ContenidosConcepto de Salud Electrnica y Tecnologas Grid.Grids en Biomedicina.Imagen Mdica Digital y su Tratamiento.Proceso de Imgenes Mdicas mediante Computacin de Altas Prestaciones y Tecnologas Grid.Almacenamiento de Imgenes Mdicas en Entornos Grid.Conclusiones.

Conceptos Generales: eHealthLa Salud Electrnica (eHealth) Implica el Uso de las Tecnologas de la Informacin y Comunicaciones para el Desarrollo de un Entorno Inteligente que:Permita la Gestin Ubicua del Estado de Salud de los Ciudadanos.Asistir a los Profesionales de la Salud a Resolver Algunos de los Mayores Retos Actuales.Integrar los Avances del Conocimiento Mdico en la Prctica Clnica.El Trmino Salud se Considera en un Sentido Amplio.

Conceptos Generales: HealthGridsLos HealthGrids son Servicios Grid o Componentes Middleware que Resuelven Problemas Especficos del Proceso de Datos Mdicos.Los Recursos en los HealthGrids son Bases de Datos, Capacidad de Proceso, e Incluso Experiencia Mdica o Equipos Mdicos.En la Actualidad se Estn Utilizando para la Asistencia en Epidemiologa y el Tratamiento Individualizado del Paciente:Integracin de Grandes Bases de Datos y Extraccin de Conocimiento.Ejecucin de Simulaciones Complejas de Modelos Biomdicos.Procesamiento e Integracin de Bases de Datos Genmicos y Protemicos.Creacin de Entornos Colaborativos para Compartir Datos y Herramientas en Investigacin.

Problemas y Necesidades en eHealth (I)Acceso Rpido, Seguro y Ubicuo a la Informacin. La Informacin Mdica es:De Gran Dimensin, Creciente en Tamao y Relevante a Largo Plazo.Los Datos Mdicos son Crticamente Confidenciales.Las Leyes y Regulaciones Nacionales y Europeas Dificultan la Integracin de Grandes Repositorios de Datos Personales.Acceso ConsolidadoInterconexin de las Diferentes Islas de Informacin Clnica (HIS, RIS, LIS, PACS, Atencin Primaria, ).Resolver Incompatibilidades en los DatosLos Datos son Heterogneos en Formato y Naturaleza.Pueden ser Potencialmente Incomparables (Diferentes Protocolos de Adquisicin, Necesidad de un Postproceso).

Problemas y Necesidades en eHealth (II)Se Necesita una Gran Capacidad ComputacionalLa Informacin Mdica es Voluminosa.El Proceso de la Informacin Requiere Grandes Recursos Computacionales.Acceso Permanente y Tolerante a FallosLa Asistencia Medica es Necesaria 24x7.La Tolerancia a Fallos debe Considerarse al Mismo Nivel que Otros Recursos Crticos (Agua, Electricidad, Calefaccin).Nuevas AplicacionesDiagnstico Asistido por Computador.Terapia Adaptada al Paciente.Extraccin de Conocimiento a Gran Escala.Anlisis Protemico y Genmico a Gran Escala.

Beneficios de las Tecnologas Grid (I)Factores Favorables del Grid en eHealthEstructura CompatibleRedes de Centros Cooperando en un Mismo Fin.Departamentos Compartiendo Experiencias e Incluso Intercambiando Personal.El Concepto de Organizacin Virtual, Crucial en las Tecnologas Grid, se Ajusta Perfectamente a la Estructura de los Profesionales de la Salud. Infraestructura TecnolgicaLa Mayor Parte de los Centros Pblicos y Privados Dispone de Redes de Conexin de Banda Ancha.Gran Penetracin de las TIC en los Procesos Clnicos y en Continuo Crecimiento. Mentalidad AbiertaProfesionales Acostumbrados a la Investigacin y al Uso de TIC Avanzadas. Preocupacin por la Satisfaccin del Paciente.

Beneficios de las Tecnologas Grid (II)Otros Factores FavorablesTecnolgicosLa Seguridad es una Tecnologa Bsica en el Concepto del Grid.La Interoperabilidad y el Compartimiento de Recursos son los Dos Objetivos Fundamentales del Concepto de Grid.La Capacidad Computacional Puede Proporcional los Recursos para el Postproceso Avanzado o la Adecuacin de los Datos a Formatos Homogneos.El Grid Preserva la Potestad en la Administracin de los Recursos de Sus Propietarios.El Grid No Necesita Requerimientos Especiales en los Puestos de Usuario.La Robustez es un Factor Contemplado en Numerosos Entornos Grid con la Replicacin de Datos y Servicios.EconmicosLa Orientacin Hacia Servicios es un Modelo de Negocio ptimo en Salud.Mejor Uso de los Recursos y Costes Escalables.Liberacin (Reduccin) de los Costes de Mantenimiento.

El Proyecto EGEE (Fase II)El Principal Objetivo del Proyecto EGEE es Desplegar una Infraestructura Grid en Produccin a Nivel Internacional Como Soporte a la e-Ciencia.Las Aplicaciones en el Grid EGEE se Orientan a:No Relacionadas con SaludFsica de Altas Energas, Astrofsica, Economa, Qumica Computacional, Ciencias de la Tierra, Fusin.Biomedicina y Tecnologas de la Informacin en Salud.Simulacin de Radioterapia: GATE.Soporte a la Decisin Clnica: CDSS.Biocomputacin y Anlisis: GPS@, GridGRAMM, GROCK, XMIPP, BiG. Imagen Mdica: SiMRI 3D, gPTM3D, Farmacocintica.Medicina Innovativa: WISDOM.Enabling Grids for E-sciencE s

El Proyecto EELAEl Principal Objetivo del Proyecto EELA es Desplegar una Infraestructura Grid en Produccin Compartida entre Europa y Latino Amrica.Participan 14 Entidades Latino-Americanas y 9 Europeas.Las Aplicaciones en el Grid EGEE se Orientan a:No Relacionadas con SaludFsica de Altas Energas, e-Learning, Clima.Biomedicina y Tecnologas de la Informacin en Salud.Simulacin de Radioterapia: GATE.Biocomputacin y Anlisis: BiG, Filogentica. Medicina Innovativa: WISDOM.E-Infraestructures shared between Europe and Latin America

La Asociacin HealthGridAsociacin Internacional Sin nimo de LucroCon el Objetivo de Contribuir a la Estructuracin del Espacio Europeo de Investigacin en Salud. Crear Acuerdos que Beneficien Tanto a los Centros de Educacin Superior como a los de Investigacin en el mbito de los Grids Para Salud, en Su Sentido Ms Amplio y Tanto a Nivel Europeo como Internacional.La Asociacin HealthGrid ha Sido Coordinadora del Libro Blanco de Grids Para Salud, Disponible en: http://www.healthgrid.org/download.php.Organiza una Conferencia Anual (La ltima se Celebr en Valencia Bajo la Organizacin de la UPV).

CYTEDGRIDLas Tecnologas Grid como Motor de Desarrollo Regional.El Objetivo de Esta Accin es Crear una Infraestructura Grid que Soporte Diferentes Aplicaciones en reas:Biologa Estructural.Medio Ambiente.Simulacin de Modelos Biomdicos.Epidemiologa.Imagen Mdica.Bioinformtica.En Este Proyecto Participan 15 Socios, 12 Latino-americanos.

reas de Aplicacin ActualesEntre las reas Ms Relevantes para la Aplicacin de los Grids en Salud, Destacan:Gentica y Genmica .Medicina Innovativa.Simulacin Biomdica.Imagen Mdica.Epidemiologa.Los Problemas Principales que Sufren estas reas se Centran en una Demanda Computacional Elevada y una Necesidad de Integrar Fuentes de Datos Heterogneas y Distribuidas.

Grid en Imagen MdicaLa Creciente Disponibilidad de Imgenes Mdicas en los Centros Mdicos Actuales Est Demandando Nuevas Tcnicas de Posproceso y un Mayor Aprovechamiento del Conocimiento.Las Imgenes se Organizan de Forma Efectiva para el Tratamiento Clnico del Paciente a Nivel de Centro.No se Aprovecha Mucho del Potencial que Esta Gran Cantidad de Informacin Tiene para Formacin e Investigacin.Lneas de ActividadFederacin de Archivos.Tcnicas Avanzadas de Proceso de Imgenes.

Grid en Imagen MdicaFederacin de Archivos en Imagen Mdica Utilizando Tecnologas Grid

CVIMO / TRENCADS P2P

Grid en Imagen Mdica: Federacin de ArchivosPretenden Integrar de Forma Efectiva Repositorios Distribuidos en un Almacn Virtual.Un Problema Importante es la Integracin, Existiendo Tendencias que Persiguen una Organizacin Semntica (Basada en el Informe Radiolgico) de los Estudios y de las Comunidades de Usuarios.Otro Importante Problema es la Seguridad y la Privacidad al Tratar con Datos Crticos. La Autenticacin se Resuelve Generalmente en los Esquemas de Clave Pblica Convencionales, la Autorizacin Mediante Organizaciones Virtuales y la Privacidad en Integridad Mediante Cifrado.Existen Tambin Proyectos Orientados a la Creacin de los Middlewares para la Infraestructura (TRENCADIS, CVIMO)

Federacin de Archivos en Entornos Peer-to-PeerDr-Red es un Entorno Peer-to-Peer para Compartir Imgenes Mdicas y Diagnsticos Proporcionando Bsquedas por Contenido.El Objetivo es Facilitar la Recogida de Casos Relativos a Patologas Infrecuentes o Para Completar una Muestra Suficientemente Grande Para Estudios Epidemiolgicos.Aunque estos Estudios se Encuentran Disponibles en los Diferentes Centros, no Existe un Entorno Donde se Pueda Acceder de Forma Integral.La Herramienta Permite Compartir Estudios de Manera Individual, Uniendo Recursos Personales.Implementa Autenticacin, Anonimizacin Automtica de los Datos, Bsquedas Distribuidas, Transmisin Progresiva y Valoracin de los Usuarios y Diagnsticos.

Federacin de Archivos en Entornos Grid: CVIMOCiberinfraestructura Valenciana para Imagen Mdica Oncolgica (CVIMO)Plataforma en Desarrollo en el Proyecto Creacin de una Ciberinfraestructura para la Formacin, Investigacin y Estudio Epidemiolgico del Cncer Mediante Imgenes Mdicas.Participan 7 Hospitales de la Regin Valenciana en la Creacin de un Repositorio Avanzado para Imgenes Inicialmente en Tres reas de Inters (Sistema Nervioso Central, Pulmn e Hgado).La Plataforma Organizar la Informacin DICOM Por Comunidades Virtuales Expertas en las Topografas y Morfologas.Proporcionar Herramientas para Crear, Comparar y Buscar Estudios a Partir de Informes Estructurados, Adems de Posproceso de Altas Prestaciones.

CVIMO: Tecnologa TRENCADSTowards a Grid Environment for Processing and Sharing DICOM ObjectsTRENCADS es un Middleware (Basado en GT4) que Permite Crear Repositorios Virtuales de Imgenes e Informes Radiolgicos Codificados en DICOM.TRENCADIS Utiliza un Modelo Semntico para la Organizacin de los Datos.Permite un Cifrado de Datos para Asegurar la Proteccin de la Privacidad.Incluye Servicios de Proceso de Altas Prestaciones.La Arquitectura es Estndar y Abierta y est Basada en WSRF siguiendo las especificaciones OGSA.

TRENCADIS: Repositorios VirtualesTRENCADS Permite Crear Repositorios Virtuales Compartiendo Imgenes Mdicas Almacenadas de Forma Distribuida en Diferentes Repositorios.TRENCADS Es Complementario a los Sistemas PACS.Su Uso Est Principalmente Orientado para la Investigacin y el Aprendizaje.Es Multicntrico y Multiusuario.Los Datos a Compartir se Seleccionan de Forma Explcita por el Usuario.Los Datos se PseudoaonimizanAntes de Entrar en el Sistema.

TRENCADIS: Indexacin de DatosOrganizacin SemnticaLos Usuarios se Organizan en Comunidades Virtuales Atendiendo a su rea de Inters.De Entre las Imgenes e Informes Disponibles, Cada Usuario Slo Podr Acceder a las Que Sean Relevantes para el rea de Inters al que Pertenezca.De Entre esos Datos, Se Crear un Repositorio Virtual con los que Cumplan el Criterio de Filtrado que Defina el Repositorio.Sobre este Repositorio se Podrn Realizar Sucesivos Filtrados en las Operaciones de Bsqueda.La Informacin que Permite este Filtrado se Encuentra en el Informe Estructurado y en las Etiquetas DICOM.

TRENCADIS: Acceso a los DatosLos Datos Estn Distribuidos, Pero la Indexacin es Centralizada.Un Servicio Virtualiza cada Recurso Local y Mantiene Informacin Sobre los Datos Almacenados.El ndice Global Registra nicamente la Informacin de los Recursos que Contienen Estudios que son Relevantes para cada Experimento (Almacenamiento Virtual).La Bsqueda se Realiza en Paralelo sobre los Repositorios Distribuidos.

TRENCADIS: SeguridadAutenticacin y AutorizacinLos Usuarios se Autentican a Travs de Certificados X.509 en un Procedimiento de Firma nica Single Sign-on (Utilizando Proxies).Los Roles y Grupos los Usuarios (Y por Tanto la Comunidad Virtual y los Permisos de Acceso) se Manejan Mediante Extensiones en los Certificados Emitidas por el Entorno VOMS.PrivacidadTodas las Transacciones se Realizan Mediante Protocolos Seguros.Los Datos se Cifran en el Almacenamiento del Grid para Evitar el Acceso Por Usuarios Con Privilegios de Administrador.Las Claves se Fraccionan y Distribuyen Entre Diferentes Dominios Administrativos.

TRENCADIS: Despliegue y Protocolos

CVIMO: Grupos de TrabajoTres reas han Sido Definidas por los Responsables MdicosTumores Intraaxiales en el Sistema Nervioso CentralHospital la Fe.IVO.Tumores en el HgadoHospital Dr. Peset.Clnica Quirn.Tumores en PulmnHospital de la Ribera.

CVIMO: Informe EstructuradoSe Han Definido 7 Plantillas de Informe EstructuradoInformes Estructurados de Estadificacin de la Neoplasia Heptica Maligna, del Carcinoma de Pulmn Microctico y no Microctico y Tumores Intraaxiales del SNC.Informes de Seguimiento en Metstasis Hepticas, Carcinoma de Pulmn y Tumores Intraaxiales del SNC.Los Informes se Codifican de Acuerdo a las Reglas del DICOM-SR. Se ha Utilizado Codificaciones Estndar (Principalmente DICOM) en la Medida de lo Posible, Definiendo Codificaciones Propias Segn el Estndar DICOM-SR para Facilitar su Ampliacin o Sustitucin.Los Informes Generan Automticamente la Clasificacin TNM (A Partir de la Informacin de Radiolgica), en los Casos de Hgado y Pulmn.

Post-Proceso de Imgenes Mdicas Utilizando Tecnologas Grid

Farmacocintica - Renderizado 3D Integracin en TRENCADS

Grid en Imagen MdicaProceso con un Alto Coste ComputacionalLas Imgenes Radiolgicas Volumtrica Implican Procesos con un Alto Coste Computacional:Segmentacin. Identificacin de los rganos y Tejidos a los que Cada Punto (Voxel) Pertenece.Proyeccin 3D. Generacin de Vistas Tridimensionales de los Estudios Tomogrficos.Registracin. Deformacin de las Imgenes para Adaptarlas a Atlas Anatmicos o Series de Imgenes de un Mismo Paciente.Los Procesos Son Altamente Paralelizables e Incluso Corresponden a un Modelo de Alta Productividad.Existe una Gran Experiencia y Penetracin de Estos Procesos en la Prctica Clnica.

Modelado Farmacocintico IFarmacocinticaEl Modelado Farmacocintico de la Perfusin Sangunea es una Tcnica que Proporciona una Evaluacin Cuantitativa de la Angiognesis.La Angiognesis es un Importante Marcador de la Agresividad de los Tumores y su Respuesta a la Terapia. Mediante la Obtencin y Posproceso de Series Temporales de Imgenes 3D de Resonancia Magntica con Contraste es Posible Resolver el Modelo y Generar Imgenes Paramtricas.

Modelado Farmacocintico IIMediante el Procesamiento de Series Temporales de Imgenes 3D y la Resolucin del Modelo Farmacocintico, es Posible Generar Imgenes Paramtricas con Importante Valor Diagnstico.Las Imgenes Paramtricas Representaran los Ratios de los Parmetros de Difusin.Antes de Resolver el Modelo, Todas las Imgenes Deben estar Alineadas, lo que en el mbito del Abdomen Requiere del Uso de Mtodos de Corregistracin Elstica.

Modelado Farmacocintico IIIEl Coste Estimado de Todo el Proceso Para un Conjunto de 20 Pacientes es de 2623h (Co-registracin + Imagen Paramtrica).Utilizando un Cluster de 20-procs Dedicado: 146h. Utilizando un Grid: 27000HPCGrid

Renderizado 3DRenderizado de Imgenes Mdicas de Muy Gran Dimensin Mediante Grids CorporativosDataset del Visible Human Project (1500 Cortes).La Reconstruccin Volumtrica Tiene un Elevado Consumo de CPU, pero Tambin de Memoria.La Tecnologa Grid Permite Compartir los Recursos de los Computadores Conectados a una Red (Memoria y Tiempo de Procesamiento).Permite Alcanzar los Requerimientos de 4 Gigabytes de RAM Sin Recurrir a Tcnicas Out-of-core.

TRENCADIS: ProcesamientoServicios Grid de Proceso.La Integracin de Servicios de Proceso con Sistemas de Almacenamiento Federado es Clave para Mejorar la Usabilidad.TRENCADS Proporciona un Enlace a Servicios De Proceso Desarrollados Bajo WSRF.Estos Servicios Pueden Ser Utilizados Mediante un Planificador de Carga para la Ejecucin Multiparamtrica, Tomando Diferentes Ficheros de Entrada.Tambin Permiten la Ejecucin de Aplicaciones Paralelas a Partir del Servicio.Un Aspecto Importante a Considerar en el Futuro es la Inclusin de Herramientas de Gestin de Flujos (Workflow) que Permitan Planificar y Mapear Diversas Operaciones y Flujos de Datos de una Vez.

ConclusionesLas Tecnologas Grid Suponen una Solucin Eficiente a los Problemas de Proceso e Interoperabilidad en eHealth.Sin Embargo, Su Aplicacin no ha Tenido el Mismo Impacto que en Otras reas Cientficas, Principalmente Por las Dificultades en la Integracin de Datos y Por las Restricciones de Seguridad.No Obstante, se Prev un Importante Crecimiento en Imagen Mdica, Bioinformtica y Simulacin Biomdica.Su Aplicacin Se Espera que Beneficie tanto a los Estudios Epidemiolgicos como en la Adaptacin de la Terapia a los Pacientes Individuales.Existen Numerosos Ejemplos Exitosos que Prueban Estos Beneficios (Farmaconcintica, Federacin Archivos, ).

ContactoVicente Hernndez Universidad Politcnica de ValenciaCamino de Vera s/n46022 Valencia, SpainTel: +34-963879743Fax. +34-963877274E-mail:vhernand@dsic.upv.es