基于區塊鏈的醫療信息系統及智能合約設計

林家茂

摘要：近年來，醫院智能化的醫療信息系統建設已經成為每家醫院的重要任務，那么從何著手改善，就成了醫院信息科要面臨的首要問題。該文筆者基于區塊鏈技術對醫療信息系統中的數據進行存儲的同時并增加智能合約對患者詳細信息進行管理，進一步地改善現有醫療信息管理系統，同時針對當前醫療信息系統管理中面臨的多種問題開展了相關實驗。實驗結果表明，此方法有效且具有較強的實際可行性。

關鍵詞：區塊鏈 ?智能合約 ?醫療系統 ?基于區塊鏈的醫療系統

中圖分類號：G202文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2022）01（a）-0000-00

Design of Medical Information System and Intelligent Contract Based on Blockchain

LIN Jiamao

（Renhuai people's Hospital， Renhuai， Guizhou ?Province， 564500 China）

Abstract：In recent years， the construction of hospital intelligent medical information system has become an important task for each hospital. How to improve it has become the primary problem faced by the hospital information department. In this paper， the author stores the data in the medical information system based on the blockchain technology， and increases the intelligent contract to manage the patient's detailed information， so as to further improve the existing medical information management system. At the same time， the author has carried out relevant experiments for a variety of problems faced in the current medical information system management. The experimental results show that this method is effective and has strong practical feasibility.

Key Words： Blockchain; Smart contract; Medical system; Blockchain based medical system

醫療康復診斷、評定與治療的一個至關重要的環節就是醫療信息的暢通和共享。需要被記錄到醫療管理系統中的信息主要為設備使用記錄、患者信息記錄、檢驗治療項目還有具體醫療過程的花費金額等。然而，在實際情況中，很多就診患者并不能夠真正地有效使用到醫療信息系統的功能，因為他們對其沒有足夠的認知，不清楚信息在其中到底如何被記錄、存儲，以及如何調出，從而無法有效地利用信息。之所以出現這些現象的原因之一在于傳統醫療信息系統對于信息隱私安全的保護，以及受限于原有存儲記錄醫療信息的方式。所以如何在現有醫療信息系統的基礎上革除其弊端，發展出一個新型的高質量醫療系統成為了現在亟需解決的問題。從以往醫療信息系統的發展歷程看來，它面向的醫療領域受眾很廣，因此，未來的發展前景還是很廣闊的，特別是在克服傳統醫療信息系統難以保證靈活且安全的高度信息共享性的劣勢后，相信醫療行業在新型醫療信息系統的協助下能夠有著更進一步的發展。面對這個難關，該文選擇了使用區塊鏈技術，因其具有的去中心化、可追溯性、安全性和分布式數據存儲等特性以及醫療系統的特性，針對醫療信息系統中的數據安全存取問題，設計一個具體的基于區塊鏈的醫療信息系統體系結構。此系統基于區塊鏈的去中心化以及信息加密共享機制可以很好地解決目前醫療系統中心化存儲存在的問題，保障信息隱私安全，而且不論是對醫生還是對患者來說，他們都能夠更加便利地獲取信息、使用信息。

1區塊鏈技術概述

區塊鏈的概念的第一次被引入是在基于點對點網絡的比特幣電子現金系統中[1]。經由區塊鏈的運行方式之所以能夠破解多方信任危機，是因為基于區塊鏈進行的交易將會被記錄，不可篡改、不可刪除。所以，區塊鏈最初的應用是作為一種達成多方信任共識的多人共享交易記錄平臺，基于它進行比特幣交易的節點能夠中轉到另一個節點上，有效地解決了現金被多次重復用于花費的問題。隨著該領域的迅猛發展，相關研究者對其的認識更加深刻，探索出了區塊鏈能夠應用于多個領域的廣闊前景，目前在經濟領域以及公共建設等領域已經有著對區塊鏈進行嘗試性探索應用。

該文基于區塊鏈的運作機制的結構式特征，提出幾種較具備可行性的運用思路：區塊鏈能夠通過有效不變性以及共識機制共同驅動的信任方式來減少中間人環節、利用自動化智能合約設計促進跨鏈的無接觸式交互的同時為用戶提供靈活互通性。從這些運用思路延伸來看，區塊鏈前沿技術的探索性運用無論是對于個人、企業還是世界都具有劃時代性的技術革命潛力。

2 基于區塊鏈醫療系統的體系架構

2.1區塊鏈實際應用的基本框架

區塊鏈最開始的應用是作為底層技術，對比特幣系統進行高效管控與二次開發。

該研究基于區塊鏈基本架構設計搭建了一個更加便于修改的具有共識機制的安全信息共享平臺，即智能合約。智能合約在分散式記錄存取、對稱式加密算法、P2P網絡和多方信任機制等多個核心技術的支持下實現了在存取相關數據信息的同時能夠達成醫療信息系統內部人員無接觸式交互的便利功能。

以圖1所示的是智能合約的功能層級架構。

2.1.1物理節點層

這一層最顯著的特點就是以去中心化的方式管理分布式數據存儲，其節點之間兩兩互相連接，而且任意節點都可以等效地實現服務器的作用[2]，將整個信息系統中的數據交易進行安全共享。

2.1.2平臺層

分為數據層、網絡層以及共識層。數據層是專門搭建的用于存儲信息系統中大量數據的空間，在此區塊內存儲了一般交易記錄或者基本醫療信息等數據。網絡層則是用于搭建新節點以及保障系統內網絡連接的安全性，在此基礎上構建靈活互通的消息傳播方式以及具備高度安全性的數據驗證方式。共識層則是通過算法實現在各節點間維持數據信息的一致性，為可建立信任的共識機制打下基礎。搭建在上一層的是虛擬機以及無接觸式遠程控制的通信訪問協議，為實現節點間的靈活互通提供了基礎。

2.1.3合約層

合約層是基于區塊鏈進行醫療系統設計時的一個核心的部分[3]，系統的所有功能和業務邏輯都是經過編寫智能合約以及前端的調用實現。

2.1.4應用層

應用層是通過系統分布式數據存儲特性開發的去中心化應用，搭建在以太坊、EOS上的各類區塊鏈技術應用即部署在應用層。

2.2基于區塊鏈技術的醫療信息系統體系搭建

針對醫療信息系統目前的研究現狀、面向對象端口以及服務器間的連結等方面[4]，該研究在結合相關資料后基于區塊鏈技術創新地提出了一個搭建新型醫療信息系統體系的構想，具體體系結構參考見圖2 。

該文提出的此體系結構克服了現有B/S結構的局限性，在結構中新構建了一個新的區塊鏈節點模塊，利用其加密算法和共識算法來更加精確靈活地記錄、存儲以及更新數據。

用戶在使用此基于區塊鏈技術的醫療信息系統時，可以自主操作向系統中存入信息，以及查詢自己的相關信息或者符合需求的醫生的信息，當用戶訪問區塊鏈中存儲的信息時，系統給出響應，用戶就能夠得到自己想要的信息[5]。使用區塊鏈技術的一大顯著好處是它的分布式數據存儲使得不需要特定的醫療系統也能夠訪問到用戶需要的信息，這將賦予醫療數據極高的共享度。

在這個系統工作時，用戶可以直接根據自身需求將醫療信息存儲到區塊鏈上或訪問存儲在區塊鏈上的數據，有效提高醫療系統的服務能力及效率。區塊鏈系統中的去中心化讓使用的信息可以不再限制于某個特定的醫療系統存儲和管理的數據，這將賦予醫療數據極高的共享度。

將基于區塊鏈的醫療信息系統看作一個相對孤立的系統，其核心功能為用戶信息管理和用戶病歷信息管理。醫療信息系統的具體功能見圖3。

醫療信息管理系統的用戶群體大致可以劃分為三類：醫生、患者和研究人員。醫生和患者通過在信息系統中注冊賬戶，完善相關資料，可以實現無接觸式實時交互[6]。而研究人員則是一般擁有更高的權限，在征求過相關人員同意后可獲取特殊病例的醫療數據進行研究。

基于功能分類設計的區塊鏈醫療信息系統雖然不對實體模型有依賴性，但是醫療系統本身是需要一定的數據來支撐的，因此，仍然需要一個實踐的過程將醫療信息真正地與醫療信息系統的概念模型結合起來。

3.1智能合約概述及程序設計機制

依據傳統醫療系統所具有的還有區塊鏈技術特點，將之結合，構想出一個兼具他們二者優勢特性的智能合約，以此搭建一個新型的基于區塊鏈存儲技術的醫療信息系統。

該智能合約有著不同于傳統合約的共識機制建立起的堅固信任，其內容模塊主要涵蓋了區塊鏈醫療信息系統、病歷、醫生、患者和研究人員合約這5種[7]。

圖4為醫療信息系統中智能合約的相互之間的關系結構圖。

3.1.1區塊鏈醫療信息系統合約

區塊鏈醫療信息系統合約是一個能夠調用并管理不同用戶的基本信息數據及權限的規則類協議。

3.1.2醫生合約和患者合約

這兩類合約是負責記錄醫患個人信息，同時提供給醫患溝通的渠道?；颊呖梢越柚@個合約記錄存儲個人醫療信息的同時，與醫生進行無接觸式交互，隔空對醫生發起問診申請，而醫生也能夠通過系統訪問患者的相關歷史病歷數據，同時對其做出回復。

3.1.3病歷合約

病歷合約是存儲患者病歷信息的媒介，由患者自主進行存儲行為，存儲自己需要用到的病歷信息。一般來說，為了保護患者隱私，只有本人能夠查看。但是在特殊情況下，通過本人授權后，負責治療的醫生可查閱病人的病歷。

3.1.4研究人員合約

該合約用于存入對應用戶的基本信息，同時給予研究人員用戶調用信息的權限，使用該系統的研究人員有權限查閱病人并主動設置公開的信息。

智能合約中的方法就是在為使用群體提供記錄和訪問存儲信息的平臺，同時也賦予了部分用戶調用信息的權限[8]，每個合約類別都對應著一個功能的分類。所以一個有效的智能合約設計方法應該是動態地分析系統的外部行為，并且將其劃分為小的單元，對應用戶設計功能。

（1）用例分析法。我們在構建一個合約時，通過分析實際案例來尋找思路。比如說先在數據上傳過程中我們先對數據上傳的不同形式進行分析。

（2）修改數據的方法。在區塊鏈技術中，一個顯著的特性就是數據不可篡改，而這也是保障醫療信息系統隱私安全的基礎。要對區塊鏈中的信息進行修改，就相當于用一個新的版本的數據去覆蓋原先版本的值。如果要直接修改其中的數據信息，一定要經過交易這一步驟，而且大概率可能耗資巨大。那么，如果我們想要改變數據，就只能通過間接的方式達成結果，而不能夠直接進行刪除操作。比如說想要刪去這一部分的信息，可以選擇用關閉對外開放的權限的方式達成相同的結果。

（3）注銷合約。區塊鏈中的數據無法刪改，要想刪除數據，只能注銷合約，銷毀所有相關數據，或者將想刪去的值修改成0，表示系統中此數據為空。

（4）查詢數據方法。用戶可以自主在系統中搜索開放的數據以了解相關信息。

3.2智能合約的設計方法

智能合約是該系統的核心主導部分。可以說，該文研究的醫療信息系統就是部署在區塊鏈上，由智能合約協議進行全局管理。它可以讓醫生、患者以及相關醫療領域的其他用戶自行基于自身需求考慮如何訪問系統，管理醫療數據[9]。

對智能合約的整個設計過程進行總結，就能夠得到智能合約的一般設計方法。

（1）概念模型構想。智能合約的概念模型可以在參考原有醫療信息系統的基礎上結合問題域中的實體概念模型共同進行設計。

（2）邏輯模型構想?；具壿嫅摽紤]涵蓋各個合約以及它們互相之間的關聯，還有合約中需要用到的數據結構以及映射方法等。

（3）合約的程序設計。使用更符合醫療信息系統生態的特定的程序語言來編寫合約。

（4）合約的編譯和部署。將寫好的合約代碼編譯成機械語言并安裝到區塊鏈層中。

該文設計的智能合約主要將功能劃分為面向用戶以及其醫療數據兩個部分。兩個部分分別以自己的功能主體對象為中心，即分別為用戶和病歷信息。

4結語

該文針對傳統醫療信息系統數據難以安全有效地共享的問題，設想一種基于區塊鏈的新型醫療信息系統體系結構。在傳統系統的基礎上增加區塊鏈模塊，結合二者優勢，有效保障了醫療數據信息的安全性和共享度。同時構想出了此類醫療信息系統的基本概念結構模型，并利用智能合約技術實現了一個簡單原型系統。

該文提出的建設性的意見及對策，在一定程度上為基于區塊鏈的醫療信息系統建設提供了一些比較現實的技術思路和借鑒。后期相關研究必須要關注的問題還有建立合適的區塊鏈類型、實現通用的醫療數據析取模塊、提高區塊鏈系統的數據檢索效率和存儲效率，以及基于區塊鏈醫療系統的前端設計技術，這些都需要在技術的不斷前進中進行調整優化，體現動態性，提高的針對性與實效性。

參考文獻

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