Cloud computing architectures for biomedical data management

Abstract

The present dissertation defends a novel web-based platform promoting real-time advanced tele-consultation services on medical imaging. Principles of heterogeneous Workflow Management Systems (WFMSs) and state-of-the-art technologies such as the microservices architectural (MSA) approach, peer-to-peer networking and the Single-Page Application (SPA) concept are combined to build a scalable and extensible platform to aid collaboration among geographically distributed healthcare professionals. The real-time communication capabilities are based on the webRTC protocol to enable direct communication among clients. Implanting the twelve-factor application principles, we end up with a solid system that: Uses declarative format for setup automation Features a clean contract with the underlying operating system to offer maximum portability between execution environments Minimize divergence betweendeployments to empowercontinuousd eployment (CD) and enhanced agility Scales out/in without changes to tooling, architecture or development practices. The system features increased extensibility. The domain-driven-design we imply lets us explore multiple biomedical applications. In this sense, we introduce two novel algorithms. The first one concentrates on the three-dimensional reconstruction of the urinary bladder. The second one focuses on predicting patterns in RNA sequences. Both algorithms are integrated into the original system to push biomedical engineering frontiers further. The work discusses the conceptual and technical details of the system, emphasizing on its innovative elements.

Η παρούσα διατριβή υπερασπίζεται μια νέα διαδικτυακή πλατφόρμα που προωθεί προηγμένες υπηρεσίες τηλε-διαβουλεύσεων σε πραγματικό χρόνο για την απεικόνιση ιτρικών δεδομένων. Οι αρχές των ετερογενών Συστημάτων Διαχείρισης Ροής Εργασίας (WFMSs) και οι τεχνολογίες αιχμής, όπως το αρχιτεκτονικό σχέδιο μικροϋπηρεσιών, η δικτύωση peer-to-peer και η ιδέα της Ενιαίας Εφαρμογής Σελίδας (Single Page Applicaton - SPA) συνδυάζονται για τη δημιουργία μιας επεκτάσιμης πλατφόρμας για να καταστήσει τη συνεργασία μεταξύ γεωγραφικά κατανεμημένων επαγγελματιών υγείας εφικτή αλλά και αποδοτική. Οι δυνατότητες επικοινωνίας σε πραγματικό χρόνο βασίζονται στo πρωτόκολλο webRTC που επιτρέπει την άμεση επικοινωνία μεταξύ των πελατών. Η εργασία συζητά τις εννοιολογικές και τεχνικές λεπτομέρειες του συστήματος, δίνοντας έμφαση στα καινοτόμα στοιχεία του. Εμβαθύνει σε έννοιες αρχιτεκτονικής και ορθών πρακτικών σχεδιασμού πλήρως κατανεμημένων υπηρεσιών. Αξιοποιώντας τις αρχές των εφαρμογών δώδεκα-συντελεστών καταφέρνει να προσφέρει μιά λύση η οποία: Αξιοποιεί το δηλωτικό μοντέλο περιγραφής πόρων για να επιτύχει αυτοματοποίηση Διατηρεί μια ξεκάθαρη σχέση με το υποκείμενο λειτουργικό σύστημα προκειμένου να φέρει υψηλή μεταφερσιμότητα Παρέχει δυνατότητες συνεχούς ανάπτυξης Φέρει χαρακτηριστικά υψηλής κλιμακωσιμότητας Επιπρόσθετα. ενσωματώνει προηγμένους αλγορίθμους νευρωνικής μάθησης για την επεξεργασία και τρισδιάστατη αναπράσταση δεδομένων ιατρικής εικόνας και RNA ακολουθιών προτείνοντας παράλληλα μεθοδολογίες που ανοίγουν το δρόμο στην καθιέρωση νέων πρακτικών στον ευρύτερο κλάδο της βιο-ιατρικής επιστήμης.