استخدام منابر البيانات القائمة على الكلاود من أجل البحوث التعاونية المتعلقة بمرض السكري عبر المؤسسات المتعددة

وقد أعادت برامج البيانات القائمة على الغيوم في السنوات الأخيرة تشكيل المشهد العام للبحوث الطبية، حيث إن المؤسسات المتعددة يمكنها من التعاون في الوقت الحقيقي، وتبادل البيانات الضخمة، وإجراء تحليلات متطورة دون تحمل عبء إدارة الهياكل الأساسية المادية، أصبحت هذه البرامج لا غنى عنها، وهذا التحول هام بصفة خاصة في البحوث المتعلقة بمرض السكر، حيث يتطلب تعقيد المرض إدماج مختلف أنواع البيانات - التي تُرفع من السجلات الصحية الإلكترونية.

تزايد أهمية الهياكل الأساسية للكلاود في بحوث مرض السكري

ويشتمل مرض السكري على مجموعة من الاضطرابات الأيضية التي تتسم بتضخم رئوي مزمن، حيث ترتفع معدلات انتشار الإصابة بما يزيد على 537 مليون شخص يعيشون حالياً في حالة مرض السكر، وفقاً للمنبر الدولي للسكري - لم تكن الحاجة إلى إجراء بحوث متعددة المؤسسات أكثر إلحاحاحاً، وكانت أساليب البحث التقليدية تعتمد على الخواديم المحلية، وتبادل البيانات يدوياً عن طريق البريد الإلكتروني أو وسائل العلاج المادية، وعمليات النقل الدورية للخيوط.

كما أن البنية التحتية للكلاب تدعم الاتجاه المتنامي لـ " البيانات الضخمة " في البحوث المتعلقة بمرض السكر، وتوضح الدراسات مثل استكشاف المعلومات الاصطناعية للتنبؤ بالسكري من النوع 2 كيف أن الحوسبة السحابية توفر القدرة الحسابية اللازمة لنموذجات التعلم المختلط المعقدة التي تتطلب التدريب على ملايين نقاط البيانات، علاوة على أن القدرة على تشكيل آلات افتراضية ذات حجم ثابت من المئات من الألواح في الطلب تعني أن الباحثين الذين لم يعد لهم حاجة للاستثمار في الدراسات الباه.

مزايا المنهاجات المكلورة في بحوث السكري

تبادل البيانات والتعاون

ومن بين المزايا الرئيسية تيسير تبادل البيانات بين المؤسسات، يمكن للباحثين من مختلف المستشفيات والجامعات ومراكز البحوث الوصول إلى قاعدة بيانات مركزية والمساهمة فيها، مما يقلل من ازدواجية الجهود ويعزز ثقافة تعاونية يمكن فيها التحقق من النتائج والاستفادة منها بسرعة، ومن ذلك مثلاً مركز Jaebreb for Health Research.]

التحليلات والبصرات في الوقت الحقيقي

ويمكن أن تتيح برامج السحابة استنباط البيانات وتحليلها في الوقت الحقيقي، وفي التجارب السريرية أو الدراسات المراقبة، يمكن أن تُبث البيانات مباشرة من أجهزة مثل مضخات الأنسولين، ومراقبي الغلوكوز، ومتعقبي اللياقة إلى السحابة، حيث تستكمل لوحات الانتظار على الفور، ويسمح هذا التنبيه للباحثين بالكشف عن الاتجاهات في وقت مبكر، وتعديل بارامترات الدراسة المجمدة، بل وتنفيذ خطط السلامة الميكانيكية.

Scalability for Longitudinal Studies

وكثيراً ما تنطوي البحوث المتعلقة بمرض السكر على جمع بيانات طويلة الأمد تمتد سنوات عديدة وآلاف المشاركين، كما أن منابر الكلاود قابلة للتقسيم، وتعالج بلايين نقاط البيانات دون تدهور في الأداء، وحيث أن موجات جديدة من البيانات تصل من عمليات الفحص السنوية، أو أجهزة الرصد المستمرة، أو عينات البنك البيولوجي - تتخبط بشكل كبير، ويمكن زيادة الموارد الكلية لتحليلات معقدة مثل النظام العالمي للحسابات أو نماذج التعلم العميقة.

التكلفة - الأثر والتفاوت في استخدام الموارد

ومن خلال تقاسم الهياكل الأساسية عبر مشاريع ومؤسسات متعددة، فإن منابر السحب تقلل كثيرا من التكاليف، فبدلا من أن تحتفظ كل مؤسسة بمركزها الخاص للحساب العالي الأداء، لا يدفع الباحثون سوى الموارد التي يستهلكونها، وهذا النموذج الذي يضفي طابع الديمقراطية على إمكانية الحصول على تحليلات متقدمة، مما يتيح للمختبرات والمؤسسات الصغيرة الحجم المشاركة في البحوث التي تُحد من حجمها، كما أن العديد من مقدمي الخدمات السحابية يقدمون من المنح والرسوم الدراسية المخفضة.

Cloud Technologies Powering Collaborative Diabetes Research

منبر غوغل كلود (GCP)

(جوجل كلود) يقدم حلولاً متخصصة للرعاية الصحية وعلوم الحياة، بما في ذلك برنامج الرعاية الصحية، الذي يمكن أن يُغير البيانات في شكل (فيرتيكس آي)

Amazon Web Services (AWS)

وتوفر الرابطة مجموعة شاملة من الخدمات لتحليل البيانات الضخمة، بما في ذلك شركة Amazon S3 للتخزين، وشركة Amazon EMR لتجهيز وظائف Spark، وشركة SageMaker من أجل بناء نماذج للتعلم الآلي، كما تقدم خدمات بناء الغرض مثل شركة Amazon HealthLake، التي تستخدم التعلم الآلي لتطبيع وتخزين البيانات الصحية في شكل متوافق مع FHIR-IR.

Microsoft Azure

(أزور) يدمج مع أدوات بحثية واسعة الاستخدام مثل مفكرة جوبيتر ويزود محللات أزور سينابسي للبيانات الكبيرة، ويبسط برنامجها الخاص بشركة FHIR البيانات الصحية قابلية التشغيل المتبادل، بالإضافة إلى أن إدارة الهوية القوية لـ(أزور) وضوابط الدخول القائمة على الدور تجعل من السهل إدارة الأذون عبر اتحاد من المؤسسات.

برامج ناشئة أخرى

وفيما عدا الثلاثة الرئيسية، فإن منابر مثل Snowflake و Databricks تكتسب مساراً صحياً في البحوث.

How Cloud Platforms Enable Data Harmonization

(أ) من أكثر التحديات استمراراً في البحوث المتعلقة بمرض السكري المتعدد المؤسسات، وجود تفاوت في البيانات، وتستخدم مختلف المستشفيات والعيادات نظماً إلكترونية مختلفة للسجلات، ومعايير الترميز (مثلاً، ICD-10، وSNOMED)، وبروتوكولات لجمع البيانات.() وتيسر منابر التدفق تحويل مصادر البيانات المتباينة إلى نماذج بيانات مشتركة، مثل نموذج تبادل البيانات بشأن النتائج الطبية

التحديات واستراتيجيات التخفيف

خصوصية البيانات والامتثال التنظيمي

وحماية سرية المرضى هي في المقام الأول في البحوث المتعلقة بمرض السكر، التي كثيراً ما تنطوي على بيانات صحية حساسة تشمل قراءات الرصد المستمر للغلوكوس، وسجلات الضخ، والمعلومات الوراثية، كما أن أنظمة مثل هذه المعايير التنظيمية المتعلقة بالمرض في الولايات المتحدة والناتج المحلي الإجمالي في أوروبا تفرض شروطاً صارمة على تخزين البيانات ونقلها والوصول إليها، وقد رد مقدمو البيانات بتقديم خدمات حاملة من جانب الرابطة، واتفاقات منايات الاتصال المباشر.

توحيد البيانات وإمكانية التشغيل المتبادل

وتشكل أشكال البيانات غير المتجانسة عبر المؤسسات تحديا كبيرا، ومن أجل إجراء تحليل فعال شامل للمؤسسات، يجب مواءمة البيانات مع المعايير المشتركة مثل آلية التنمية النظيفة التابعة لمكتب تنسيق العمليات الإنمائية أو نظام المعلومات الإدارية المتكامل.() ويمكن أن تيسر هذه البرامج بتوفير خطوط أنابيب تحويل البيانات وأدوات لرسم البيانات المحلية لهذه المعايير، وعلى سبيل المثال، فإن نظام المعلومات الإدارية المتكامل في مجال الصحة في كثير من الأحيان لا يتيحان إمكانية تحويل مصادر جديدة إلى مصادر معززة للرعاية الصحية.()

مراقبة الدخول والأمن

وتعقد برامج السحاب، التي توفر مراقبة الدخول القائمة على أساس الدور الجمركي، ومراقبة الدخول القائمة على أساس التوزيع، مما يتيح للمديرين تحديد هوية الذين يمكنهم قراءة كل مجموعة بيانات أو كتابة أو تحليلها، كما أن سجلات التوثيق المتعددة العوامل والمراجعة تساعد على منع الوصول غير المأذون به إلى قاعدة البيانات المستخدمة، وعلى إبراز احتياجاتهم إلى 800 منصة البحوث.

الملكية الفكرية وممتلكات البيانات

وكثيرا ما تثير البحوث التعاونية تساؤلات بشأن ملكية البيانات وحقوق الملكية الفكرية، ولا تحل المنصات السحابية هذه المسائل القانونية بطبيعتها، ولكنها يمكن أن تدعمها من خلال سمات مثل تقسيم البيانات وتتبع استخدامها، والاتفاقات الواضحة التي تعقد في بداية التعاون حاسمة لتجنب المنازعات فيما بعد، ويعتمد العديد من اتحادات البحوث اتفاقا مشتركا لتبادل البيانات يحدد من يمتلك البيانات المستمدة (مثل الإحصاءات الإجمالية أو النماذج التدريبية) وكيفية استخدامها في تسجيل بيانات كلو.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

برنامج البحوث في جميع الولايات المتحدة

بينما لا يركز البرنامج على مرض السكري فقط، فإن الباحثين يمكنهم الوصول إلى البيانات لدراسة أنواع السكري، وعوامل الخطر الوراثي، والفوارق الصحية، والبنى التحتية السحابية تتيح للباحثين حفظ البيانات ذات القاعدة السحابية، وتحليل البيانات الصحية من أكثر من مليون مشترك، ويمكنهم الوصول إلى مجموعة البيانات لدراسة نماذج الإدمان، وعوامل الخطر الوراثي، والفوارق الصحية.

المحاكمات السريرية المتعددة القوارير للنوع 1

وفي النوع 1 من الداء السكري، يقوم مركز جايب للبحوث الصحية بتنسيق المحاكمات المتعددة المراكز باستخدام نظام المعلومات المركزية القائم على الغيوم، ويتيح الرصد الفعلي لجودة البيانات ونتائج المرضى تحديد إشارات السلامة أو اتجاهات الكفاءة، وتحسين كفاءة المحاكمات، مثلا في تجربة أجريت مؤخراً لشبكة بيانات سرية من المحركات المغلقة في سولين.

الاتحاد الدولي لعلم السكري

ويمكن لمشاريع مثل مبادرة الجينيات () أن تعتمد على الحوسبة السحابية للجمع بين بيانات الارتباط على نطاق جيني من المنظمات في جميع أنحاء العالم، ومن خلال تخزين نماذج الجيل الخام والأنواع في حزمة من السحب المشتركة مع الوصول المراقب، يمكن للباحثين أن يؤدوا تحليلات الغازات الضخمة التي من شأنها أن تكون مستحيلة لوجستياً مع النظم المحلية.

الاتجاهات المستقبلية: AI, Federated Learning, and Global Collaboration

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

وتوفر برامج السحاب القدرة الحسابية اللازمة لتدريب نماذج معقدة من أجهزة الاستخبارات، مثل الشبكات العصبية العميقة التي تتنبأ بالاضطرابات الرئوية من الصور الرجعية، والنماذج التي تُتوقع حدوث أحداث تذبذبية باستخدام بيانات الأشعة السينية (CGM) أو نماذج تُفضي إلى حدوث عمليات السطو على النسيج، ومع زيادة إمكانية الوصول إلى أدوات الترميز في هذه النماذج في السياقات السريرية للمساعدة في اتخاذ القرارات.

التعليم الموحد لحفظ الخصوصية

ومن بين النهج الواعد للتغلب على تحديات خصوصية البيانات، التعليم الموحد، حيث يتم تدريب نماذج التعلم الآلات عبر مصادر البيانات اللامركزية دون نقل البيانات الخام، ويمكن لمنصات التكتل أن تنسق سير العمل التعليمي للاتحاد من خلال تنسيق تبادل البارامترات النموذجية بين المراكز المؤسسية، مثلا، يمكن تدريب نموذج للتنبؤ بمرض السكري على خمسة نظم للمستشفيات دون أن تترك أي بيانات على مستوى المرضى شبكة كل مستشفى.

مبادرات التعاون العالمية

ومن خلال برامج العمل القائمة على السحب، يمكن التعاون العالمي حقا، وربط الباحثين في البلدان ذات الدخل المرتفع بالباحثين في المناطق المنخفضة والمتوسطة الدخل التي يتزايد فيها انتشار مرض السكري بسرعة، ويمكن للباحثين السحابيين المتقاسمين أن يستضيفوا موارد تعليمية، وخطوط تحليل موحدة، ومجموعات بيانات مرجعية، وتعزيز بناء القدرات والمشاركة المنصفة، كما أن المبادرات مثل شبكة البحوث المتعلقة بالسكري العالمي التي لا تُستخدم في إطار السحب.

أفضل الممارسات لتنفيذ عمليات البحيرات الكبرى

ومن أجل تحقيق أقصى قدر من الفوائد من البرامج السحابية، ينبغي لشبكات البحوث المتعلقة بمرض السكر أن تعتمد عدة ممارسات من أفضل الممارسات، أولا، إنشاء لجنة لإدارة البيانات تضم ممثلين من جميع المؤسسات المشاركة لتحديد تعاريف البيانات، وعتبات الجودة، وسياسات الوصول، وثانيا، استخدام هيكل نموذجي: مخزون منفصل، وتجهيز، وعرض، بحيث يمكن توسيع نطاق كل منها بشكل مستقل، وثالثا، تنفيذ عمليات التحقق من صحة البيانات آليا عند مرحلة الاختلاس، وكشف عن أخطاء في مجال الحاويات.

وفي الختام، أصبحت برامج البيانات القائمة على السحاب أمرا لا غنى عنه في البحوث التعاونية المتعلقة بمرض السكر، وهي تكسر الحواجز المؤسسية، وتسمح بالتحليل في الوقت الحقيقي، وتستوعب حجم البيانات الهائل الذي تولده الدراسات الحديثة، وفي حين أن التحديات من قبيل الخصوصية والتوحيد ومراقبة الوصول تتطلب اهتماما دقيقا، فإن الفوائد تفوق كثيرا العقبات، فمع أن التكنولوجيات مثل مبادرة " AI " و " التعليم الموحد " ستستمر السحابة في العمل على تحقيق الاتساق بين الهياكل الأساسية.