Грид-технологии в медицине

ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В наш век информационных технологий, без которых невозможно представить себе современную жизнь с ее бешеным темпом, все более важную роль играет именно скорость решения тех или иных задач.

Предметом данной курсовой работы, в  широком смысле,  являются распределенные вычисления – способ решения трудоемких задач (вычислительных задач обработки данных) с привлечением большого числа исполнителей (вычислительных ресурсов, а также ресурсов передачи и хранения данных), работающих одновременно над разными частями задачи.

Вообще говоря, этот термин объединяет большое количество различных подходов и конкретных технологий для решения такого рода задач. Мы сосредоточимся на рассмотрении одного из них, а именно, на технологии, создании  и использовании больших Грид-систем.

Пионеры грид-технологий Ян Фостер из Аргоннской Национальной лаборатории и Чикагского университета и Карл Кессельман из Института информационных наук университета Южной Калифорнии (США) дают следующее определение: «Грид – согласованная, открытая и стандартизованная среда, которая обеспечивает гибкое, безопасное, скоординированное разделение (общий доступ ресурсов) в рамках виртуальной организации».

Термин Грид (в смысле одной из технологий распределенных вычислений - возник в середине 90-х годов) происходит от англ.слова «grid» и его буквальным переводом на русский язык является слово «решетка». Но такой буквальный перевод не вполне отражает смысл термина. Дело в том, что англоязычный термин «grid» произошел от «power grid», что соответствует русскому «энергосеть» или «энергосистема». В этом и заключается смысл названия: подобно тому, как при использовании

 

энергосистем мы не интересуемся –  какой именно электрогенератор выработал  ток, который мы потребляем (а просто платим за электричество энергетической компании, с которой мы заключили договор), при использовании компьютерного грида мы можем не заботиться о том, какой конкретно компьютер в грид-системе выполнил нашу задачу.

Таким образом, в основе грид-систем лежит обеспечение стабильной работы набора служб стандартизованного управляющего программного обеспечения для обеспечения надежного, унифицированного доступа к географически распределенным информационным и вычислительным ресурсам, включающим отдельные компьютеры, кластеры и суперкомпьютерные центры, хранилища информации и т.д.

Применение Грид-технологий в медицине сейчас крайне актуально.

Построение медицинских  изображений включает работу многих связанных друг с другом систем. Некоторые из них требуют значительных вычислительных ресурсов и выполняют  параллельную реконструкцию изображений. В результате появляются такие технологии, как «виртуальные биопсии» для диагностики рака без хирургического вмешательства, что повышает качество жизни пациентов и помогает снизить стоимость лечения. Компьютерное моделирование дает возможность планировать сеансы радиотерапии на основе результатов графических данных обследования пациента, а Грид-инфраструктура используется для уменьшения времени, необходимого для получения более достоверных результатов. Клинические системы используют классификацию изображений для того, чтобы помочь врачам при принятии решений о выборе методов лечения. Отдельные приложения изучают распространение контрастного вещества в печени и других органах, используя последовательность изображений, полученных методом магнитного резонанса. Движения пациента во время этой процедуры делают невозможным непосредственное сравнение изображений. Однако специальная корректирующая обработка изображений (на основе нахождения подобных фрагментов) позволяет конструктивно анализировать такую последовательность изображений за разумное время.

Интерактивное формирование трехмерных изображения всего объема сложных  органов можно осуществить с  помощью пакета специализированных программ.  Еще один пакет программного обеспечения применяется в нейрологических исследованиях для ранней диагностики болезни Альцгеймера. В его основе лежит сравнение данных пациента с большим набором данных от людей, не имеющих этой патологии. Объем данных, которыми при этом приходится манипулировать, превышает возможности одиночных стандартных компьютеров, но приложение может легко быть распределено по ресурсам Грид и выполнено за приемлемое время.

 Вторая область Грид-технологий  в биомедицине – биоинформатика.   Здесь также ведется работа  со сложными алгоритмами оптимизации  обработки биологических данных. Сфера интересов биоинформатики включает в себя геномику, протеомику и филогению.

 Так, например, выполняется трехмерный  структурный анализ больших макромолекулярных  комплексов.

В процессе восстановления их структуры  используется множество разных изображений исследуемого образца. Эти изображения, однако, часто подвержены различным фоновым воздействиям, что заметно усложняет анализ. Поэтому для составления наиболее адекватной экспериментальным данным модели необходимо сделать много последовательных приближений, что требует значительных Грид-ресурсов. С помощью другого приложения возможно проводить моделирование эволюции генома человека. Оно позволяет восстановить исторический процесс расселения человека по Земле в географически правдоподобных ландшафтах и моделировать молекулярное разнообразие разных человеческих популяций.

И третье. Грид-инфраструктура используется для ускорения поиска молекул  с целью создания препаратов от различных  болезней, новых лекарств посредством  компьютерного моделирования структуры и динамики белков. Используя основанные на Грид-технологиях программы расчета пристыковки молекул (молекулярного докинга), исследователи быстро просматривают многие тысячи вариантов и отбирают наиболее перспективные соединения, что снижает стоимость разработки препаратов.

Таким образом, задачами курсовой работы являются:

1. на примере медицинского учреждения рассмотреть, как применяются Грид-технологии в медицине;
2. разработать для данного учреждения ЛВС (физическую и логическую модель).

 

 

 

1. Отчет о предпроектном обследовании
1. Краткое описание проблемной ситуации

 

Объектом проектирования является локальная телекоммуникационная сеть медицинского учреждения. Данная сеть должна обеспечивать транспортировку  информации в рамках учреждения и  обеспечивать возможность взаимодействия с глобальной сетью Internet. Учреждение, для которого проектируется локальная сеть, является поликлиникой, основным видом деятельности которой является обследование и лечение людей всех возрастов.

Можно выделить следующие цели проектирования сети:

-  обеспечение доступности  информации;

- централизованное хранение  информации в базах данных;

- архивирование и  резервное копирование информации;

- обеспечение информационной  безопасности в рамках ТКС  организации;

- взаимодействие локальной сети организации с глобальной сетью Internet.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Развернутая постановка задачи

 

В данном курсовом проекте  я проводила предпроектное обследование ЛПУ «Городская поликлиника № 5». Это учреждение занимается проведением  профилактических мероприятий и лечением людей всех возрастных групп.

В штате числится 50 сотрудников. Рабочих мест на 4 этажа здания всего 20. Работа поликлиники ведется в  две смены, врачи и другой персонал поликлиники работает посменно.

Инфраструктура учреждения такова:

Рис.1 Инфраструктура ЛПУ  «Городская поликлиника №5»

Так как современная  медицина все больше продвигается вперед благодаря открытиям отечественных  и зарубежных ученых, то и потребность  в получении большого количества информации и автоматизации рабочих мест врачей растет. Ни одно учреждение среднего масштаба уже не обходится без сетевых технологий. А для области медицины это особенно важно, ведь от уровня квалификации медицинских работников и мед. оборудования в данном случае зависит здоровье и жизнь людей.

 

 

 

 Рис.2 Технологическая инфраструктура  медицинских учреждений (Россия)

 

Что же представляет собой  тот немногочисленный компьютерный парк, который имеется в медицинских  учреждениях? Результаты опроса показали, что пригодными для эксплуатации могут считаться лишь 68% ПК – те, которые относятся к категории Pentium IV и выше. 14% компьютерного оборудования может быть списано без малейшего сожаления (компьютеры класса Pentium II и ниже), а 18% относительно пригодно для решения несложных задач в рамках ЛПУ (компьютеры класса Pentium III).

Рис.3 Категории систем класса Pentium

Неблагополучной можно  назвать и ситуацию с организацией каналов связи медучреждений. Значительная часть из них использует для передачи информации внешние электронные носители (35,44%) или выходит в интернет через модем (36,64%). Широкополосный доступ, уровень проникновения которого в России, по последним данным, превысил 34%, используется лишь в 9,11% ЛПУ, а спутниковый интернет остается уделом избранных (0,9%).

 

Рис.4 Каналы связи учреждений здравоохранения

С автоматизацией основной деятельности медучреждений дела обстоят  не столь хорошо. Практически все  ЛПУ автоматизировали управление ресурсами (98,66%), многие – экономико-статистический учет (41,83%). Но собственно медицинские информационные системы, так необходимые для организации самого процесса лечения, имеются не более чем в 13,58% медучреждений.

Рис. 5 Оснащенность медицинских учреждение специальным ПО

Необходимо создать  ЛВС  в данном учреждении для более эффективной, качественной и продуктивной его работы.

Здание данного медицинского учреждения состоит из 4 этажей. Все  этажи однотипные, кроме первого. Поэтому план 2, 3, 4 этажа таков:

Рис.6 План 2, 3, 4 этажей

Также в случае пожара или другой ЧС показан план эвакуации (1 этаж).

 

Рис. 7 План 1 этажа

Организация ИТ-инфраструктуры учреждения такова, что почти в  каждом помещении есть одна или две  рабочие станции. В кабинетах  врачей они необходимы и служат АРМ  для каждого из них.

Требования для построения сети:

1. сеть должна быть проведена ко всем кабинетам врачей, в регистратуре, администрации и бухгалтерии;
2. в целях безопасности АРМ сотрудников должно быть не более 12 на каждом из 3 верхних этажей здания, так как вдоль стен всех помещений стоит оборудование для диагностики и лечения больных и рабочие места врачей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Пояснительная записка
1. Общие положения (основание и исходные данные для разработки, назначение системы)

В настоящее время в России начата масштабная модернизация здравоохранения. Одним из 3 направлений модернизации выделено внедрение современных информационных систем или, как ее часто называют, информатизация здравоохранения.

По мнению Минздравсоцразвития  РФ, основной целью мероприятий по информатизации системы здравоохранения  должно стать обеспечение эффективной информационной поддержки системы здравоохранения, граждан в рамках процессов управления медицинской помощью и ее непосредственного оказания. Перечень мероприятий по информатизации здравоохранения регионов как правило включает следующее:

- информатизацию медицинских учреждений, в том числе с целью ведения  электронной медицинской карты 

- оснащение медицинских учреждений  компьютерным оборудованием; 

- организацию локальных вычислительных  сетей и каналов связи 

- внедрение медицинских информационных систем, включая ведение листов ожидания и запись на прием к медицинскому работнику, учет и анализ деятельности медицинских учреждений, оформление медицинской документации в электронном виде.

 

2.2  Общее техническое решение по организации ИТ-инфраструктуры

 

Задание: Спроектировать и описать ЛВС для поликлиники  с учетом функций работников, которая  занимает помещение со следующими параметрами:

1. Количество корпусов: 1
2. Общая площадь: 800 м²
3. Количество этажей: 4
4. Толщина стен: 30 см
5. Количество комнат всего: 40
6. Количество комнат с ПК: 30
7. Количество компьютеров: 46

ИТ-инфраструктура предприятия – это комплекс систем, состоящий из набора специализированного программного обеспечения, сетевых служб, службы каталога, политик информационной безопасности, систем резервного копирования и хранения данных, средств спам-защиты и т.д. В совокупности комплекс систем определяет доступность бизнес-приложений для сотрудников предприятия и возможности роста бизнеса.