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Cloud-Technologie ruft Plattform für Präzisionsmedizin der American Heart Association ins Leben

Cloud-Technologie ruft AHA-Plattform für Präzisionsmedizin ins Leben

PARTNER

AWS

Herausforderung

Herausforderung:

Die medizinische Fachwelt erzeugt täglich enorme Mengen an Forschungsdaten, verfügt jedoch über keinen zentralen Aufbewahrungsort, um diese zu speichern. Infolgedessen verbringen Forscher oft Zeit und Geld damit, nach Daten zu suchen oder diese zu replizieren. Aus diesem Grund wollte die American Heart Association (AHA) eine Plattform entwickeln, die es Wissenschaftlern des Herz-Kreislauf-Systems ermöglicht, Daten leichter zu finden und einfacher zusammenzuarbeiten.

Lösung

Lösung:

Die Modernisierungsservices für Cloud-Anwendungen von Hitachi Vantara schufen die Grundlage für die Plattform der AHA. Mit dem Bereitstellungsbeschleuniger des Angebots wurde eine gut strukturierte, sichere Virtual Private Cloud (VPC) mit sieben Schichten implementiert. Und der Dashboard-Beschleuniger überwacht zu jedem Zeitpunkt die Verschiebung und den Status von Daten.

Ergebnis:

Die AHA erhielt mehr Sichtbarkeit und Zugriff auf eine Vielzahl von Daten sowie bessere Tools für die Zusammenarbeit.

Über die American Heart Association

Die American Heart Association widmet sich der Aufgabe, Menschen vor Herzkrankheiten und Schlaganfällen – die häufigste bzw. die fünfthäufigste Todesursache in den USA – zu bewahren. Sie arbeitet mit Millionen von Freiwilligen zusammen, um innovative Forschung zu finanzieren, für eine stärkere öffentliche Gesundheitspolitik zu kämpfen und lebensrettende Instrumente und Informationen zur Vorbeugung und Behandlung dieser Krankheiten bereitzustellen.

Die AHA mit Sitz in Dallas ist die älteste und größte gemeinnützige Organisation des Landes, die sich der Bekämpfung von Herzkrankheiten und Schlaganfällen verschrieben hat.

Die Plattform nutzt die Leistung von Big Data, um die Art und Weise der Erforschung des Herz-Kreislauf-Systems zu revolutionieren und das Versprechen der kardiovaskulären Präzisionsmedizin zu beschleunigen. Die Hitachi Vantara Cloud Services waren maßgeblich daran beteiligt, einen starken und vielfältigen Datenmarkt ins Leben zu rufen, der es Forschern in gemeinsamer und sicherer Zusammenarbeit ermöglicht, kardiovaskuläre Ergebnisse mit bisher nicht möglicher Geschwindigkeit und Präzision voranzubringen.

– Jen Hall, PhD, Chief of the Institute of Precision Cardiovascular Medicine, American Heart Association

Plattform für Präzisionsmedizin der AHA

Das Ziel der American Heart Association ist es, Patientenergebnisse erheblich zu verbessern, indem sie einen schnelleren Zugriff auf Daten, hochmoderne Tools, Technologien und Innovationen bietet, die den Informationsaustausch und die Recherche ermöglichen. Die Plattform für Präzisionsmedizin der American Heart Association wurde entwickelt, um dieses Ziel mit einer großen Auswahl an zusammengestellten, umfassenden und verteilten Datasets umzusetzen. Forscher können darauf zentral zugreifen und die sicher in der Cloud verwalteten Datasets durchsuchen, analysieren und austauschen. Die Plattform ermöglicht es Forschern und Klinikern, breit gefächerte und tiefgehende Daten zusammenzuführen und zu analysieren, z. B. Längsschnittstudien, Bevölkerungsstudien, klinische Datenregister und verbrauchergenerierte Daten sowie proteomische, genomische und Genexpressionsdaten.

Die Plattform für Präzisionsmedizin der AHA stellt Daten und Instrumente für alle bereit. Sie lenkt die Aufmerksamkeit auf eine Gemeinschaftsanstrengung im Bereich der Erforschung des Herz-Kreislauf-Systems und von Schlaganfällen, um Lösungen zu beschleunigen, die sich positiv auf Millionen von Menschenleben auswirken. Das Unternehmen plante, seine Rechenzentrumspräsenz für seine Backup-Lösung nach Abschluss der Migration zur Amazon Web Services (AWS) Cloud endgültig aufzugeben.

Große Herausforderungen

Große Pläne gehen mit großen Herausforderungen einher, und der Umfang der Plattform für Präzisionsmedizin der AHA ist da keine Ausnahme. Um diese Herausforderung zu bewältigen, ist es wichtig zu verstehen, dass medizinische Forschungsdaten weitreichend und in Massen vorhanden sind. Es gibt Tausende von Menschen, Institutionen und Unternehmen, die auf Grundlage der von ihnen zusammengestellten Daten recherchieren, analysieren und Schlussfolgerungen ziehen. Viele der Forschungsergebnisse und Daten sind nützlich und von hoher Qualität und großer Integrität. Es gibt jedoch keinen zentralen Ort oder Marktplatz, an dem die Forschungsergebnisse zusammengeführt werden und leicht durchsuchbar sind. Daher verbringen Forscher einen Großteil ihrer Zeit damit, verschiedene Datasets auf der Suche nach bestimmten Informationen zu durchsuchen und am Ende oft die Bemühungen anderer Forscher zu duplizieren. In der Summe führt dies zu einem erheblichen Zeit-, Geld- und Arbeitsaufwand. Einer der Hauptgründe dafür, diese Herausforderung anzunehmen, ist, dass es nur sehr wenige Standards für das Zusammenstellen, Reporting und Management dieser enormen Mengen an Forschungsdaten gibt. Das Ergebnis sind unterschiedliche Forschungsdatenbanken und -systeme, die wertvolle, aber schwer zu findende Informationen enthalten. Daher machte sich die American Heart Association daran, dieses Problem zu lösen, und schufen dabei eine Plattform, die folgende Anforderungen erfüllt:

  • Zugriff auf reichhaltige und vielfältige Datenquellen
  • Sichtbarkeit der Datasets und entsprechende Suchinstrumente
  • Datensicherheit, Skalierung und Zusammenarbeit

Kompetente Zusammenarbeit

Als die American Heart Association sich daran machte, ihre innovative Plattform für Präzisionsmedizin zu implementieren, tat sie dies mit der Übereinkunft, dass die IT-Infrastrukturunternehmen, mit denen sie zusammenarbeiten würde, maßgeblich zum Erfolg der AHA beitragen würden. Aufgrund ihres Know-hows bei der Unterstützung von Unternehmen bei der Migration und dem Betrieb in der AWS Cloud entschied sich die AHA daher für die Hitachi Vantara Cloud Services (siehe Abbildung 1). Die AHA beauftragte außerdem Kass-Hout Consulting aufgrund seines Domänenwissens und seiner Kompetenz in der Präzisionsmedizin und im Verbraucherschutz.

Diese Zusammenarbeit ist nicht nur wegen der zum Einsatz kommenden hochmodernen Big Data- und Forschungstechnologie interessant, sondern auch, weil die American Heart Association an vorderster Front kämpft, um Menschenleben zu retten, wodurch die entscheidende Rolle dieses Projekts unterstrichen wird. Der Aufbau einer stabilen Infrastruktur für die Plattform für Präzisionsmedizin wurde zum erklärten Hauptziel der Experten der American Heart Association, der Hitachi Vantara Cloud Services sowie von AWS und Kass-Hout Consulting.

Komponenten der AHA-Plattform

Die Plattform wurde mit mehreren primären Phasen konzipiert, darunter:

Datenerfassung: Daten werden auf die Plattform hochgeladen und im Rechercheportal gespeichert. Mit dem Datenanbieter wird ein vorkonfigurierter Prozess eingerichtet, um sicherzustellen, dass alle Daten in die Plattform aufgenommen werden.

Harmonisierung: Daten liegen oft in verschiedenen Formaten und Spezifikationen vor. In der Harmonisierungsphase arbeiten die Hitachi Vantara Cloud Services und der Datenanbieter zusammen, um Algorithmen zu konstruieren, mit denen die Datasets in ein einheitliches Format und eine einheitliche Spezifikation für das Rechercheportal umgewandelt werden.

Recherche: Nach der Veröffentlichung stehen die harmonisierten Datasets für die Suche und Recherche über das Portal zur Verfügung. Mithilfe einer komplexen Such- und Filterfunktion können Forscher relevante Datasets basierend auf einer Vielzahl von Suchkriterien und Datentrends finden. Die Plattform vereinheitlicht auch den Prozess, Zugriff auf Datasets zu beantragen und zu erhalten. Dazu bietet sie die Möglichkeit, den Zugriff direkt von der Suchseite aus anzufordern.

Benutzerdefinierte Forschungsumgebung: Sobald einem Forscher Zugriff auf ein Dataset gewährt wurde, wird in der AWS Cloud eine sichere, benutzerdefinierte Umgebung erstellt, die eine Vielzahl an beliebten Data-Science-Toolsets enthält. Der Forscher kann dann in dieser erweiterten Umgebung (Daten, Tools und Infrastruktur) arbeiten.

Cloud-Lösungen von Hitachi Vantara in Aktion

Um die Komponenten der Plattform für Präzisionsmedizin der AHA zu implementieren, wurde das Projekt mit mehreren Implementierungsphasen und einer Kombination aus AWS Cloud Services zusammen mit Hitachi Vantara Cloud Services konzipiert. Um die Mission zu erfüllen, wurden außerdem mehrere Open-Source-Integrationen vorgenommen. Zunächst wurde eine sichere AWS Virtual Private Cloud-Umgebung mit den DevOps-Services von Hitachi Vantara und den Modernisierungsservices für Cloud-Anwendungen von Hitachi Vantara erstellt. Dabei wurden folgende Beschleuniger verwendet:

  • Mit dem Bereitstellungsbeschleuniger wurde eine gut strukturierte, sichere Virtual Private Cloud mit sieben Schichten implementiert. Diese Cloud umfasst Subnetze für öffentlichen und privaten Internetdatenverkehr, interne und externe Load Balancer, Web-, Anwendungs- und Datenbankschichten sowie eine Verwaltungsschicht. Es beginnt mit der Sophos UTM-Instanz, die für ein Virtual Private Network (VPN), eine Firewall der nächsten Generation und eine Netzwerkadressübersetzung eingesetzt wird.
  • Die Bereitstellungs- und Testbeschleuniger wurden zusammen mit einem Jenkins-Client, Chef Infra Server und Nessus Professional-Scan verwendet, um die Sicherheit der Umgebung aufzubauen und zu testen.
  • Der Dashboard-Beschleuniger wurde eingesetzt, um zu jedem Zeitpunkt die Verschiebung und den Status von Daten zu überwachen.

Als Nächstes wurde die Datenplattform innerhalb der sicheren VPC aufgebaut. Jupyter Notebook wurde für das Schreiben von Code implementiert, der eine Datentransformation ermöglicht und Code kalibriert, um das umfangreiche Volumen an Transformationen und Aushandlungen durchzuführen.

  • AWS Elastic MapReduce (EMR) wurde verwendet, damit Berechnungen verteilt und gleichzeitig an enorm großen Datasets ausgeführt werden konnten, um Trends zu erkennen.
  • Schließlich wurden Data-Science-Tools implementiert, um die zusammengeführten Daten in einem konsistenten Format verfügbar zu machen.
  • AWS ElasticSearch Service ermöglicht es der American Heart Association, Datasets zu erfassen, darzustellen und Einblicke in diese zu gewinnen.
  • Das Hitachi Vantara Cloud Services-Team entwickelte eine hochgradig angepasste Kibana-Lösung, um dem Benutzer ein leistungsstarkes und skalierbares Such- und Recherchetool an die Hand zu geben.
  • Die zugrunde liegende Infrastruktur wurde so konzipiert und aufgebaut, dass sie dem Health Insurance Portability Accountability Act (HIPAA) entspricht und nachgelagerte Kontrollen für zusätzliche Skalierbarkeit bei der Einführung des Federal Risk and Authorization Management Program (FedRAMP) und des Federal Information Security Management Act (FISMA) enthält.
  • Das Team vereinfachte die Umgebung, indem es eine einmalige und automatisierte Pipeline erstellte, die für eine maßgeschneiderte Forschungs- und AWS Workspace-Umgebung sorgt. Mit dieser Lösung können Forscher in ihrer eigenen Private Cloud-Umgebung mit benutzerdefinierter Pipeline arbeiten. Sie erleichtert nicht nur ihre Arbeit, sondern ermöglicht auch die Ergänzung der Daten durch zukünftige Forscher, was den Wert für die Gemeinschaft erhöht.
  • Durch die einmalige Cloud-basierte Infrastruktur auf AWS, die von den Hitachi Vantara Cloud Services konzipiert und entwickelt wurde, soll die Plattform für Präzisionsmedizin eine verbesserte Zusammenarbeit der Forschungsgemeinschaft ermöglichen. Das Ergebnis sind bessere und schnellere Erkenntnisse für Patienten mit Herzerkrankungen sowie Schlaganfallpatienten. Darüber hinaus können Wissenschaftler aufgrund der Flexibilität und Agilität, die die Plattform der Forschungsgemeinschaft bietet, Forschungsergebnisse zusammenfassen, Trends erkennen und Echtzeitlösungen basierend auf empirischen Daten bereitstellen.

Das Ergebnis war eine umfassende, schlüsselfertige Lösung für die Genomik, die der Genomforschung in der AWS Cloud bei einem monatlichen Abonnementmodell höchste Flexibilität verleiht.

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