區塊鏈技術在醫療健康領域的應用與展望

□趙曉明

一、什么是區塊鏈

隨著比特幣在全世界的流行，區塊鏈技術也逐漸受到人們的關注。區塊鏈本質上是一種分布式數據存儲技術，利用塊鏈式的結構對數據進行驗證和存儲，在分布式節點之間利用共識算法生成和更新數據，采用加密方法進行數據傳輸。

二、區塊鏈技術原理

區塊鏈是一個分布式數據庫，它維護一個持續增長的不可篡改的數據記錄列表。它與傳統數據庫的區別在于：傳統數據庫是中心化的，數據的讀寫權限僅由一個或少數幾個的中心節點掌握。一旦中心節點癱瘓或者被攻擊，全網都將受到影響。

圖1 中心化網絡結構

區塊鏈網絡是去中心化的，所有節點平等地參與分布式數據庫的存儲。一個節點發起讀寫操作，確認有效后，全部網絡節點進行同步，確保所有節點上存儲的內容完全一致。網絡中的操作記錄由全體節點共同監督，無法隨意篡改。即使某些節點出現癱瘓或被攻擊，它所做的操作不會得到其他節點的認可，不會更改存儲內容，增加了網絡安全性能。

圖2 去中心化網絡結構

圖3 區塊鏈的特點

網絡中各次操作記錄被封裝在一個區塊中，如圖3所示，為比特幣的區塊結構[1]。

圖4 比特幣的區塊結構

區塊中包含了操作信息、區塊屬性以及唯一指向前一個區塊的指針。全部區塊通過指針接連成鏈狀[2]。區塊鏈分為三類。

圖5 區塊鏈結構示意圖

(一)公有區塊鏈(Public Block Chains)。公有區塊鏈是指對全世界開放，任何人都有權參與、讀取并發布交易的區塊鏈。

(二)私有區塊鏈(Private Block Chains)。私有區塊鏈是指僅對單獨的個人或實體開放，其讀寫權限僅掌握在一個組織手中的區塊鏈。

(三)聯盟(行業)區塊鏈(Consortium Block Chains)。聯盟鏈是指共識過程受到預選節點控制的區塊鏈。例如，一個由15個金融機構組成的共同體，每個機構都運行著一個節點，而且為了使每個區塊生效需要獲得10(2/3)個機構的確認?？梢暈椤安糠秩ブ行幕?。

表1 區塊鏈分類及對比

區塊鏈常用的保密技術有盲簽名、環簽名、混淆和零知識證明等。

三、區塊鏈技術的應用現狀

區塊鏈技術的發展經歷了三個階段：數字貨幣，數字資產與智能合約以及各行業分布式應用。目前，將區塊鏈技術應用較好的有以下行業。一是金融應用：國際支付、貿易金融和保險等；二是企業應用：汽車、地產、媒體、能源和供應鏈管理等；三是政府應用：記錄管理，投票選舉和稅收等；四是跨行業應用：財務管理、會計、股東表決、大數據存儲和物聯網等。

四、區塊鏈技術在醫療健康領域的應用與展望

(一)藥品溯源及防偽。藥品生產后，將藥品信息、生產信息、運輸流轉信息及防偽信息封裝區塊并上鏈，同時將查詢標記記錄在藥品包裝上。購買者通過藥品中的標記隨時進行查詢，了解藥品從生產到購買期間全部的流轉信息，保證藥品使用安全。同時利用區塊鏈進行藥品信息的記錄和存儲，取保信息真實、安全，不被篡改，最終保障藥品的合法性和安全性。

(二)電子病歷。在醫療健康行業中，患者的診斷、治療、康復以及日常居家照料都離不開健康數據的支撐。特別是在院內診斷、治療的過程中，醫生需要基于患者全面的健康數據進行診斷并提供治療方案?；颊呙恳淮尉歪t，檢測數據、治療方案、診療過程、醫囑處方及治療結果評估等信息都將提供重要的信息。如果將患者從出生開始的全部醫療信息通過區塊鏈的方式進行記錄、追蹤，醫療機構在必要時可以查看患者全部的病史及診療過程，大大豐富了治療方案的制定依據。使用區塊鏈技術保證患者的醫療信息只在合理范圍內進行共享，避免隱私數據泄漏，同時防篡改技術成功保障了患者的醫療數據安全。

(三)個人健康數據庫。在居家生活中越來越多的人開始使用可穿戴智能設備，檢測運動、睡眠、服藥、飲食和身體健康指標。將用戶的這些數據集中存儲并通過區塊鏈的方式進行安全的流轉，就有了個人的全部居家健康數據。與診療電子病歷相結合就構成了個人全部健康記錄。這被稱為個人健康數據庫，在這個數據為王的時代，這些大數據內容將擁有巨大的價值。如果進一步與人工智能技術結合起來，便可實現疾病預防、智能診斷、輔助診療、規范生活方式等各種有意義的功能。

(四)DNA錢包。將大批患有特定疾病患者的特征數據、診療信息匯總整理(去除個人身份信息)之后就得到了一個大數據樣本。進一步將個人的基因信息結合起來并通過區塊鏈技術進行安全存儲，這將形成一個個DNA錢包。合法地使用這些數據，醫療健康服務部門能夠安全地分享和統計病人數據，制定更準確的治療方案，藥品生產部門可以更加高效地研發藥物。

(五)蛋白質折疊。蛋白質的折疊過程非常迅速，斯坦福大學曾經依賴價格昂貴的超級計算機來模擬蛋白質的折疊過程。這種方式花費巨大并且存在單點故障的風險。利用區塊鏈技術，可以部署一個巨大的分布式網絡來進行高速運算。這個方案將會極大地吸引那些使用昂貴超級計算機的企業。

(六)分級轉診和遠程會診。在“互聯網+醫療”發展得如火如荼的今天，各項政策規范都在鼓勵實體醫療機構開展互聯網醫院等合規的線上服務。在互聯網醫院運營模式下，可以實現患者遠程預約掛號、遠程在線問診、在線診斷處方以及遠程會診等功能。而實現這些線上診療服務的基礎條件就是醫療結構可以及時獲取患者有效的醫療數據，例如，患者基本信息、病史、歷史診療記錄，治療方案及效果和最新的檢測數據等。而記錄并傳輸這些規模龐大并且涉及患者個人隱私的數據恰恰是區塊鏈技術的優勢所在。

利用區塊鏈技術，將醫療數據進行封裝、上鏈，既可以實現醫療數據的實時互通，其他醫療機構作為網絡節點可及時獲取患者的數據。上鏈數據安全，無法被篡改，保障了醫療數據的安全。

圖6 區塊鏈應用示意圖

圖7 區塊鏈結構示意圖

為了保障數據傳輸的效率，以縣級區域為單位部署區塊鏈范圍。縣域之間以及與上級區域之間采用父鏈和子鏈的鏈路架構進行互聯。根據實際的醫療機構分布部署網絡節點。產生數據互通需求時，例如患者需要預約掛號、支付、在線問診、轉診或者會診時，將相關數據封裝為區塊，經過加密和安全認證后上鏈。由于醫療數據量龐大，可以將數據主索引封裝上鏈。再通過索引查找數據的詳細內容。進一步提高了傳輸速率和安全性。

五、安全隱私保障

醫療健康信息是個人的隱私信息，在醫療健康行業中使用區塊鏈技術可以滿足數據的安全隱私的保障。例如，數據加密、數字簽名、環簽名和混淆者模式等。

在醫療健康業務中，建議上鏈內容僅包含索引信息而不是具體的患者數據，避免隱私數據泄漏。同時各診療系統信息中間層實現訪問認證，降低非法獲取患者隱私數據的機率。