區塊鏈技術在國外醫療衛生領域中的應用

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近年來，區塊鏈技術的快速發展引發了計算機科學、金融、房地產、醫療衛生和交通、能源等領域的研究熱潮。這一研究熱點帶動了區塊鏈底層技術——分布式記賬技術的興起。分布式記賬技術的興起源于近期比特幣和比特幣交易平臺的快速發展。2016年12月，我國發布《“十三五”國家信息化規劃》，明確提出應加強區塊鏈等新技術的創新、試驗和應用；2018年8月，國家衛健委醫政醫管局發布《關于進一步推薦以電子病歷為核心的醫療機構信息化建設工作的通知》，要求發揮區塊鏈等新技術在醫療管理工作中的優勢，促進智慧醫院的發展。因此，區塊鏈技術的應用得到了國家政策層面的支持。

1 區塊鏈技術及其優勢

區塊鏈是一個去中心化的分布式的計算體系結構。它將不斷增加的有序交易列表分成不同的區塊，每一次只能將一個區塊添加到區塊鏈中，并使用時間戳機制對每個區塊進行驗證以確保其排列順序的正確性。此外，由于所有的交易都是通過特定的假名進行處理的，所以區塊鏈中包含的信息是完全匿名的[1-2]。當少數節點受到攻擊時，其他節點也能相互印證，避免受到影響(圖1)。

在醫療衛生領域，由于數據交換的雙方必須相互確定對方的身份，保證交易記錄的正確性、不可篡改性，因此需要有一個強有力的中心化機構提供服務。由于中心式存儲容易遭受數據損毀、更改和攻擊，這種架構也導致了當今醫療保健領域普遍存在的“信息孤島”問題[3-4]。此外，由于電子病歷等健康數據的信息量龐大及其易于查閱、檢索和修改的特點，容易導致患者隱私泄露[5-6]等問題。制售偽劣藥是全球普遍存在的現象，不容忽視[7]。區塊鏈的分布式存儲、匿名交換數據及可回溯不可篡改的特性很好地應對了上述問題。

將區塊鏈技術應用于醫療衛生數據的管理，有如下優勢。一是數據分享：患者擁有對自身醫療數據的訪問和復制權限，并且可以無障礙地將其傳遞給其他醫療機構和臨床科研機構[8-9]；二是杜絕篡改：患者的醫療數據存儲于區塊鏈當中，除非擁有整個區塊鏈中超過51%的節點，否則醫生、患者、保險公司和政府都無法修改任何醫療數據[10]； 三是實時理賠：在醫療保險的理賠流程中減少了中間環節，減少理賠的流程[11]；四是減少風險：因為醫療數據存儲在分散的網絡中，所以黑客無法通過攻擊一個集中式的數據存儲平臺來獲得海量的醫療數據[12-13]；五是保護隱私：區塊鏈在存儲了大量的健康、飲食、遺傳、生活方式、環境等數據后，通過匿名的方式對以上數據進行保護，而且由于數據被加密后存儲在區塊鏈中，因此只能通過患者的個人密匙才能查看，即使網絡被黑客們攻破，他們也無法讀取患者的數據[8]；六是追溯來源：研究人員可以對患者的臨床數據其進行長期跟蹤式研究，確保實驗數據的穩定性和長期性[14]，并且能對藥品、電子處方的來源進行追溯。

圖1 區塊鏈網絡

2 區塊鏈技術在醫療衛生領域的應用

本文認為，基于目前的研究和應用情況，區塊鏈技術在醫療衛生領域有以下3個方面的作用。

2.1 推動數據共享

2.1.1 促進電子病歷共享

以往，電子病歷的數據分散在各個醫院，患者無法獲得自己的診療記錄，醫生也無法詳細了解患者的病史。采用區塊鏈技術存儲電子病歷之后，患者可以主動地掌握自己的就診信息，如醫生的診斷和各項檢查指標。目前，將區塊鏈技術應用于電子病歷的管理是國際上一大研究熱點。許多研究和項目如Healthcare Data Gateways[15],MedVault[16],Fatcom[17],BitHealth[18],Gem Health Network[14],一些知名公司如德勤[19]、IBM[20]和埃森哲[21]也在使用區塊鏈技術存儲醫療保健數據和電子病歷。Factom的技術首先將私人醫療數據進行加密編碼，然后生成一個數據指紋以供時間標記和驗證過程，這種方式可以確保實際醫療數據不會泄露給第三方。PokitDok公司在英特爾的開源區塊鏈平臺Sawtooth 和Intel芯片的支持下，建立了一個叫“Dokchain”的醫療區塊鏈解決方案[22]；飛利浦與Tierion公司合作了首個“區塊鏈+醫療”項目，Tierion主要收集數據并記錄到區塊鏈中[23]；區塊鏈技術公司Gem則推出了Gem Health項目，飛利浦與其共同開發企業級的區塊鏈醫療應用[24]；Gem Health Network利用區塊鏈技術建立一個數據記錄和身份管理的公開標準。一個全球化的醫療健康區塊鏈能夠將每個患者的包含本地醫院和醫生的記錄信息關聯匹配一個ID。基于區塊鏈技術的通用醫療健康ID能夠減少患者診療過程中的醫療錯誤并保護患者的隱私，有利于電子病歷信息的共享。

2.1.2 促進臨床數據共享

盡管美國的法規條例強制要求開放臨床試驗方案以及在試驗中獲取的數據，但是臨床數據的正確性和完整性仍然存在問題。根據近期啟動的一項臨床試驗監控項目 COMPare顯示，在67例研究試驗中，僅9例(13%)正確地報告了試驗結果，每年加入ClinicalTrails.gov的研究超過20 000項，類似問題很可能只是冰山一角[25]。而運用區塊鏈技術，可以低成本地驗證臨床試驗數據的完整性，并且在公開發布之前，數據的完整性可以在不向商業競爭對手披露秘密協議的情況下得到驗證。麻省理工學院的研究人員Ariel Ekblaw、Asaf Azaria和Thiago Vieira以及Andrew Lippman等人提出使用區塊鏈技術促進臨床數據的二次開發[26-27]，并開發了一個名叫“MedRec”的區塊鏈醫療項目，致力于區塊鏈醫療記錄管理。

2.1.3 促進個人健康數據共享

以往的個人健康數據保存在平臺運營商手中。公眾無法了解到自己的健康數據的詳細去向，也難以向醫生提供這些數據。麻省理工學院媒體實驗室和Beth Israel Deaconess醫療中心設計了一個數據平臺，平臺中的數據采用分布式的方式進行權限管理[27]。在這一平臺中使用區塊鏈技術是為了讓患者了解他們的健康數據可以被哪些機構和個人獲取到。雖然患者的健康數據并未真正保存在區塊鏈中，但獲取這些數據的權限可以在區塊鏈中共享，從而促進醫療數據共享權限的研究。真正的個人健康數據保存在傳統的健康檔案管理系統(HER)中，而健康數據以外的其他資料如權限、數據存儲位置和審核日志則保存在區塊鏈中，并需要特定的軟件進行真正的互操作[27]。因此，平臺利用區塊鏈技術分布式和匿名的特點可以確保個人健康數據的安全性和隱私性。瑞士的Healthbank公司則針對個人用戶提供了一個存儲個人健康數據的平臺，在這一平臺中，用戶可以在安全的環境下存儲和管理自己的健康信息，數據的主動權完全掌握在用戶手中。Healthbank公司還計劃開發一個可穿戴的健康監測設備，并將設備收集到的個人健康數據如心率、血壓、睡眠等數據也存儲在Healthbank中[28]。今后，這些數據也將提供給研究人員用于醫學研究，而且得益于區塊鏈可追溯的特點，這一模式還可以更有針對性。普通用戶將自己的健康數據提供給平臺，可以得到一定的經濟補償，而那些非常具有價值的研究信息，可以通過區塊鏈識別出來，從而對數據提供者進行更多的獎勵，以激勵他們持續地提供這些健康數據。

2.1.4 優化醫院流程處理與手術安排

以往的手術日程信息在醫生辦公室和醫院的行政部門之間來回傳遞，信息的完整性和準確性得不到保證。為了使醫院、醫生和病人之間的溝通更為流暢，芝加哥Healthnautica[29]公司利用可定制的軟件系統為醫生和患者辦理手續。其產品eORders利用區塊鏈原理，極大優化了手術治療和程序調度過程，增強了患者安全，加強了收益周期管理并通過提高效率降低了成本。所有的手術訂單在eORders中的顯示都更加突出，便于醫患雙方的識別、理解和追溯，并且無法篡改。通過對患者身份的識別和確認，患者可以自動獲得手術預付費審核和醫療保險的預授權，增強了醫患之間的信賴度。同時，對患者病史和用藥史的知悉，可以減少術前檢查的流程，降低用藥風險。

2.2 提供可回溯的路徑

2.2.1 醫保審核

區塊鏈技術在醫療衛生領域的另一個應用是醫療保險的審核以及支付環節。由于保險公司的數據系統和醫院的數據系統之間沒有對接，目前小額醫療保險理賠通常由投保人自行墊付醫藥費，再向保險公司理賠獲得賠償金。而利用區塊鏈技術，保險公司在醫療保險審核環節可以結合電子病歷的數據對患者進行快速理賠和預授權支付。Pokitdok公司與英特爾合作建立了一個基于區塊鏈技術的解決方案，提供身份管理以驗證交易中所有人的身份是否可信[22]。

2.2.2 藥品及處方防偽

假藥問題是一個迫切而尖銳的世界性難題。根據世界衛生組織統計，全球有10%的藥品是假冒藥品，其中發展中國家的假藥比例高達30%[30]。這些假藥不僅是減肥產品或者是增肌產品這樣的保健品，更包含了治療心腦血管疾病和癌癥的藥品以及抗生素、止痛藥、避孕藥等處方類藥品。假藥可能含有有效成分，但在大多數情況下這些成分并不穩定，劑量不是超標就是太低，純度也達不到要求。當假藥中的有效成分不起作用時，就會將患者置于非常危險的境地。Hyperledger是一個旨在推動區塊鏈跨行業應用的開源項目[31]，該項目對假藥進行了研究，對每一個生產的藥品都標記了時間戳。Pokitdok和iSolve等公司也在開發一個針對藥品流通可追溯的區塊鏈解決方案[32]。首先，采用這種方法可以確定藥品是何時何地由何人生產；其次，使用區塊鏈可以檢測藥品的構成成分及其來源，并且可以把整個藥品的流通環節在區塊鏈中向所有人展示。這樣就可以輕易識別假藥并追溯到生產源頭。Block Verify作為醫療領域區塊鏈技術應用的先鋒，已經提供了這樣的方案(圖2)，它可鑒別的商品包括偽造、調換、被偷商品以及虛假交易等。在醫藥行業，這意味著Block Verify可以通過追蹤藥企供應鏈來鑒別消費者手中的藥品是否是正品[33]。

圖2 Block Verify的工作原理

除了藥品本身的質量問題，虛假的電子處方也是一個迫切需要解決的問題。2018年4月，國務院辦公廳發布關于促進“互聯網+醫療健康”發展的意見，提出要完善“互聯網+”藥品供應保障服務[34]。未來，用戶將可以通過電子處方在互聯網平臺上合法購買處方藥。在以往的處方藥銷售過程中，由醫生為患者開具處方，患者再將處方傳遞給一個或多個藥劑師，而藥劑師并不知道處方是否是原始的、是否在有效期內的、和是否未被重復使用的。美國區塊鏈公司Nuco提出了基于區塊鏈的電子處方欺詐問題的解決方案：當醫生開出處方時，附上二維碼作為唯一標識符，該標識符與包括藥物名稱、數量、患者的匿名身份和時間戳的區塊相關聯。當藥劑師填寫處方時，掃描標識符，記錄處方并與區塊鏈中的原始處方進行比較，驗證處方的原始性、有效性和唯一性。HealthChainRx和Scalamed也即將發布解決方案，以打擊處方欺詐[32]，它強調讓患者掌握他們的數據，包括授權誰可以使用這些數據以及如何使用。

2.2.3 醫療器械和醫療用品跟蹤

隨著數字化醫療設備的普及和互聯網的使用，一些醫療器械的潛在漏洞也暴露在黑客的視野中。利用區塊鏈從家用設備、可穿戴設備或家庭保健提供者處獲取患者提供的治療效果的相關信息，是拓寬不良事件安全性監測范圍的一種途徑。2015年，美國食品藥品管理局(Food and Drug Administration，FDA)發布風險公告，Hospira醫用智能泵及Symbiq輸液系統可以被未經授權的用戶通過醫院網絡入侵，進而控制和改變患者的用藥劑量[35]。2017年8月，美國FDA再次發布公告，有近50萬植入了心臟起搏器的患者需要更新固件規避被黑客入侵的風險[36]。在蘇格蘭政府的支持下，Napier大學和蘇格蘭國民醫療服務(National Health Service，NHS)展開合作，利用區塊鏈技術改善醫療器械供應鏈并對設備的生命周期進行跟蹤研究[37]，監測患者的護理途徑，提高召回設備時的響應速度。

2.3 保障個人隱私及健康數據安全

2.3.1 個人電子健康數據采集環節

醫療物聯網(Internet of Health Things，IoHT)是物聯網的一個子集，專注個人健康領域，主要包括監測睡眠、心率、血壓等指標的可穿戴式設備。與醫療器械及醫療用品的缺陷類似，loHT容易遭到黑客的入侵及泄露患者隱私。由于健康監測設備主要是以患者為中心，loHT受到安全威脅更為嚴重。Bowhead Health最早將loHT與區塊鏈進行結合，基于一個健康飲食及睡眠的個性化指導應用，通過匿名的形式收集和處理患者的健康數據和飲食習慣信息，并給用戶獎勵一種匿名的健康代幣(Anonymous Health Tokens，AHT)以激勵用戶養成健康的生活習慣[38]。

2.3.2 個人電子健康數據存儲環節

在中心化的數據庫中，大量醫療信息集中存儲，這給黑客攻擊帶來了便利。在國外，醫療公司Anthem曾經泄露過8 000萬患者和雇員的記錄，而另一家美國公司UCLA Health也曾泄露過450萬患者的數據[39]。去中心化的區塊鏈數據庫能實現多網絡節點的聯動和數據的安全保護。由于患者的個人信息往往在就醫網點記錄，無法實現整個醫療體系中的共享，因此無形中給患者就醫、醫生診斷都設置了巨大的障礙。BitHealth[18]致力于在全球范圍內存儲和安全地傳送醫療健康數據，運用區塊鏈技術存儲醫療健康數據并能夠將其從世界各地任一節點恢復。運用區塊鏈技術，數據可以在國際上以類似于BitTorrent的點對點文件分享技術形式進行傳播，萬一出現網絡故障，可以從本地節點恢復數據。

2.3.3 個人電子健康數據處理環節

Doc.ai[40]的自然語言處理平臺將減輕醫生的負擔，為患者帶來更多的便利。2017年8月，數字健康初創企業doc.ai公司推出基于區塊鏈的自然語言處理(Natural Language Processing，NLP)平臺，通過人工智能分析處理大量醫療數據，以便為用戶提供個性化的咨詢建議。未來，doc.ai公司還將推出3種以人工智能為基礎的自然語言處理模塊，包括“基因組學”(基因研究)、“表型組學”(物理特性研究)和“暴露組學”(環境影響研究)?；蚪M學能夠為癌癥和罕見疾病的診斷提供更深入的支持；表型組學通過人臉預測用戶的年齡、身高、體重、性別和身體質量指數(Body Mass Index，BMI)，指導用戶進行健康決策；暴露組學通過對周圍環境數據如空氣質量、水污染情況的研究，分析致病及健康惡化的因素。

3 結語

區塊鏈技術為許多醫療衛生領域的潛在應用提供了技術支持。該技術具有分布式的、不可篡改的、可追蹤的、匿名性的特點，在醫療衛生的許多領域將有不錯的發展潛力。在設計和開發階段，許多應用都提出了可能提高醫療數據透明度和可獲得性的方案，但在方案大規模部署之前，還需要進一步研究區塊鏈的安全性和性價比。如區塊鏈的交易速度因受具體協議的制約，可能會妨礙區塊鏈應用的可擴展性。再如根據區塊鏈的工作協議和證明機制的特點，區塊鏈理論最大交易頻率約為每秒3.3筆，而Visa信用卡每秒最多可以處理4 000筆交易[41]。當某一區塊鏈的項目足夠大的時候，隨著交易量的增加，交易的時間也會逐漸增加，這將影響交易效率。此外，當區塊鏈中惡意節點超過51%時，整個區塊鏈網絡將被惡意攻擊者接管，這是一個不可回避的安全漏洞[42]。此時區塊鏈中的個人健康數據將遭到破壞或篡改，極有可能威脅到人們的生命安全。盡管如此，一個去除了集中式交易平臺或中介機構的分布式系統，仍然可以在醫療衛生領域的許多方面發揮自己的作用。因此區塊鏈在未來擁有巨大的發展潛力，有可能對目前的醫療衛生行業產生顛覆性影響。