5G與區塊鏈技術在智慧醫院建設中的應用研究*

劉迷迷 王 瑤 滿堅平 張武軍

(中山大學中山醫學院 廣州510080) (中山大學附屬第一醫院 廣州510080)

羅育澤 周 毅

(廣州中大數字家庭工程技術研究中心有限公司 廣州510006) (中山大學中山醫學院 廣州510080)

1 引言

1.1 智慧醫院發展概況

我國公共醫療衛生系統還不夠完善，存在醫療成本高、覆蓋面低和醫療資源分配不均衡等問題[1-2]，看病難、看病貴的現象依然存在[3]。智慧醫院建設是緩解這些問題的有效途徑[4]。智慧醫院的概念源于2009年IBM提出的智慧地球戰略，主要解決醫療衛生資源分布不均衡、醫療服務效率低及高質量患者看護人員短缺等問題。國外智慧醫院建設起步較早[5]。隨著“互聯網+醫療”的不斷推廣與發展，2012年我國智慧醫院建設探索起步[6]，掌上醫院APP、“超級醫生沃森”等建設與引入帶來了智能化、智慧化的醫療服務[7-8]。2015年我國公布第1批智慧醫院試點單位名單，各地逐步開展智慧醫院示范建設，全國智慧醫院建設進入快速發展時期。2017-2019年，國家先后發布《關于推進醫療聯合建設和發展的指導意見》《醫院智慧服務分級評估標準體系(試行)》和《關于進一步完善預約診療制度加強智慧醫院建設的通知》等，強調創新建設完善智慧醫院系統，提高醫院治理現代化水平，為患者提供高質量、高效率和安全的醫療服務[9-11]。至此我國推進智慧醫院建設的基本框架初現，智慧醫院建設在全國推廣開來，開始蓬勃發展。

1.2 智慧醫院建設存在的問題

我國智慧醫院建設發展至今，數量已得到較大提升，但建設過程中仍存在較多共性問題。例如不同醫療機構或同一醫療機構在不同信息化時期采用的標準和規范不一致，信息孤島問題依然存在;醫院間信息集中程度低，跨機構數據共享與交換困難；多源異構數據匯聚融合不足，數據質量不高，有效利用率低；智能化和智慧化系統應用較少，機構內智慧醫療水平不高，跨機構醫療業務協同不足；醫療數據安全和可信網絡風險嚴峻，患者信息安全與隱私保護困難等[12-13]。

1.3 解決思路

5G與區塊鏈技術在健康醫療領域的不斷應用與發展，為解決智慧醫院建設相關問題帶來新思路。結合5G與區塊鏈技術在實現數據高效、穩定傳輸的同時可保障數據的可信度與安全性，實現智慧醫院建設中信息的標準規范統一、協同交互、高效利用、安全可信，是智慧醫院建設的重要方向，將具有廣闊的應用前景[14-17]。

2 5G與區塊鏈技術在智慧醫院建設中的應用概況

2.1 5G技術應用概況

5G是基礎通信技術，具有用戶體驗速率、連接數密度、端到端時延、峰值速率和移動性等關鍵性能指標,可實現數據的高速傳輸，大大提升了數據傳輸效率，為傳遞海量數據和信息提供了可能[18]，能夠推動健康醫療領域數字化、智能化、網絡化發展，促進智慧醫療服務創新升級及相關產業加速發展[19]。國內外已經在一些醫療場景初步應用5G，包括遠程手術、遠程會診、遠程超聲、急救服務等。例如：諾基亞公司與芬蘭奧盧大學合作開展基于5G網絡環境的移動急救[20]；中國移動幫助解放軍總醫院完成首例5G遠程人體手術，并與中日友好醫院合作開展5G遠程急重會診；廣東省人民醫院與高州市人民醫院基于5G完成首例遠程心臟病手術[21]；四川省第四人民醫院基于5G開展分診導診機器人、增強現實(Augmented Reality，AR)遠程針灸、虛擬現實(Virtual Reality，VR)遠程超聲、智慧醫療服務端等智慧醫療應用[22]。這些應用一定程度上提高了醫療服務的效率和質量，但還未充分發揮5G的技術優勢。5G在智慧醫院中的應用將越來越廣泛和深入，能夠有效構筑智慧醫院所需物聯基礎設施[23-24]，尤其在遠程示教等更多遠程醫療、緊急救援、智慧導診、人工智能(Artificial Intelligence，AI)輔助診斷等智慧醫療場景，以及在VR病房探視、移動查房、智能輸液監控、遠程慢病及健康監護等智慧管理場景中應用前景明朗[25]。

2.2 區塊鏈技術應用概況

區塊鏈是一種分布式、去中心化、隱私保護的技術工具，是實現機構間數據安全、可信的交互與共享的關鍵技術，目前正逐步從商業應用進入醫療領域，其研究與應用備受關注[26]。區塊鏈利用去中心化、防篡改、可溯源等技術優勢保護患者隱私，可保障醫療機構間數據共享的安全性和可信性，促進各醫院醫療協同與優勢互補[27-28]。國內外已初步將區塊鏈技術應用于醫療衛生領域，包括利用區塊鏈技術創建跨機構的醫療數據管理系統[29-30]，實現機構間醫療業務數據互聯互通和醫聯體內互聯網遠程專家聯合診療[31-32]，以及在電子病歷等臨床數據及個人健康數據共享、醫保審核、藥品及處方防偽、醫療器械與醫療用品跟蹤、疫情防控等方面的應用[33-35]。可見利用區塊鏈保障數據安全可信的技術特點有望重塑醫療衛生事業信任格局[36]。

2.3 5G與區塊鏈技術應用的關鍵

目前國內外正逐步將5G與區塊鏈技術應用于智慧醫院建設，實現了部分電子病歷、影像和診療信息等大量健康醫療數據的跨機構快速傳輸、同步共享調閱及智慧醫療等應用，一定程度上緩解了大量數據傳輸費時費力、“信息孤島”和數據安全等問題。與此同時，5G與區塊鏈技術在健康醫療領域應用中還存在一些問題與挑戰。一方面，5G技術在醫療領域應用和發展還處于早期探索階段，存在基站組網和運行費用昂貴，相關行業標準不完善，信息安全和隱私保護困難等問題與挑戰[37];區塊鏈技術在醫療領域應用實踐經驗少、數據存儲空間需求大、大規模數據交流負荷大，大規模推廣運行存在阻力，區塊鏈網絡在患者隱私保護和數據安全方面仍存在薄弱環節[26]。另一方面，當前對于利用5G與區塊鏈技術加強智慧醫院建設和改善醫療服務主要體現在單項技術應用方面，沒有很好地融合5G和區塊鏈技術，兼顧數據傳輸共享的效率及安全性與可信性；數據跨機構共享范圍僅限于極少數機構，可共享數據量較小，不能真正實現海量醫療數據的共享利用。因此，當前5G與區塊鏈技術在智慧醫院建設中應用的關鍵在于解決單項技術在健康醫療領域應用中的問題與挑戰，以及進一步探索兩項技術在智慧醫院建設領域的融合應用。例如有學者提出建設基于“5G+區塊鏈”的遠程協同診療平臺、智慧醫療網絡安全應用體系及物聯網數據共享方案等設想[38-40]。在保持大量數據高速傳輸與共享的同時，解決當前建設中存在的數據傳輸共享的安全與可信問題，發掘出更多智慧醫療、智慧健康的應用場景，引導智慧醫院沿著功能實用、信息共享、服務智能的方向建設，為智慧醫療發展帶來新的機遇。

3 5G與區塊鏈技術在智慧醫院建設中的應用前景

3.1 電子病歷數據共享及效率、安全、可信保障

醫院電子病歷數據最大的特點是體量巨大，并且具有很強的隱私性和安全性，極大地限制了跨機構電子病歷交互共享，制約著我國智慧醫療體系發展。這主要體現在醫聯體和分級診療的智慧醫療體系中，各醫院間電子病歷數據的驗證、存儲、傳輸、訪問、共享、分析與挖掘利用等過程中都存在數據交互標準、效率、安全性和可信性等問題。對此可在頂層架構和系統設計上建立基于5G的通信網絡，以實現不同醫療機構、信息系統、醫療設備和智能終端之間電子病歷數據的高速傳輸，提高電子病歷數據互聯互通和共享利用的效率。同時利用區塊鏈的數據結構、分布式節點共識算法、密碼學和智能合約等技術來驗證、存儲、生成、更新、編程和操作數據，同時保證數據傳輸和訪問的安全。將這種分布式組織架構與計算范式融入智慧醫療體系建設，保障多源、多模態患者電子病歷數據的不可篡改性和可追溯性。利用區塊技術將電子病歷進行分級分層保護，保障各醫院需要共享的數據保存在本地，確定電子病歷主索引等數據上鏈的邊界，所有數據參與方維護1份數據賬本；利用數據沙箱和安全多方計算技術解決各醫院間數據交互的穩定、準確、完整、安全和可信問題，保障各醫院的權利，防止患者隱私泄露；通過身份認證與用戶授權等方式控制數據訪問以保障患者個人隱私和電子病歷數據協同交互的安全性，防止數據濫用。此外，區塊鏈技術在跨醫療機構和數據量大的情況下存在大規模的數據交流，時間成本較大，因此也需要結合5G技術來提高電子病歷數據交互共享和利用的效率。

3.2 醫療處方流轉的關鍵應用

針對智慧醫院的處方流轉需求，將5G和區塊鏈關鍵技術應用于醫院現有處方流轉業務流程，優化和提升現有處方流轉平臺的安全性、可信性、可追溯性和效率。在當前智慧醫院電子處方流轉的業務流程中，處方真實性來自于開立醫院的背書，社會藥房無法驗證處方的真實性；此外處方內容與劑量是醫生對患者病情準確評估后開具的，每張處方僅應核銷1次。利用5G和區塊鏈技術優化處方流轉平臺，實現醫生開立紙質或電子處方后，處方信息快捷接入流轉平臺，并由醫院進行數字簽名，形成醫院對處方真實性、有效性的背書；社會藥房通過資質審核后，利用可信終端接入流轉平臺；患者前往藥房購藥或將電子處方流轉至藥房時，藥房通過流轉平臺核驗處方真實性、有效性，并通過數字合約核銷后予以配藥。處方開立、流轉、核銷的全流程記入區塊鏈賬本，實現處方流轉的流程可追溯性和易于監管；利用零知識證明、同態加密及安全多計算等密碼學與區塊鏈關鍵技術，防止處方內容被篡改和重復使用，保障藥品追溯和用藥安全。在此過程中，將5G技術應用于處方流轉的全流程，即使終端設備類型多樣，患者開具處方的醫院距離藥房甚遠，以及患者在多家開具處方的醫院和多家藥房取藥等情況下，需要處理和傳輸的數據量大、過程復雜，也能實現處方的快速流轉。如此，提高醫院內醫護人員及藥房藥師間處方流轉效率，保障患者用藥安全、可信和取藥方便快捷。

3.3 醫學影像智能輔助診斷創新應用

5G和區塊鏈技術為醫學智能影像輔助診斷帶來了創新應用，將改造現有醫學影像智能輔助診斷業務流程。尤其在醫聯體和分級診療模式下，針對遠程醫療和移動人工智能疾病輔助診斷應用需求，利用上級醫院臨床與科研數據中心、互聯網醫院、遠程醫療平臺、分級診療體系及移動CT等已構建的醫學影像智能輔助診斷系統，結合5G提高醫學影像數據傳輸速率及系統容量、減少延遲。區塊鏈技術保障遠程數據傳輸、共享和業務協同的完整性、安全性和可信性。同時集成機器學習、模式識別、圖像與圖形學、深度學習、強化學習等人工智能相關算法與工具集，對患者的醫學影像數據進行深度挖掘和學習，提升現有系統診斷的準確性。以5G與區塊鏈技術支撐遠程疾病診療的數據協同交互和有效利用，實現遠程醫學影像、移動CT檢查同智能輔助診斷流程的無縫對接。具體來說，在醫學影像輔助診斷方面，將沒有部署輔助診斷系統的醫院或基層醫療機構的醫學影像實時傳輸到上級醫院，利用智能輔助診斷系統進行診斷并實時反饋診斷結果，輔助醫生開展疾病診斷、篩查、分級和風險預測等。在移動CT方面，通過5G網絡切片技術和區塊鏈技術實現移動CT設備、檢查工作站與醫院內網絡的端對端連接，保證影像傳輸通道的快速、穩定和安全以及數據的完整性和可信性，海量移動CT影像實時傳回醫院內醫學影像存儲與傳輸系統(Picture Archiving and Communication System，PACS)和智能輔助診斷系統進行診斷，實時反饋診斷結果，供遠程會診、急救會診等場景使用；同時將影像文件與檢查報告納入醫院診療資料體系，用于后續診療行為，形成完整電子病歷檔案。此外，在以上兩個場景中可使用實時圖像、語音、視頻等技術高效地開展遠程會診、雙向轉診和急救會診等，保障醫生與醫生、醫生與患者之間在診療方法與思路上的良性互動，從而更好地進行決策，以提高診療效率和準確度。

4 結語

5G與區塊鏈技術在智慧醫院建設中的融合應用將不斷深入發展，實現電子病歷等醫療數據快速、穩定上鏈和傳輸共享，同時保障數據不被泄露、不可篡改和可追溯。利用5G高速率的技術優勢實現患者生命體征信息、醫學影像等大容量電子病歷數據跨醫院高速傳輸和共享；以5G低延時、穩定傳輸的技術優勢實現遠程會診、遠程手術、遠程急救診療等快速、優質和安全的智慧醫療服務，提升醫院服務能力與醫療資源利用率，推動優質醫療資源下沉。同時將區塊鏈作為去中心化、隱私保護的技術工具，實現患者診療數據和醫院管理數據的保護與共享，解決智慧醫院建設時數據共享的安全問題。5G與區塊鏈技術在智慧醫院建設中的應用不斷推廣，將連接越來越多醫療機構及相關政府管理部門和企業，通過高清視頻通訊系統、數字智能終端及區塊鏈核心技術部署，實現機構間信息系統與業務對接、信息流轉的可信認證與訪問控制，緩解當前智慧醫療體系建設中效率低、不可信和信息泄露等關鍵問題。此外進一步推廣和擴大到分級診療、遠程醫療、應急救援、雙向轉診、移動醫護和人工智能輔助診斷等智慧醫療場景，可實現決策支持、智能輔助診斷、無線監護、遠程影像、移動醫療、遠程手術直播、公共衛生應急指揮與調度、患者信息采集與健康管理、檢查預約、處方服務、電子病歷服務、藥品供應鏈、咨詢科普、商保理賠等多種具體智慧醫院建設場景的功能應用。促進各醫療機構、相關政府管理部門和企業提供多層次、全方位、實時交互、安全可信的智慧醫療、智慧管理和智慧服務，推動基于5G與區塊鏈技術的全感知、全聯接、全融合、全智能的智慧醫療體系建設，最終實現統一高效、資源整合、互聯互通、信息共享、安全可信的智慧醫療體系建設。