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医疗健康行业的区块链应用调查

2019-11-29

区块链技术在医疗保健中的应用仍是一个新兴课题,研究人员必须开发更多的原型和概念证明,加深对医疗保健领域中区块链技术应用的理解,提升技术的成熟度。

医疗健康行业的区块链应用调查

Overview 概述

自区块链通过比特币进入公众视线以来,研究人员便从未停下为将区块链应用扩展到非金融领域而努力的脚步。在这些非金融领域之中,医疗保健产业是有望对区块链产生重大影响的行业之一。针对区块链技术应用的研究虽然相对较新,但发展极为迅速。因此,医疗保健产业的研究从业人员一直在为跟上该领域的研究前沿而努力。本文汇总了区块链技术在医疗保健产业中的应用并加以展望,以求在充满迷雾的区块链技术应用领域一瞥属于医疗保健产业未来发展方向。

Report 报告

应用方向

电子病历(EMR)

电子病历(EMR)是区块链技术应用于医疗保健领域中的一个案例。区块链具有去中心化、防篡改、数据可溯源、可靠性、智能合约、安全性和隐私性的特点,这些正与电子病历的需求相符相合。

电子病历示例

医疗健康行业的区块链应用调查
来源:Accumed

总部位于荷兰的数据安全公司 Guardtime 与爱沙尼亚政府合作建立了一个基于区块链的框架来验证患者身份。所有公民都将获得一张智能卡,该卡利用区块链将 EMR 数据相互关联,EMR 中的任何更新都会被分配一个哈希并注册于区块链之中。

这种方法可以确保 EMR 中的审核记录防篡改且无法被恶意修改。防篡改的、带时间戳的数据日志还可以用来存储现有医疗保健数据库中的信息状态。数据库中的任何更新(例如挂号记录等)都会被分配一个时间戳,并在一个块中密码签名。鉴于医疗信息欺诈以及对诸如起搏器之类的可植入医疗设备进行数据操作的风险而引起的对数据完整性的关注,这种区块链系统具有许多好处,它可以确保对医疗记录的任何修改都是安全且经得起审核的。

与 EMR 相关的第二个应用是 MedRec,一个由 MIT 实验室和 Beth Israel 医疗中心共同发起的一个项目。MedRec 提供了一种管理医疗保健系统之间的权限、授权和数据共享的去中心化的方法。此区块链应用旨在保障每一位患者的代理权和对他人访问其医疗保健数据的知情权。患者能够在区块链上共享这些权限,以创建一种更加自动化的数据共享方法,用于临床和研究用途。虽然数据存储位置和审核日志都是在区块链中维护的,但所有的医疗保健信息仍然保留在 EMR 系统中,同时,如果想要实现真正的交互,配套软件也缺一不可。MedRec 项目已通过了以药物数据作为概念证明的测试,因此,生物医学的成果研究可能会因区块链提供的对研究数据的快速安全访问服务而受益。

另一个例子是由美国创业公司 Gem 使用以太坊区块链平台开发的 Gem 健康网络(Gem Health Network)。GHN 允许不同的医疗从业者共享对相同数据的访问权限。类似的还有很多,比如瑞士数字医疗公司 Healthbank,它也在致力于使患者能够使用区块链平台完全控制其数据;Medicalchain 则建造了基于区块链的平台,并为促进国际医疗机构之间共享患者的病历而努力;Healthcoin 计划构建一个全球化的 EMR 系统……除此之外,以区块链为中心开展不同计划和项目的其他参与者还包括 Factom、HealthCombix、Patientory、SimplyVital、IBM的Watson、BurstIQ、Bowhead、QBRICS 和 Nuco 等。

诚然,解决问题的方法是必要的,但落实到实施层面,这些方法面临着以下几个问题:基于区块链的不同 EMR 解决方案之间的交互性(因为缺乏统一的标准),可扩展性(大量临床数据),患者参与(并非所有患者能且愿意)管理自己数据的可实施性,数据安全性和隐私的保障以及激励措施的缺乏。

药品/药品供应链

区块链的另一个应用案例是制药行业中的健康供应链管理。制药行业普遍面临着这样一个可能会给患者带来可怕后果的问题:假药或劣质药品的流通。区块链技术已经被证明具有解决这个问题的能力。

大多数区块链项目仍处于概念阶段,供应链管理正是这样一种概念。区块链可通过创建正式的注册表来跟踪流程中每一步的产品和组件,从而简化管理、提高效率。开发基于区块链的医疗保健相关的软件,能够确保用于制造药物的组件的透明度、跟踪药物分配并保证处方的真实性。这些概念中的一部分已经引起了药商的兴趣,尤其是在美国,《药品供应链安全法》要求生产厂商必须提供批次级别的产品跟踪和生产历史记录。为了保障美国食品药品监督管理局所推出的这套法案的实施,区块链的透明和可追溯性就显得十分必要了。

南佛罗里达大学恩格哈特(Engelhardt)教授在调查中提到包括 Nuco、HealthChainRx 和 Scalamed 在内的一些公司正在研究如何使用区块链来检测处方药欺诈的问题。其总体思路是在与所有利益相关者(制造商、分销商、医生、患者和药剂师)相关的区块链网络上记录与药品处方相关的每笔交易。这样,任何一方对处方的任何更改或恶意修改都可以被监测到。梅特勒教授还提到了用Hyperledger(区块链技术架构)的区块链技术打击假冒药品的项目。

生物医学研究与教育

区块链在生物医学研究和教育领域里还有一个有趣的应用案例:在临床试验中,区块链可以帮助消除数据的伪造以及排除对临床研究不良结果的漏报。因为数据固有编码的匿名性质,区块链使患者更容易授予用于临床试验的数据许可。此外,区块链的防篡改特性能够证明通过区块链收集的用于临床研究的数据的完整性。区块链的透明性和公共性也使从基于区块链的数据中复制进行的研究变得更加容易,这些将使区块链有望彻底改变生物医学的研究。除此之外,区块链还因其去中心化、不可更改和透明的特性,而具有改变临床研究出版物同行评审过程的潜力。

远程患者监护(RPM)

通过身体区域传感器(或IoT设备)和移动设备收集生物医学数据实现的远程患者监护,让在医院等传统医疗环境以外的地方远程监护患者状况成为了可能。具体来说,这种手段能够通过区块链存储、共享和检索远程收集的生物医学数据,从而达到远程患者监护的目的。

远程患者监护系统工作原理

医疗健康行业的区块链应用调查
来源:瑞萨电子

而针对以太坊区块链平台上的智能合约如何支持实时患者监护应用程序,并在在安全环境中提供自动干预,业内人士提出了一种基于 Hyperledger 的方案,以求实现区块链的数据收集与移动医疗环境中医疗利益相关方之间的共享。同样的,采用区块链技术开发的移动辅助设备(SMEAD)也让实时监测糖尿病患者的体征指数成为了可能。目前已有成功使用移动设备(智能手机)将数据传输到 Hyperledger Fabric上的基于区块链的应用程序。

举个例子,澳大利亚联邦大学教授 Ashraf Uddin 提出了一种基于区块链的代理节点(PCA)监护患者的端到端模式。当需要安全存储来自身体区域传感器的数据流时,PCA 管理一个区块链组件以保护患者隐私。基于 PCA 的体系结构包括轻量级通信协议,该体系结构允许将数据写入到个人区块链中,以促进医疗保健专业人员之间的数据共享以及集成到 EMR 中。同时它还能确保维护患者隐私。该结构选取了一种类 POS 的共识机制,该机制能够让 PCA 选择矿工以减少计算量,使 PCA 可以为同一患者管理多个区块链。该结构同时使用前缀树对每个区块进行修改以最小化能耗,整合增加安全性。模拟结果表明,基于 PCA 的端到端架构可以在 RPM 中增强安全性和隐私性。

RPM 结构概念图

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来源:IEEE

同时,业界也提出了在基于区块链的移动设备医疗数据管理中使用实用群优化(PSO)进行根漏洞检测和特征优化的方案,并称其为 BMPLS(基于区块链的多级隐私保护位置共享)。限于资料缺乏,目前为止这种方案仍停留于概念期与实验期。

健康保险理赔

与处理贸易结算类似,区块链有用于自动验证医疗理赔的潜力,这有利于提升并保证流程的效率与安全。这种应用程序可以通过区块链内存储加密的患者的身份证明、医保信息来提供理赔保险公司理赔依据。此信息由保险公司和区块链提供者共享,利用智能合约,可以达到近乎实时的自动理赔处理效果,资格验证和预授权将成为现实。如果研究人员能够获得访问这些数据子集的许可,生物医学的研究也将因此而受益。

对此,有一个很好的例子可以证明以上的观点,比如部署在以太坊区块链平台是MIStore(基于区块链的医疗保险存储系统)。

MIStore 医疗保险存储系统工作原理

医疗健康行业的区块链应用调查
来源:MIStore

MIStore 工作流程基本如下:
步骤 1:医院将初始化交易发送到区块链网络。
步骤 2:医院将记录发送到区块链网络。
步骤 2.5:患者可以验证医院是否正确计算了其支出记录。
步骤 3:保险公司发送查询交易请求以查询某些结果。
步骤 4:服务器从区块链读取交易和相关记录。
步骤 5:本地计算后,服务器生成响应,然后将响应事务发送到区块链网络。
步骤 6:保险公司收集响应交易并获得正确的响应。
步骤 7:保险公司以回复的正确结果输出结果。

在 MIStore 中,大多数数据都是可被验证的。例如,任何人都可以验证医院发送的初始交易的有效性,服务器可以验证医院发送的核心数据的正确性,保险公司可以验证相应服务器是否正确计算了响应,并且患者可以验证相应医院是否正确处理了他的支出数据。而且,由于 MIStore 是分布式的,因此没有集中式节点可以惩罚「失败者」。具体来说,在医院和各服务方执行 MIStore 协议之前,它们应分别在智能合约中使用一定数量的质押代币。如果其中有人在区块链中发布了一些无效数据,那么任何人都可以在相应的智能合约中输入证据,以获取捣乱者的保证金的一部分。

此外,一家名为 Pokitdok 的公司提出了一项与英特尔合作建立基于区块链的系统的倡议,旨在促进医疗保健中保险理赔的解决,但目前为止开源信息有限,具体细节不得而知。

具体应用总结

总体而言,区块链应用技术仍处于逐渐成熟的发展过程中。即使开发了原型应用程序,在某些情况下,它们也仅用于满足基本功能的实验目的。相关 EMR 案例,原型程序包括在 Hyperledger Fabric 上开发的 Healthchain、 Acile 和 MedRec ,两者均在以太坊平台上开发。其他原型包括 MedBlock、 BlockHIE、 FHIRChain 和 MeDShare 。

医疗健康行业的区块链应用调查

同样,其他区块链应用方面,例如药品/药品供应链的管理、生物医学研究和教育、健康保险理赔处理和远程患者监护也有相关案例。但是,还有一些潜在的区块链技术应用案例仍停留在尚未开发原型的概念阶段。下表总结了医疗保健中的区块链案例以及为各个案例开发的原型应用程序的相应示例:

医疗健康行业的区块链应用调查

具体挑战和局限性

基于区块链的应用程序开发所面临的挑战包括:交互性、安全性和隐私性的保证,运行速度的限制与患者参与度的问题。

交互性

目前尚无用于开发基于区块链的医疗保健应用程序的标准。因此,由不同供应商或在不同平台上开发的应用程序可能面临无法交互的问题。例如,同样的两个 RPM 应用程序,其中一个是在以太坊平台上开发的,而另一个是在 Hyperledger Fabric 平台上开发的,二者之间就很难交换信息。

安全性和隐私性

尽管区块链具有加密技术,但这样的隐患仍然存在:即患者的身份仍有可能因为内容关联性足够的数据链接而暴露于公共区块链之中。此外,犯罪组织乃至政府机构对医疗保健区块链的恶意攻击也可能会导致安全漏洞,从而危及患者的隐私。据报道,类似的几种情况发生在为不同加密货币提供平台的区块链网络上。区块链中用于数据加密和解密的私钥也不够安全,一旦受到损害,就可能发生未经授权访问存储的 EMR 数据的后果。

业界还有这样一种顾虑:作为欧盟通用数据保护法规的一部分,区块链的不变性与欧盟通用数据保护条例(GDPR)的「被遗忘权」不符。该法规规定用户有权要求完全删除与其有关的数据。由于区块链的不变性,一旦保存到区块链的数据就不会被删除或更改。因此当需要彻底清除患者的病历时,这种有助于稳定保存数据的不变特性反而会成为障碍。

运行速度

将大量的生物医学数据存储在区块链上并非最优解,甚至在部分情况下不可行——因为这势必会导致性能严重下降。此外,区块链底层架构还存在处理速度问题,因为基于区块链的数据处理可能会导致一些明显延迟。例如,以太坊区块链平台当前设置的验证机制需要网络中的所有节点都参与验证过程,这会导致相当大的处理延迟,尤其是数据负载很大的情况下。

另一个挑战是如何让患者参与到区块链数据的管理之中。患者,尤其是老年人和年轻人,可能对其健康数据的管理不感兴趣或者没有参与能力。

可能的解决办法

为了应对区块链在 IT 系统中的应用所带来的一些挑战和局限性,本文尝试提出一些解决方法。

例如,作为可扩展性问题的方案,我们或可将加密的健康数据「脱链」存储,以便仅将有关数据及其访问方式的一些压缩信息存储在区块链上,这同时解决了区块链与 GDPR的「被遗忘权」的矛盾,即使区块链上的指针永存,链下存储的实际健康数据也能被永久删除。但这种方案也有它的局限性:例如内置在区块链中用于提高提取速度的冗余会因为这种处理方案而丢失,从而降低了本就低下的处理速度。

为了进一步保护数据与患者的隐私,开发人员在医疗保健应用中,使用了诸如私有或联盟链之类的区块链而非公链。在区块链中,我们可以增加一道控制程序,以便撤销欺诈性或无效的交易。借助基于区块链的智能合约,我们可以定义和编程不同的规则,以控制医疗保健应用程序的行为方式及处理患者数据。

此外,为了优化系统性能、提高处理速度,我们可以采取 POS 的共识机制,仅允许某些节点参与共识和验证过程。

未来展望

区块链技术在医疗保健中的应用仍是一个新兴课题,研究人员必须开发更多的原型和概念证明,加深对医疗保健领域中区块链技术应用的理解,提升技术的成熟度。许多提议的优缺点,也需要通过对其框架、概念、模型和体系结构的具体测试与实施来评估。

为了保证不同区块链产品之间的交互性,统一标准的制定是有必要的。当前的研究重心落点在通过区块链原型的功能的测试以进行的概念验证。但是,要在运营医疗保健环境中普及区块链技术,就需要定义交互性的统一标准。因此,研究人员必须将视角落在研究交互性问题和标准化过程上。只有如此,才能群策群力,提高研发效率。

Conclusion 结语

我们目前尚且不知道区块链能否完全展现出它所具备的潜力,但是,要想以有意义的方式向前发展,就需要商业公司、政府监管机构和对患者负责的医疗从业人员从现在开始,参与建设未来。

原创文章,作者:标准共识。转载/内容合作/寻求报道请联系 report@odaily.com ;违规转载法律必究。

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