Rhône-Alpes :Grille pour le Traitement d’Informations Médicales

(RAGTIME)

Serge Miguet

20 avril 2004

Conseil régional Rhône-Alpes

Plan de la présentation

Contexte du projet Bilan de la première année,

perspectives pour la deuxième année Partenariat avec les mathématiques Présentation du Thésard Ragtime

Plan de la présentation

Contexte du projet– Pourquoi : genèse de Ragtime– Quoi : Objectifs du projet– Qui : Partenaires académiques– Avec qui / pour qui : Partenaires socio-

économiques

Bilan de la première année, perspectives pour la deuxième année

Partenariat avec les mathématiques Présentation du Thésard Ragtime

Genèse de Ragtime Dans la région– Calculs parallèles (1994-1997) : architectures

spécialisées– Santé et HPC (1997-2000) : grappes– SICOM et AdéMo (2000-2003) : systèmes

communicants, applications à la santé En France– Actions Concertées Incitatives GRID (2002, 2003)– Grid 5000 (2004)

En Europe– Projet IST Datagrid --> EGEE– Conférence et association Healthgrid

Objectifs du projet Grilles de calculs

– mutualisation de ressources informatiques– rendues célèbres par SETI@HOME, Napster, le Décrypton

Domaines d’applications les plus souvent ciblés– Calcul scientifique– Physique des hautes énergies

Constat– dizaines de téra-octets produits chaque année par les hôpitaux– sous-exploités puis archivés sous forme traditionnelle (films)

Difficulté– gérer efficacement ces données– respecter les droits des catégories d’ usagers

Enjeux– Dossier médical réparti– Études épidémiologiques / statistiques à grande échelle

Les lots de travail du projet RagtimeConstitution desbases de donnéesConstitution desbases de données

ApplicationsApplicationsAccès aux donnéeset sécuritéAccès aux donnéeset sécuritéGestion deRessources decalculsGestion deRessources decalculs

InfrastructureTraitementd’informationsmédicales

Middlewarede grilles

Partenaires académiques

LIRIS LIP IBCP CREATIS IN2P3 ID TIMC

Applications X X X XBases de données X X

Accès aux données X X X

Ressources de calcul X X X

Infrastructure X X X X X X

Partenaires Socio-Économiques

CHU de Grenoble Hôpital Neuro-

Cardiologique Centre de Lutte

contre le Cancer Léon Bérard

France Télécom Praxim Sun

Microsystems Nextira One

Plan de la présentation

Contexte du projetBilan de la première année, perspectives

pour la deuxième année– Organisation pratique / administrative– Premiers résultats / développements à poursuivre– Actions de dissémination– Liste des publications

Partenariat avec les mathématiques Présentation du Thésard Ragtime

Organisation pratique du projet 3 réunions plénières par an– 16 septembre 2003– 13 février 2004– 28 juin 2004

réunions de tâches, tous les 2 mois environ Site web du projet :http://liris.univ-lyon2.fr/~miguet/ragtime

Diffusion d’informations par mail Etablissement de la convention inter-

établissements, en cours de signature par les partenaires.

Lot 1 : Les applicationsA1 : Atlas statistique

A2 : Mammographie (indexation)

A3 : Modélisation du myocarde

A4 : Simulation IRM

A5 : Génomique

A1 : Atlas statistiques

2003 - Approche analytique : programmation des modèles « level sets » (TIMC)- Approche discrète (LIRIS)

2004 Mesures de distance entre forme 3D et statistiques associées.Tests sur une grille.

2005 Tests sur la plateforme de CAO PRAXIM.

Extraire des formes d’organes de donnéesscanner et construire un modèle statistique– Vertèbres, crânes, dents...

Identifier les organes en chirurgie assitée par ordinateur Nécessité de mutualiser les données pour des

examens rares

QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)sont requis pour visionner cette image.

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A2. Mammographies Décrire les régions composant l'image (indexation) Discriminer les régions saines des région malignes Identification de nouveaux cas Traitement de très gros volumes de données (To)

FILE: B_3012_1.RIGHT_MLO.OVERLAY

TOTAL_ABNORMALITIES 1

ABNORMALITY 1

LESION_TYPE MASS SHAPE IRREGULAR MARGINS SPICULATED

ASSESSMENT 4

SUBTETLY 3

PATHOLOGY MALIGNANT

TOTAL_OUTLINES 1

BOUNDARY

A3. Modélisation du myocarde

Modèle déformable biomécaniqueDiscrétisation par éléments finisUtilisation pour la segmentationCoût de calcul élevé (inversion de matrices de grande taille)

2003

Retardé pour cause de non allocation de bourse doctorale.

2004

Etude et parallélisation de modèles existants.

2005

Segmentation d'images 3D sur la grille

A4. Simulation IRMSimulation de la physique de la RM

Comprendre le processus de formation de l'image et les artefacts

Tester de nouvelles séquences

Valider des algorithmes sur des image synthétiques réalistes

Coûts de calcul très élevé

2003

Déploiement du simulateur sur une grille. Etude de l'incidence de l'architecture de grille.

2004

Portage et test sur une grappe de grande taille (IN2P3). Production d'images 3D de dimension réalistes.

2005

Ajout des artefacts de suceptibilité magnétique.

A5. Génomique

Recherche de signatures deprotéines

Alignement de séquence

Identification des familles de protéines

Très gros volumes de données à traiter

2003 Gridification de l'application PattInProt sur le middleware Globus 2. Déploiement de ressources, installation du middleware datagrid.

2004 Etude des performances en fonction des ressources disponibles Distribution et sécurisation des données.

2005 Optimisation de la distribution des calculs. Recommendations pour la gridification d'autres algorithmes.

A6. Méthode de correction du diffusé en imagerie SPECT

Coopération d'une méthode de correction du diffusée (Monte-Carlo) et d'une méthode de fusion SPECT/CT par optimisation de la consistance des données SPECT

Etat d’avancement :– Programmation (et évaluation) de la méthode

analytique de reconstruction en tomographie exponentielle proposée par Natterer (2001) [TIMC].

– Mise en place des conditions de consistance des données en tomographie exponentielle [TIMC]

– Développement d'un modèle de gamma-caméra dans un code de simulation de physique des particule (Monte-Carlo) [IN2P3]

Lot 2 :Constitution des bases de données

2003 2004 2005BD1 Etude de l'existant et des besoins

(BD, PACS).Portage des données sur la grille. Interopérabilité, intégration.

BD2 Etude de la liaison des cartes deconcepts avec la grille de calcul

Analyse de la sémantique globalede l’interface – Analyse multi-facettes de l’interface (profilsutlisateurs)

Etude de comparaisons de cartesde concepts en fonction decritères de recherche

BD3 Définition et modélisationmultidimensionnelle des vuesutilisateurs.

Spécification et conception d'unentrepôt virtuel. Etude desmécanismes de propagation demises à jour.

Exploitation d'un entrepôtvirtuel : navigation et traitementdistribué des requêtes.

•BD1 : Structure des BD et connexion à la grille

•BD2 : Visualisation, recherche, manipulation

•BD3 : Exploitation, entrepôts, requêtes OLAP

BD1 : Structure des bases de données

Structures de bases de donnéesDonnées imagesDossier médical associé (métadonnées)Interface utilisateur

Connexion avec la grilleInterface entre les serveurs hospitaliers et le gestionnaires de données de la grille

2003 Spécification des structures de données et interface application (API). Interface avec un serveur médical DICOM

2004 Portage des données sur la grille2005 Interopérabilité et intégration

Lot 3 : mécanismes d’accès aux données

2003 2004 2005

ADS1 Etude de l’existant. Système d’indexation desimages.

protocoles de gestion decaches collaboratifs.

ADS2 Protocole sécurisé d’accèsaux données.

Système de définition degroupes et de droits d’accès.

Protocoles pour assurerl’intégrité et la non répudiationdes accès.

• ADS1 : Accès efficace aux bases distantes (présentation de Yonny Cardenas)

• ADS 2 : Sécurisation des données et des accès

ADS 2 : Accès sécurisé

Authentification, intégrité, non répudiation des accès et calculs sur les données médicales via la grille

Problèmes critiques :– Accès par un médecin depuis une machine

éventuellement non sécurisée: internet ou réseau avec machines non garanties sûres

– Sécurité et certification des accès et résultats sur la grille

ADS 2 : bilan et perspectives Effectués:

– Etude des architecures sécurisées pour la grille [Rapport, soumis mars 2004]– Evaluation VPN sur Grid'5000 - Sites: Grenoble, Lyon, Orsay, Nice, Nancy, Belfort– Articulation accès aux données et sécurité [Creatis, ID, Liris, TimC]– Algorithme de certification logicielle [Varrette-Roch, Renpar'13, oct 2003]– Test probabiliste pour l'identification de falsification

En cours :– Déploiement sur une application test [TIMC], déployée sur une grille

expérimentale [CiGrid, u-grid, ... ]– Prototype avec accès par cartes à puce (enfin acquises!)

Perspectives :– Evaluation et Comparaison avec Vigilant [Carnegie-Mellon Univ]– système distribué traitement maladies mentales Demande d'accueil sur BAC

d'Axel Krings [Univ. Idaho, Vigilant] – Intégration dans le cadre d'une grille Rhône-Alpes

Lot 4 : Middleware — gestion des ressources de calculs

2003 2004 2005MW1 Etude des besoins des

applications en vue del’intégration à CLIC et DataGrid.

Mise en œuvre expérimentaled’applications à l’échelle de la

région.

Validation complète de la suiteapplicative RAGTIME.

MW2 Analyse qualitative etquantitative des services réseauofferts par les infrastructures.

Spécification de la couched’adaptation réseau et prototype

de transport polymorphe.

Evaluation de la nouvelleinfrastructure réseau sur la suite

applicative.MW3 Déploiement des composants

DIET pour CLIC et DataGrid.Prototypage et installation desagents DIET interopérant avec

CLIC et DataGrid.

Comparaison des approches etvalidation applicative.

• MW1 - Clic et EDG-Testbed à l’échelle de la région==> Evolution vers Grid 5000 ?

• MW2 - Nouveaux protocoles réseaux. Accès à délai contrôlé aux bases de données

• MW3 - DIET au dessus de Clic & Datagrid

MW 2 : Nouveaux protocoles réseaux

Modélisation des transferts de données d'une des applications. Étude des optimisations nécessaires au niveau des réseaux

Application de recherche par le contenu en Imagerie médicale

Étude du gain de performance obtenu par différenciation du flux IP

Étude d'une extension du protocole TCP par intégration d'un algorithme de marquage adaptatif

MW 3 : évolutions de DIET

DIET: environnement client/serveur de résolution de problèmes (sélection de ressources, ordonnancement, etc.)

Stabilisation du développement et sortie de la version 1.0 en février 2004

Ajout d'un mode asynchrone (diminue le temps d'exécution global)

Extension pair-à-pair (connexion dynamique de composants, etc.)

Prédiction de performances (stabilisation de l'outil FAST et portage sur de nouveaux systèmes)

Mise en place d'un outil de monitoring

Lot 5 : Infrastructure

2003 2004 2005I1 Mise en place de protocoles

d’utilisation commune desressources.

Outil de gestion et de supervisionde la grille RAGTIME.

Evaluation d’un modèleéconomique de la grille

RAGTIME.I2 Formation des usagers à

l’utilisation des grappes.Formation des usagers à la mise enœuvre des applications sur la grille

RAGTIME.

Valorisation et disséminationdes résultats obtenus.

• I1 : Outil de gestion et de supervision de la grille médicale à échelle régionale ==> Outil de monitoring de Diet, intégré à l’infrastructure Grid 5000 ?

• I2 : Dissémination et valorisation des résultats du projet. Formation des utilisateurs

I2 : Formation et dissémination formation DIET le 14 janvier 2003 par le LIP formation CLIC les 7 et 8 avril 2003 par ID-IMAG formations EDG-datagrid les 13 et 14 février 2003 au CC-IN2P3 et les 11 et 12

novembre 2003 à Genève formation CZAR le 25 septembre 2003 au CC-IN2P3 mise en place de cours au niveau du collège doctoral de l'UJF et de INPG

– introduction au calcul réparti– modélisation numérique et calcul intensif

Formation permanente (université d'automne du 20 au 24 octobre 20 Healthgrid 2004 : Clermont-Ferrand, 29 et 30 janvier 2004. Quatre présentations

ont été faites avec le soutien de Ragtime. participation de Ragtime (CC-IN2P3, CREATIS, IBCP, ID-IMAG, LIRIS) à la

journée sur les Grilles organisée par l’ARTEB, en partenariat avec la région Rhône-Alpes le 30 mars 2004, à destination des professionnels des biotechnologies. De nombreux industriels dont certains sont membres du projet Ragtime (CS, Sun, HP, IBM) participent également à cette manifestation.

Intéractions entre partenaires pendant l’année 1

LIRIS LIP IBCP CREATIS IN2P3 ID TIMC

Applications X X X XBases de données X X

Accès aux données X X X

Ressources de calcul X X X

Infrastructure X X X X X X

Liste des publications1) David Coeurjolly, Serge Miguet et Laure Tougne. 2D and 3D visibility in discrete geometry: an

application to discrete geodesic paths. Pattern Recognition Letters, 25(5):561--570, 2004.2) Sébastien Clippe, David Sarrut, Claude Malet, Serge Miguet, Chantal Ginestet et Christian Carrie.

Patient setup error measurement using 3d intensity-based image registration techniques. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics. 56(1):259--263, 2003.

3) Kinda Hassan, Tiffany Tweed et Serge Miguet. A multi-resolution approach for a content-based image retrieval on the grid. Application to breast cancer detection. Methods of Information in Medicine. A paraître (2004).

4) J. Montagnat, V. Breton, I. E. Magnin, Partitioning medical image databases for content-based queries on a grid. HealthGrid'04, January, 2004, Clermont-Ferrand, France.

5) J. Montagnat, E. Davila, I.E. Magnin, Efficient visualization of 3D medical scenes for remote interactive applications. ISPA’03, September, 2003, Roma, Italia.

6) J. Montagnat, V. Breton, I. E. Magnin, Using grid technologies to face medical image analysis challenges. Biogrid'03, proceedings of the IEEE CCGrid03, pp 588-593, May 2003, Tokyo, Japan.

7) C. Blanchet, A. Lecluse, C. Combet and G. Deléage. , “An experimental DataGrid web interface for protein sequence analysis” January, 2004, Clermont-Ferrand, France.

8) P Vicat-Blanc Primet, P d'Anfray, C Blanchet, F Chanussot.“e-Toile: High Performance Grid Middleware” Cluster’2003, December 2003, Hong-Kong.

9) Perriere G, Combet C, Penel S, Blanchet C, Thioulouse J, Geourjon C, Grassot J, Charavay C, Gouy M, Duret L, Deleage G. “Integrated databanks access and sequence/structure analysis services at the PBIL” Nucleic Acids Res., 2003, 31(13):3393-9.

10) Varette, S. Et Roch, J.-L., Certification logicielle de calcul global avec dépendances sur grille, RENPAR’15, Nice France, 169—176, oct. 2003

11) Jafar, S. Et Roch, J.-L., Fault-Tolerance for Macro Dataflow Parallel Computations on Grid, ICCTA’04 IEEE Conference on Information&Communication Technologies: from Theory to Applications, avril 2004

Liste des publications (suite)12) Nicolas Capit, Georges Da Costa, Guillaume Huard, Cyrille Martin, Gregory Mounie, Pierre

Neyron et Olivier Richard. Expérience autour d’une nouvelle approche de conception d’un gestionnaire de travaux pour grappe. CFSE’3, pages 602- 613, La Colle sur Loup, France, octobre 2003.

13) Sylvain Reynaud, Fabio Hernandez. Développement de services de grille standardisés : retour d’expérience". JRES 2003 (), Lille, 17 au 21 novembre 2003.

14) Pascal Calvat. JJS : a Java Job Submission system for the EDG Datagrid middleware. Disponible en libre téléchargement sur http://cc.in2p3.fr/article.php3?id_article=157

15) Eddy Caron, Frédéric Desprez, Martin Quinson et Frédéric Suter. Performance Evaluation of Linear Algebra Routines for Network Enabled Servers. Parallel Computing, 2004 (à paraître).

16) Eddy Caron, Pushpinder Kaur Chouhan et Arnaud Legrand. Automatic Deployment for Hierarchical Network Enabled Server. In The 13th Heterogeneous Computing Workshop (HCW 2004), Santa Fe. New Mexico, avril 2004.

17) L. Seitz, JM Pierson and L. Brunie. Encrypted Storage of Medical Data on a Grid, Methods of Information in Medicine (special issue), version étendue de l'article présenté à Healthgrid'2004 ; publication prévue en 2004

18) L. Seitz, JM Pierson and L. Brunie. Key management for encrypted data storage in distributed systems. SISW (Second International IEEE Security in Storage Workshop). Washington D.c, USA,october 2003, to be published by IEEE Press.

19) L. Seitz, JM Pierson and L. Brunie. Semantic Access Control for Medical Applications in Grid Environments. ACM Europar'03, Klagenfurt, Austria, august 2003, LNCS Springer Verlag, LNCS2790, pp374-383.

20) S.Roux, L.Desbat, A.Koenig et P.Grangeat. Efficient acquisition for periodic dynamic CT. IEEE trans. Nucl. Sci., vol. 50(5), pp. 1672-1677, 2003

21) S. Roux, L. Desbat, A. Koenig, P. Grangeat. Exact reconstruction in 2D dynamic CT : compensation of time-dependent affine deformations, Physics in Medicine and Biology. A paraître.

22) L.Desbat, M.Fleute, et S.Lavallée. Statistical Atlas in CIMENT GRID. In First European Healthgrid conference, pages 101-109. European Commission IST, 2003

Partenariat avec les mathématiques

Jean Della-Dora, Aude Maignan — LMC-IMAG Calcul cellulaire (CALCEL) Soumis en octobre

2003, retenu ! Roland Gillard — Institut Fourier

(prend la suite de Franck Leprévost) : applications cryptologiques du projet RAGTIME:

soumis à l’appel d’offres, année 2