Der Einsatz der Open Source-Lösungen XNAT und …...1 Der Einsatz der Open Source-Lösungen XNAT...

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DerEinsatzderOpenSource-LösungenXNATundProxmoximDatenintegra>onszentrumderUniversitätsmedizinMagdeburg

Dr.TimHerrmann08.04.2019DMEA-Satellitenveranstaltung2019vonGMDSundBVMI

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Überblick§  Einleitung:AnwendungvonXNAT

§  Au5auundKernkomponenten§  WorkflowundDatenstruktur§  PACSAnbindung§  NutzungskonzeptfürMIRACUM

§  IT-LeistungsanforderungandasUMMD-DIZ§  IT-EntscheidungsfindungfürDIZ-Hypervisorsystem§  ProxmoxVEHypervisorsystem§  ProxmoxineinerHeterogenenHardwareumgebung§  ProxmoxInterface

§  ZusammenfassungundAusblick

3 hVps://youtu.be/ENk589mOkhI

Einleitung:AnwendungvonXNAT

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§  eXtensibleNeuroimagingArchiveToolkit§  Forschungsbilddatenarchiv§  Management-Pla_ormfürProjekteausdermedizinischenBildgebung(z.B.MRT,PET,CT,CR)

§  OpenSource(Quell-offen,CommunitySupport,erweiterbar,individuellanpassbar)

§  XNAT–URL:hVp://xnat.org•  Marcus,DanielS.;Olsen,TimothyR.;Ramaratnam,Mohana;Buckner,RandyL.(2007):TheExtensibleNeuroimagingArchiveToolkit:aninformakcsplalormformanaging,exploring,andsharingneuroimagingdata.Neuroinforma+cs5(1),S.11–34.


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XNATNutzer-Standorte(kleineAuswahl):

USA:§  CNDA(CentralNeuroimagingDataArchive)-WashingtonUniversitySchoolofMedicine

§  TheHumanConnectomeProject§  Brain-CODEattheOntarioBrainInsktute(Non-NIH)

§  HarvardCatalyst§  ICTSatWashingtonUniversityinStLouis


Europa:§  BiomedicalImagingGroup(BIGR)amErasmusMC,RoVerdam,Niederlande

§  BiobankingandBioMolecularresourcesResearchInfrastructure,Niederlande

§  DZNE,Deutschland§  UniversitätMagdeburg,Deutschland§  UniversitätTübingen,Deutschland§  BHIundHTW,Berlin

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§  XNATDatenhierarchie§ Project>>Subject>>Experiment>>Modality(MR,CT,etc.)

§  Datei-Upload§  DICOM,ZIP,Metadaten§  Direkt-ImportvomScannermöglich>>PACSAnbindung§  FormularbasierteAssistenten

§  Datenorganisakon§  EigeneDatenverwalten§  Projekte,Teilprojekte,Studie,TeileeinerverteiltenStudie

§  Autorisierung

XNAT-WorkflowundDatenstruktur

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XNAT–3-Schichten-Modell:


§  ZugriffperBrowseroderKommandozeile

§  ApacheTurbine(Security,Scheduling,XML-Validierung)

§  AnpassungundErweiterungenerfolgenüberdieAPI(SchniVstellefürEntwickler)

§  ExtensibleFormarngTool(XFT)undXNAT-EngineführenQuery-undSchreiboperakonenaufDatenspeicheraus

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XNAT–Workflow:§  Datenakquise§  Datenvalidierung§  Analyse§  Auswertung§  Verteilung>>2ndUse§  Publikakon


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§  HTML5XNATImageviewer


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DICOM-Daten(MR/CT/XR) XNAT1.7.5VM/CT SANSpeicherung

Metadaten-Auswertung

upload

PostprocessingPipelines(Op>onal)


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§  XNATDICOMReceiverundSender(seit2019)

XNAT1.7.5VM/CTPACS TransferSend

XNAT–PACSAnbindung

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§  XNATAnbindunganData-Warehousei2b2undOMOP/OHDSI

HeaderextrackonMaybeanonymize

(XNAT)

ClinicalDATAImagingDATA

XNAT–NutzungskonzeptMIRACUM

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§  XNATData-WarehouseAnbindungderXNATPostgreSQLDB:

XNAT1.7.5PSQLDB

Metadaten-ETLTransfer

KhvastovaM,WiVM,MollenhauerS,HerrmannT,RivadeneiraIK(2018)xnat-tir-plugin.DOI10.5281/zenodo.1481893

FHIREinbindung


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XNATEntwicklungsumgebungamMIRACUMStandortMagdeburg:

§ AktuelleXNATInstanzinderUMMDDMZalsDemosystemfürPartnerstandorte§ URL:hVps://miracum-xnat.med.ovgu.de

§ BereitstellungvonXNATangepasstundsupportedfür10MI-IStandorte(MIRACUM)§  Installakons-undEinbindungsanleitung(Deutsch)inklinischeUmgebung§  Containerformat(docker)§  PostproccessingRouknen

§  Pseudonymisierung,Segmenkerung

§  AnpassungfürForschungsdatenmanagement


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§ Virtualisierungskompetenzen§  Bereitstellung:VirtuellerMaschinenundContainerterminals

§ Datenbankkompetenzen§  ETLProzessebegleiten

§ Datensicherheits-undSicherungskompetenz§  ZugriffaufausfallsichereSpeicherundBackupsysteme§ VerschlüsslungundpersonalisierterZugriffvonhochsensiblenDaten

§ UnterstützungfürForschungsdatenmanagement

IT-LeistungsanforderunganUMMD-DIZ

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HerausforderungenbeimAuhauderDIZIT-Architektur:§ GeringeInveskkonsmiVel

§ Kompensakondurchin-houseIT-Zentrumnichtimmermöglich

§ EtablierungdesDIZalseigenständigeOrganisakonseinheit§ HochverfügbarkeitfürwelcheDIZIT-Systeme?

§ Kostenintensiver§ GPU-Compukngfürz.B.MachineLearningundKI


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IT-EntscheidungsfindungfürHypervisorsystem:

§ 4etablierteHypervisorsysteme:§ VMware(Marklührer),MSHyper-V,CitrixXenServer,LinuxKVMQEMU

§ DIZUMMDLeistungsanforderungen:GPU-Passthrough,NutzungvonlokalemFestspeicher,OpkonfürHochverfügbarkeit,hoheHardwarekompakbilität,gutesPreisleistungsverhältnis...

§  Entscheidungnach4MonatenRechercheundausgiebigenTestesfürdieOpenSourceSovwareProxmoxaufBasisLinuxKVMQEMU


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ProxmoxVE5.3

§  GPU-Passthrough§  Kompakbilität

§  NutzunglokalemFestspeicher§  OpkonfürHochverfügbarkeit§  hoheHardwarekompakbilität§  OpkonfürContainer§  VerwaltungmehrereHypervisor§  GutesPreisleistungsverhältnis

VMWareESXi6.7 MSHyper-V

§  SehrgutePerformance§  HoheKomptabilität

§  Ja,sogarmitZFS§  Ja,über2Methoden§  Ja,daDebianLinux§  Ja,LXC,DockerperVM§  Ja§  Ja,kostenlos>>AngebotfürFirmengebührenpflichkgermehrLevelSupport

§ MiVlerePerformance§  Eingeschränkt

§  Nein§  Ja§  eingeschränkt§  Ja,Docker§  Ja,VMCenter§  Ca.4500€pro

Hypervisor

§  gutePerformance§  JedeKarte

§  Ja,NTFS,ReFS§  Ja§  Ja,Windows§  Ja§  Nein§  Nein,KomplexesPreissystemBezahlungproVM

Leistungsanforderungen:

IT-LeistungsanforderunganUMMD-DIZVergleichHypervisorsysteme

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ProxmoxVEHypervisorsystemK-Features:

§  NutzungFestspeicher(lokal)mitZFS§  Container:LXCimInterface,DockermitVMHost>>mitLXCHost§  EnterpriseLevelBackupsystemintegriert,kommerz.Support§  OpkonfürHochverfügbarkeit:CephundProxmoxNodekonzept§  Debian9StretchalsOS>>TypIIHypervisor§  GPU-Passthrough§  HoheHardwarekompakbilität:FiberChannel,iSCSI,ZFSoveriSCSI§  VerwaltungmehrereHypervisordurcheinenHypervisor§  10JahreimMarkt,OpenSource,kostenlos

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DateisystemZFSalssehrsicheresSpeicherkonzeptfürTera-undPetabyteSpeicherVorrausetzung:ArbeitsspeichermitECC>>Linux,FreeBSD,Solaris§  Vorteile:

§  Trimming(abQ2/2019)>>SLC-SSD§  Verschlüsslung§  LiveKompression(LZ4),Datasets,Snapshots,>>hoheDatensicherheit§  VerzichtaufRAIDControllermöglich>>JBODbenökgt>bietetjederPC§  JedeFestplaVenutzbar(SASundSATA),schnellesre-silvering§  AusfallsicherheitgegenüberdefektenHDD/RAIDController§  Tiering/Caching§  Nachteile:RAM/SSDCacheverbrauchbeimHostsystem(ca.0,5-1GBproTBHDD)

ProxmoxVEHypervisorsystem

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§ HighAvailability(HA)Cluster:§  2ProxmoxNodesundeinzentralerNetzwerkspeicherfürdieVMsundCTs

§ CephServicesonProxmox:§  3ProxmoxNodesundeinaufdieNodesverteilterNetzwerkspeicherfürdieVMs>>CephFS

§  ProxmoxHochverfügbarkeit§  2Methoden:Voraussetzungmin.2-3Hypervisornodes

ProxmoxinHeterogenerIT-Umgebung

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ProxmoxinHeterogenerIT-Umgebung

UMMDDIZIT-Fundament:§ NutzungundErweiterungvorhandenerIT-Struktur(ServerundWorkstakons)

§ ProxmoxNodesalsApplikakons-u.Speicherserver:§  3xNodesIntranet&3xNodesDMZ§  MachineLearningundKI§  GPUCompukng:4xNVIDIATeslaK80M(24GBRAM4992-Cores)§  ZFSSpeicherproNodemit0,5PetabyteneVo>>LZ4Basis>>1PetabytebruVo

§  Tiering/CachingKonzeptfürDatenbanken

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ProxmoxInterface

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ZusammenfassungundAusblick§ XNATundProxmoxalswichkgeKernkomponentendesForschungsdatenmanagementsderUMMD

§ ProxmoxzusammenmitZFS/CTS/CephhatIndustrieniveau§  IntegriertesBackupkonzeptundHochverfügbarkeit§  NutzungvonHeterogenerHardware§  NakveContainerUnterstützung§  KeineKosten>>ohneSupportvertrag

§ MagdeburgwirdProxmoxfürdasUMMD-DIZeinsetzen§  ZerkfizierungvonUMMD-DIZ-Mitarbeiternfür2019geplant

§ Know-HowwirddemMIRACUMKonsorkumbereitgestellt§  Fortbildungbzw.Schulungen

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WeiterführendeLinks

FKZ01ZZ1801G

§  hVps://xnat.org§  hVps://www.proxmox.com

§  hVps://de.wikipedia.org/wiki/Proxmox_VE

§  hVps://www.admin-magazin.de/Das-Hev/2016/06/Virtualisierung-mit-Proxmox-VE

§  hVps://www.heise.de/ix/meldung/ZFS-und-Debian-9-Proxmox-VE-5-0-ueberzeugt-im-Test-3813719.html

§  hVps://docs.oracle.com/cd/E19253-01/819-5461/zfsover-1/index.html

§  hVps://de.wikipedia.org/wiki/Ceph§  Buch:MasteringProxmox-ThirdEdikon,AhmedWasim

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