基于區塊鏈技術的電子處方研究與設計

陳明陽，蔡映雪，陳伽

（1.廣東工業大學自動化學院，廣州510006；2.惠州學院，惠州516007）

0 引言

健康是人類永恒的追求，也是社會進步的重要標志[1]，隨著國民經濟水平的不斷提高，民眾對醫療健康的要求也越來越高，傳統簡單的醫療服務已經不能滿足民眾的需求[2]。計算機、移動終端技術和網絡通信技術等的迅速發展，推動著“互聯網+”時代的來臨并對醫療健康服務產生深刻影響，社會上出現了“互聯網+醫療健康”新的消費生活方式，即以互聯網為載體和技術手段的健康教育、醫療信息查詢、電子健康檔案、疾病風險評估、在線疾病咨詢、電子處方、遠程會診、及遠程治療和康復等多種形式的健康醫療服務，“互聯網+醫療健康”的出現為解決醫療資源供需失衡、醫療服務效率低下、病人問診流程繁瑣等提供全新思路[3]，而電子處方在這過程扮演著十分重要的角色。

2008 年，由一位化名中本聰的人在《比特幣：一種點對點的電子現金系統》文章中提出了去中心、工作量證明和非對稱加密等技術的數字貨幣比特幣[4]。隨著數字加密貨幣比特幣（bitcoin）深入人心，其背后的技術——區塊鏈技術引起大家的關注。區塊鏈技術所具有分布式去中心、透明化、不可篡改、易于審計等優勢，天然適用于數據安全共享和隱私保護。

黨和國家對人民醫療健康事業高度重視，習總書記多次強調，沒有全民的健康就沒有全面小康，國家正在積極進行醫療體制的深化改革，制定和出臺了《國務院辦公室關于促進“互聯網+醫療健康”發展意見》[4]、《關于印發互聯網診療管理辦法（試行）等3 個文件的通知》[5]和《“健康中國2030”規劃綱要》[6]系列文件，旨在為規范互聯網醫療診療行為，促進“互聯網+醫療健康”發展，使其合法化。因此，在醫療服務不斷升級以應對新的挑戰和區塊鏈技術發展的背景下，提出研究出一種基于區塊鏈技術電子處方使其能在互聯網中的醫生、藥企和病人安全、可靠、完整共享的研究具有十分重要的現實意義，將有望解決諸如“以藥養醫”、“看病難、看病貴”等社會瘧疾，促進醫療服務升級，同時，電子處方在安全共享過程還表現出增加病人在診療過程的主動權和知情權，減少醫患矛盾和藥物的監督和回饋等方面具有突出的作用，為醫療信息化發展提供動力。

1 電子處方需求

處方作為聯系醫生、病人、藥房的醫療文書，貫穿問診、配藥、核藥、發藥、計費等流程[7]，如圖1 所示。

隨著計算機技術和網絡通信技術的發展，處方從手寫紙質處方到數字化的電子處方的發展。電子處方到目前還沒有官方定義，是指依托網絡傳輸，采用信息技術編程，在診療活動中填寫藥物治療信息，開具處方，并通過網絡傳輸至藥房，經藥學專業技術人員審核、調配、核對、計費，并作為藥房發藥和醫療用藥的醫療電子文書，是數字化的處方。在實際的使用電子處方在醫生、藥企和病人共享過程，存在以下幾個需求。

圖1 開具處方過程

1.1 電子處方流通

小部分醫療機構在診療全程采用無紙化形式在醫生、藥劑師、藥房流轉，到了最后環節才打印出來簽上簽名賦予法律效力，最后交給病人，而大部分醫療機構則是在醫院信息系統（Hospital Information System，HIS）電子處方模塊生成，然后打印出來，在每次流轉中簽名使得該電子處方具有法律效力，因此目前的電子處方的法律地位需要依附紙質處方和電子處方受限某家醫療機構所有，很難在醫院之外在互聯網上和病人、藥企等進行流通，這會限制對互聯網醫療健康發展。

1.2 電子處方儲存

電子處方不同于供電、供水等公共事業服務的電子文書，是關乎人民生命健康的，特別在醫患產生糾紛時強而有力的證明材料，因此如何保證電子處方在醫院、病人和藥企共享過程中保證其存儲的真實性和有效性至關重要，傳統的電子處方都是將電子處方儲存在醫院內部局域網，從而保證電子處方不會被篡改和破壞以達到滿足電子處方存儲需求，但是這樣子勢必導致看病人電子處方存儲的碎片化以及受限于中心化系統，單點故障容易造成電子處方的丟失，不利于互聯網醫療健康的發展。

1.3 電子處方隱私保護

電子處方不僅記錄著醫生給病人的醫療用藥記錄信息，還記載著病人諸如身高、體重等敏感的隱私信息。在醫生、藥企和病人共享過程中，如何保證病人的隱私信息不被泄露是電子處方設計又一大需求，在傳統的電子處方中，病人無法主動掌握自己的電子處方，因此隱私保護得不到妥善解決，常常會給病人造成不必要的麻煩。

2 區塊鏈技術

在完成了電子處方的需求分析的基礎上，介紹區塊鏈技術重要幾個概念和原理，最后設計一種整合區塊鏈技術優勢，滿足需求的電子處方。

2.1 區塊鏈的區塊與鏈

區塊是區塊鏈的基本組成部分，它記錄了被創建期間區塊鏈中所有的交易記錄，并且會在區塊頭中記錄上一個區塊的地址，通過這種方式形成一種單向的鏈式結構，即為區塊鏈。區塊的結構如表1 所示。

表1 區塊結構表

每個區塊都包括區塊頭、區塊大小、魔法數字、交易數量和交易5 個字段，其中交易字段記錄了具體的交易信息列表，魔法數字是一個固定值，區塊頭字段是對該區塊內所有交易內容的抽象，也是構建區塊鏈的關鍵。區塊頭的結構如表2 所示。

表2 區塊頭字段

區塊頭部中的hashPrevBlock 字段是構成區塊鏈的關鍵，它始終指向上一個的區塊，使得所有的區塊能夠連接起來，形成單向的鏈式結構，最終指向創世區塊。除了創世區塊之外，其他區塊的hashPrevBlock 字段都不能為空，否則該區塊就不能通過其他節點的驗證。區塊鏈的鏈式結構如圖2 所示。

圖2 區塊鏈的鏈式結構

2.2 區塊鏈的共識機制

區塊鏈擁有眾多分散的節點，節點往往分布在世界各地，且相互之間的通信存在著不同的延遲，因此需要采用一種算法來保證這些分散的節點之間區塊和鏈數據的一致性，這種算法被稱為共識機制[8]。不同的區塊鏈項目中，根據其不同的需求選擇了不同的共識機制，這些共識機制在安全性、效率、資源損耗等方面各不相同[9]。當前主流的幾種共識機制，包括工作量證明、權益證明和委托權益證明機制。

2.3 區塊鏈的智能合約

智能合約是“執行合約條款的計算機化交易協議”，最早是跨領域法律學者尼克·薩博（Nick Szabo）1995 年提出[10]，但是受限于當時的技術，沒有可信化的執行環境，而區塊鏈技術出現天然成為智能合約執行環境并且賦予智能合約新的生命力，成為區塊鏈技術的核心構成元素。區塊鏈因為智能合約的加入使得區塊鏈從原有金融交易拓展到社會方方面面，甚至撼動現有的生產生活狀態。基于區塊鏈技術的智能合約是根據場景需要的，編寫程序化規則和邏輯，部署在區塊鏈上的共享程序代碼，具有區塊鏈數據的一般特征，解決目前無需信任環境下安全可靠的交互。

3 基于區塊鏈技術的電子處方

通過前面的需求分析和區塊鏈技術的學習，本文設計和實現了基于區塊鏈技術的電子處方，其系統結構圖如圖3 所示。

該電子處方由醫院、藥企充當聯盟鏈節點，負責區塊生成和鏈式結構數據維護，而由政府機關扮演授權認證中心的角色，負責審核藥企和醫院的準入和合法性驗證。其電子處方流通過程如圖4 所示。

圖3 基于區塊鏈技術電子處方結構圖

圖4 藥企、醫生和病人流通過程

系統主要功能具體實現如下：

圖5 病人簽名處方界面

4 結語

醫療健康發展在我國的新時代面臨前所未有的機遇和挑戰，解決好人民的醫療健康有利于更快更好實現中國偉大復興的中國夢且造福子孫后代。本文分析了電子處方在病人、醫生和藥企共享過程面臨的需求和區塊鏈的技術的基礎上，使用軟件工程設計的方法設計一種符合要求的電子處方，充分發揮區塊鏈技術的優勢，相信不久的將來區塊鏈技術與其他實體有機的整合，加快傳統產業的升級換代，為經濟社會發展注入新的動力。