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承蓝科技2023年产品与用户服务提升计划——天津站

承蓝科技

2023-07-17

导读：为科研数据保驾护航

2023

承蓝科技2023年产品与用户

服务提升计划——天津站

2023年7月，承蓝科技的产品与服务团队到达了本年度的第六站——天津。

早在2015年，美国就提出了“精准医学计划（Precision Medicine Initative）”,旨在通过整合患者的个性化信息加速医学对复杂疾病的研究。随着生物技术的发展，衍生出了各种生物组学的检测技术，如DNA测序。同时，近年来医学影像的发展也较为迅猛，核磁共振成像（MRI）、计算机断层成像（CT）等以其高分辨率、时空连续性等技术特点，在临床上的应用日趋广泛。

本次天津的用户正是将两种先进的技术相结合，研究基因数据和影像数据的关联分析。作为一项交叉的新兴学科，影像遗传学尤其适合活体研究遗传和环境因素对人脑高级认知功能和脑疾病的调控机制。不仅可以阐明遗传、人脑结构与功能、认知与情感的通路，还将为研究疾病中高级功能损害的神经机制和遗传机制提供科研线索。

影像遗传学多领域知识技能的交叉前沿

天津用户在精准医学方向已深耕多年，先后发表了大量的学术期刊论文，在基因数据和影像数据的分析工作上已积累了大量的工作经验，但也遇到了许多极具挑战的专业问题：

在同一套超算集群硬件基础上，如何同时测试、配置和管理影像学、基因组学这两个非常专业的计算环境。平台中同时容纳影像学数据处理工具链和基因组学数据处理工具链会面临计算资源竞争、软件包相互冲突、维护管理工作复杂等困境。不同的数据处理工具对计算资源（CPU、GPU、内存、存储）的需求可能不同，多个用户同时运行大量的工具会导致资源竞争，降低计算平台的整体性能和效率。

此外，在一套系统里，如何将这影像和基因的计算环境进行恰当地融合。不同的数据处理工具依赖于不同的软件库、版本和环境配置。在同一个计算集群中同时测试并适配大量工具时，还需要全面考虑软件更新、版本控制、依赖关系等问题。两套工具链的共存也会增加计算平台的复杂性，对集群的维护和管理水平有更高的要求。

软硬一体建立影像基因组学数据分析平台

为解决以上的问题，承蓝团队与用户充分沟通了目前的科研进展与工作需求。在完成实地考察后，承蓝团队为用户提供了软硬一体的解决方案，结合专业的云计算、超算资源调度优化、计算工具与环境适配维护等技术手段，对已有的硬件设备进行升级改造，充分利用了一套超算的计算资源，打造了新一代影像基因组学数据分析平台。

一方面，承蓝团队通过硬件资源扩容方案提高了计算集群的CPU、GPU、存储、网络容量，实现绝对可用资源量的有效提升。同时，团队为用户提供了集群软件规划、网络优化、虚拟机算环境配置管理、分布式计算架构设计实施、存储资源统一规划实施、数据处理工具测试并适配、日常资源调度与排错服务支持等多种类、多层次的服务支撑项目，协助用户合理规划和配置计算资源、隔离和管理不同工具链之间的依赖关系和环境配置，并最终实现了科学计算，大幅度提高了科研团队的工作效率。

另一方面，承蓝团队为该平台配置了数据收集、影像分析、遗传分析、关联分析等功能模块，提供了专业分析工具，包括影像处理和分析工具：如FSL（FMRIB Software Library）、SPM（Statistical Parametric Mapping）、FreeSurfer等，可以在平台上完成图像配准、分割、标记以及提取影像特征等一系列工作；测试并适配了遗传数据分析工具：如PLINK、GCTA、SNPTEST等，支持了关联分析、基因表达分析、遗传变异分析；测试并适配了统计分析工具：如R、Python（使用相关的库如numpy、pandas、scikit-learn等）等，实现了统计学方法的调用和建模，也支持关联分析、机器学习算法、图像分析等工作；测试并适配了基因功能注释工具：如ANNOVAR、Ensembl Variant Effect Predictor（VEP）等，支持解读基因变异的功能效应和影响。此外，还测试并适配了数据可视化工具如matplotlib、ggplot2、Tableau等，提高了平台的分析结果可视化展示功能的支持度。

在完成本次升级服务后，科研人员已经可以在系统上快捷地获取数据分析结果，极大的简化了分析任务，加速了科研项目的高效进展。未来，该平台也有望帮助用户实现对遗传相关疾病的预警研究，为早期干预的科学依据探索提供更好的支持。