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Case Studies
University of Maryland, Baltimore County
为大学提供先进的计算能力
每当医生更新病历、实验室发布检测报告或发表新的研究论文时，海量的医疗数据就会攀升至新的高度。据估计，医疗保健数据每年以 36% 的速度增长，其增长速度甚至超过了媒体、制造和金融数据，而利用这些重要信息来提高医疗保健质量和控制成本的需求也越来越大。
然而，要充分释放医疗保健大数据的潜力，还面临着两大障碍。首先，大多数医疗保健数据（例如自由格式的医生笔记）都是非结构化数据，因此很难分析和共享电子健康记录。此外，美国《健康保险流通和责任法案》 (HIPAA) 严格规范对受保护健康信息的访问，并对侵犯患者隐私的行为进行处罚。
马里兰大学巴尔的摩郡分校 (UMBC) 信息系统副教授兼 UMBC 加速实时分析中心主任 Karuna Joshi 博士表示：“医疗保健数据是一个非常有趣的挑战。其中大部分是文本数据，非常敏感，不能随意共享。然而，各方需要共享这些海量数据，尤其是在面对新冠疫情的情况下。那么，如何分析数据才能不侵犯隐私和安全呢？”
自动化
为一项开创性的医疗保健研究提供云服务，自动执行 HIPAA 法规，并加快加密数据的访问速度
学生解决方案
将提供云端教育解决方案，帮助教授指导计算机科学和电气工程专业的学生
必须访问大量医疗保健数据，进一步加剧了数据困境。K. Joshi 博士指出：“我们拥有数十亿份健康相关记录，需要相关系统自动处理这些信息，因为人手处理太耗时。”
K. Joshi 博士及其 UMBC 的数据分析团队发现，尽管存在非结构化数据和隐私规则障碍，但仍迫切需要能够加速和自动获取医疗保健大数据的研究工具。但是，为了支持这项复杂的研究，他们需要功能优于一般笔记本电脑、台式机和 IT 旧系统的计算资源。K. Joshi 博士表示：“我通过 IBM 了解到云技术和虚拟计算，与 IBM Cloud for Education 合作是一个自然而然的进程。”
当 K. Joshi 博士及其研究团队开始研究高度规范和加密的医疗保健数据的分析方法时，其中一个关键问题涉及加密。她指出：“在医疗保健领域，必须快速了解并做出决策，但如果开始解密所涉及的大量数据，则需要几天时间才能完成。那么，如何既让数据保持加密状态，又让算法和访问控制机制发挥作用呢？因为当你拥有大量加密数据，而又想在不解密的情况下进行查询时，将是一场计算上的噩梦。”
通过开发使用加密和语义推理的新方法，K. Joshi 博士的研究团队能够拍摄数据的小快照，并解密记录中的小部分内容，以提取所需的信息，而无需花费大量时间进行解密。K. Joshi 博士表示：“我们正尝试进行创新，利用 AI 方法和深度学习来获取信息，而无需对数据进行解密。”
UMBC 团队近期利用 IBM® Cloud for Education 工具完善了这一策略，并就此发表了两篇重要的研究论文，其中包括为 2022 年大数据安全会议撰写的“A Semantically Rich Knowledge Graph to Automate HIPAA Regulations for Cloud Health IT Services”（用于自动执行云健康 IT 服务 HIPAA 法规的语义丰富的知识图谱），以及由美国海军研究办公室赞助的“Delegated Access Control using Attribute-Based Encryption”（使用基于属性的加密技术进行委托访问控制）。
K. Joshi 博士指出：“我们的语义推理和加密方法受到了研究界的广泛认可。企业有企业的政策，组织也有组织的规则，规定应该如何加密数据并在互联网上发送。目前无法自动执行这些规则，我们的目标是实现这些政策的自动化。”
她继续说道：“云计算随时可用，因此是这项工作极佳的解决方案。所有人都可以轻松分享。由于我们的研究对计算的要求非常高，因此云计算对我们的工作而言非常重要，研究界以及与我们对接的医疗保健界都对这一想法感到兴奋。”
Anupam Joshi 博士是 UMBC 计算机科学与电气工程 (CSEE) 系主任兼 Oros 家族教授。多年来，他一直利用 IBM Cloud for Education 支持自己的研究项目。
A. Joshi 博士表示：“例如，我目前正在与美国和日本相关机构合作开展一个项目，以了解老年人口的社交隔离情况。这项研究依赖于从对话中收集到的音频数据，而 IBM Cloud 分析工具能够出色地为我们提供对话的语气和情绪，同时保护隐私。”
A. Joshi 博士还为使用 IBM Cloud 进行研究项目和论文开发的研究生提供建议。他指出：“我的学生均提供了十分正面的反馈。例如，当一名学生遇到问题时，会在一小时内就得到解决。研究生们需要按时完成任务，他们对像 IBM 这样规模的公司能够如此迅速地处理请求深表感激。”
基于对 IBM Cloud for Education 的研究经验，A. Joshi 博士选择了 Education Solutions on IBM Cloud 平台来帮助教授 UMBC 计算机工程学的操作系统高级课程。A. Joshi 博士表示：“除了算法之外，操作系统是优秀的计算机科学课程中最难通过的课程之一。为了完成这门课程所要求的任务，我们正在将这门课程过渡到 IBM Cloud，以充分利用云计算的可扩展性。”
在学习课程期间，学生需要更改 Linux 内核，并用自己的内核重新启动操作系统。A. Joshi 博士指出：“在你自己的电脑上编译 Linux 内核可能会花费大量时间，并且需要设置一台“大型机”。“由于需求极具弹性，我们可以在整个学期的项目到期时，在云端启动虚拟机。”
UMBC 学生还将有机会使用 IBM Cloud 的虚拟机，在其中进行实验、管理作业并获得虚拟机经验，为将来从事计算机工程工作做好准备。
云计算支持的计算机教育解决了许多来自弱势群体的学生买不起功能强大的笔记本电脑的问题。A. Joshi博士表示：“UMBC 一直秉持‘兼容并蓄，追求卓越’的宗旨。我们招收来自各界的学生，并努力为他们提供成功的途径。学生不必购买昂贵的先进电脑，我们在 IBM Cloud 上拥有资源，可以让他们使用自己电脑中可能缺乏的硬件和软件。”
除了 IBM Cloud for Education 和 Education Solutions on IBM Cloud 之外，其他有助于 UMBC 研究和教学的 IBM 解决方案和服务包括：
- IBM Cloud Bare Metal Servers，在完全专用的服务器上运行 IBM Cloud for Education 工作量，以实现最佳性能和高度安全的单一租户。
- IBM® Cloud Satellite Infrastructure Service，一种分布式云解决方案，可在公共云、本地部署数据中心和边缘计算系统中部署和运行应用程序。
- IBM Cloud App ID，用于添加身份验证，保护后端和 API，以及管理移动设备和网络应用程序的用户特定数据。
- IBM Cloud Object Storage，为医疗记录和成像数据等非结构化数据提供灵活、实惠、可扩展的远程云存储。
- IBM® Db2 on Cloud，一款具备 AI 功能的托管 SQL 云数据库，可为企业应用程序提供专门的运营团队、时间点恢复和独立扩展功能。
- Red Hat OpenShift on IBM Cloud，可自动更新、扩展和调配，并具备应对意外激增情况的弹性。
IBM Cloud for Education 是 IBM 与美洲和欧洲高校多年合作的结晶。A. Joshi 博士指出：“IBM Cloud for Education 建基于 IBM 近二十年前开发的名为“Virtual Computing Lab” (VCL) 的解决方案。北卡罗来纳州立大学是牵头机构，而 UMBC 很早就参与其中。在'云计算'一词尚未流行时，这是首批专为教育开发的云解决方案之一。”
K. Joshi 博士表示：“IBM 为我提供了 VCL 的访问权限，我就是这样接触到云技术和虚拟机的。IBM 也非常乐于与研究人员合作，交流信息和想法。当我有一个想法时，我知道可以找到和我一起研究的人员。”
举例来说，她记得当时有一位 IBM 律师来 UMBC 参加讲座，其后与她会面并讨论了与数据合规相关的一些法律挑战。“该律师花了半个小时与我讨论，当你与一家大公司的律师讨论研究想法时，这是非常罕见的情况。这是我们与 IBM Cloud 的合作关系发挥作用的另一个原因。”
2022 年秋季，K. Joshi 博士将教授高级数据分析课程，预计会使用 IBM Cloud for Education 的资源来帮助她的学生。“我一直在考虑让我的学生使用 IBM Watson 分析工具。他们希望学习相关软件，以便毕业后成为专家，这也是我希望建立的协作之一。”
除了支持学术研究和课堂教学之外，IBM Cloud for Education 还被开发为通用云平台，可以为大学提供业务领域的支持。平台内的应用程序实验室可以整合教职员工感兴趣的其他 IBM 服务，包括 AI、区块链、IoT 和其他解决方案。
IBM Cloud for Education 还得到了 IBM Center for Advanced Studies (CAST) 的支持，该中心负责管理 IBM 最大开发社区之一的大学关系，其中包括 UMBC 和许多其他北美高等院校。
A. Joshi 博士指出：“我们认为 IBM Cloud for Education 是未来发展的正确道路，特别是对于需要特殊硬件和软件组合的专业课程，例如计算机工程和计算机安全。我们将继续探索各种可能性，并充分发挥我们对这一计算资源的热忱。"
UMBC（ibm.com 外部链接）是一所公立研究型大学，以创新教学、影响深远的研究以及支持学生勇于求知的社区氛围而闻名。UMBC 为 14,000 名本科生和研究生提供服务，是全美最具包容性的教育社区之一。UMBC 在《美国新闻与世界报道》的本科教学和创新排名榜上位居全美第六；而 NSF 将 UMBC 评为联邦研究支持（尤其是在 NASA 和社会科学资助）方面的全美顶尖大学之一。该校与政府和行业合作推动创业、劳动力培训、K-16 教育和技术商业化，从而为经济发展做出贡献。
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2022 年 1 月在美国制作。
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