τρόπο διεξαγωγής της μαζικής συμπεριφοράς μοριακών αλληλεπιδράσεων μέσω του διαδικτύου επιτρέποντας στους χρήστες να συγκρίνουν ένα μόριο απέναντι σε μια ολόκληρη βάση πληροφοριών άλλων γνωστών δομών. Το EGEE ενδιαφέρεται να συμπεριλάβει και άλλες εφαρμογές. περισσότερες πληροφορίες όσον αφορά συμμετοχή ή για πληροφορίες σχετικά με τρέχουσες εφαρμογές του EGEE, επισκεφθείτε την ιστοσελίδα για Χρήστες και Εφαρμογές στο Για