區(qū)塊鏈技術(shù)在國外醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用

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近年來，區(qū)塊鏈技術(shù)的快速發(fā)展引發(fā)了計算機科學(xué)、金融、房地產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生和交通、能源等領(lǐng)域的研究熱潮。這一研究熱點帶動了區(qū)塊鏈底層技術(shù)——分布式記賬技術(shù)的興起。分布式記賬技術(shù)的興起源于近期比特幣和比特幣交易平臺的快速發(fā)展。2016年12月，我國發(fā)布《“十三五”國家信息化規(guī)劃》，明確提出應(yīng)加強區(qū)塊鏈等新技術(shù)的創(chuàng)新、試驗和應(yīng)用；2018年8月，國家衛(wèi)健委醫(yī)政醫(yī)管局發(fā)布《關(guān)于進一步推薦以電子病歷為核心的醫(yī)療機構(gòu)信息化建設(shè)工作的通知》，要求發(fā)揮區(qū)塊鏈等新技術(shù)在醫(yī)療管理工作中的優(yōu)勢，促進智慧醫(yī)院的發(fā)展。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用得到了國家政策層面的支持。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)及其優(yōu)勢

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€去中心化的分布式的計算體系結(jié)構(gòu)。它將不斷增加的有序交易列表分成不同的區(qū)塊，每一次只能將一個區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈中，并使用時間戳機制對每個區(qū)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(qū)塊鏈中包含的信息是完全匿名的[1-2]。當(dāng)少數(shù)節(jié)點受到攻擊時，其他節(jié)點也能相互印證，避免受到影響(圖1)。

在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，由于數(shù)據(jù)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(gòu)提供服務(wù)。由于中心式存儲容易遭受數(shù)據(jù)損毀、更改和攻擊，這種架構(gòu)也導(dǎo)致了當(dāng)今醫(yī)療保健領(lǐng)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(shù)據(jù)的信息量龐大及其易于查閱、檢索和修改的特點，容易導(dǎo)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(xiàn)象，不容忽視[7]。區(qū)塊鏈的分布式存儲、匿名交換數(shù)據(jù)及可回溯不可篡改的特性很好地應(yīng)對了上述問題。

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生數(shù)據(jù)的管理，有如下優(yōu)勢。一是數(shù)據(jù)分享：患者擁有對自身醫(yī)療數(shù)據(jù)的訪問和復(fù)制權(quán)限，并且可以無障礙地將其傳遞給其他醫(yī)療機構(gòu)和臨床科研機構(gòu)[8-9]；二是杜絕篡改：患者的醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲于區(qū)塊鏈當(dāng)中，除非擁有整個區(qū)塊鏈中超過51%的節(jié)點，否則醫(yī)生、患者、保險公司和政府都無法修改任何醫(yī)療數(shù)據(jù)[10]； 三是實時理賠：在醫(yī)療保險的理賠流程中減少了中間環(huán)節(jié)，減少理賠的流程[11]；四是減少風(fēng)險：因為醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲在分散的網(wǎng)絡(luò)中，所以黑客無法通過攻擊一個集中式的數(shù)據(jù)存儲平臺來獲得海量的醫(yī)療數(shù)據(jù)[12-13]；五是保護隱私：區(qū)塊鏈在存儲了大量的健康、飲食、遺傳、生活方式、環(huán)境等數(shù)據(jù)后，通過匿名的方式對以上數(shù)據(jù)進行保護，而且由于數(shù)據(jù)被加密后存儲在區(qū)塊鏈中，因此只能通過患者的個人密匙才能查看，即使網(wǎng)絡(luò)被黑客們攻破，他們也無法讀取患者的數(shù)據(jù)[8]；六是追溯來源：研究人員可以對患者的臨床數(shù)據(jù)其進行長期跟蹤式研究，確保實驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)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(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)

2 區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

本文認(rèn)為，基于目前的研究和應(yīng)用情況，區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域有以下3個方面的作用。

2.1 推動數(shù)據(jù)共享

2.1.1 促進電子病歷共享

以往，電子病歷的數(shù)據(jù)分散在各個醫(yī)院，患者無法獲得自己的診療記錄，醫(yī)生也無法詳細了解患者的病史。采用區(qū)塊鏈技術(shù)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(yī)生的診斷和各項檢查指標(biāo)。目前，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)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(qū)塊鏈技術(shù)存儲醫(yī)療保健數(shù)據(jù)和電子病歷。Factom的技術(shù)首先將私人醫(yī)療數(shù)據(jù)進行加密編碼，然后生成一個數(shù)據(jù)指紋以供時間標(biāo)記和驗證過程，這種方式可以確保實際醫(yī)療數(shù)據(jù)不會泄露給第三方。PokitDok公司在英特爾的開源區(qū)塊鏈平臺Sawtooth 和Intel芯片的支持下，建立了一個叫“Dokchain”的醫(yī)療區(qū)塊鏈解決方案[22]；飛利浦與Tierion公司合作了首個“區(qū)塊鏈+醫(yī)療”項目，Tierion主要收集數(shù)據(jù)并記錄到區(qū)塊鏈中[23]；區(qū)塊鏈技術(shù)公司Gem則推出了Gem Health項目，飛利浦與其共同開發(fā)企業(yè)級的區(qū)塊鏈醫(yī)療應(yīng)用[24]；Gem Health Network利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立一個數(shù)據(jù)記錄和身份管理的公開標(biāo)準(zhǔn)。一個全球化的醫(yī)療健康區(qū)塊鏈能夠?qū)⒚總€患者的包含本地醫(yī)院和醫(yī)生的記錄信息關(guān)聯(lián)匹配一個ID。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的通用醫(yī)療健康ID能夠減少患者診療過程中的醫(yī)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(shù)據(jù)共享

盡管美國的法規(guī)條例強制要求開放臨床試驗方案以及在試驗中獲取的數(shù)據(jù)，但是臨床數(shù)據(jù)的正確性和完整性仍然存在問題。根據(jù)近期啟動的一項臨床試驗監(jiān)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(jié)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(qū)塊鏈技術(shù)，可以低成本地驗證臨床試驗數(shù)據(jù)的完整性，并且在公開發(fā)布之前，數(shù)據(jù)的完整性可以在不向商業(yè)競爭對手披露秘密協(xié)議的情況下得到驗證。麻省理工學(xué)院的研究人員Ariel Ekblaw、Asaf Azaria和Thiago Vieira以及Andrew Lippman等人提出使用區(qū)塊鏈技術(shù)促進臨床數(shù)據(jù)的二次開發(fā)[26-27]，并開發(fā)了一個名叫“MedRec”的區(qū)塊鏈醫(yī)療項目，致力于區(qū)塊鏈醫(yī)療記錄管理。

2.1.3 促進個人健康數(shù)據(jù)共享

以往的個人健康數(shù)據(jù)保存在平臺運營商手中。公眾無法了解到自己的健康數(shù)據(jù)的詳細去向，也難以向醫(yī)生提供這些數(shù)據(jù)。麻省理工學(xué)院媒體實驗室和Beth Israel Deaconess醫(yī)療中心設(shè)計了一個數(shù)據(jù)平臺，平臺中的數(shù)據(jù)采用分布式的方式進行權(quán)限管理[27]。在這一平臺中使用區(qū)塊鏈技術(shù)是為了讓患者了解他們的健康數(shù)據(jù)可以被哪些機構(gòu)和個人獲取到。雖然患者的健康數(shù)據(jù)并未真正保存在區(qū)塊鏈中，但獲取這些數(shù)據(jù)的權(quán)限可以在區(qū)塊鏈中共享，從而促進醫(yī)療數(shù)據(jù)共享權(quán)限的研究。真正的個人健康數(shù)據(jù)保存在傳統(tǒng)的健康檔案管理系統(tǒng)(HER)中，而健康數(shù)據(jù)以外的其他資料如權(quán)限、數(shù)據(jù)存儲位置和審核日志則保存在區(qū)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(qū)塊鏈技術(shù)分布式和匿名的特點可以確保個人健康數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的平臺，在這一平臺中，用戶可以在安全的環(huán)境下存儲和管理自己的健康信息，數(shù)據(jù)的主動權(quán)完全掌握在用戶手中。Healthbank公司還計劃開發(fā)一個可穿戴的健康監(jiān)測設(shè)備，并將設(shè)備收集到的個人健康數(shù)據(jù)如心率、血壓、睡眠等數(shù)據(jù)也存儲在Healthbank中[28]。今后，這些數(shù)據(jù)也將提供給研究人員用于醫(yī)學(xué)研究，而且得益于區(qū)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(shù)據(jù)提供給平臺，可以得到一定的經(jīng)濟補償，而那些非常具有價值的研究信息，可以通過區(qū)塊鏈識別出來，從而對數(shù)據(jù)提供者進行更多的獎勵，以激勵他們持續(xù)地提供這些健康數(shù)據(jù)。

2.1.4 優(yōu)化醫(yī)院流程處理與手術(shù)安排

以往的手術(shù)日程信息在醫(yī)生辦公室和醫(yī)院的行政部門之間來回傳遞，信息的完整性和準(zhǔn)確性得不到保證。為了使醫(yī)院、醫(yī)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(tǒng)為醫(yī)生和患者辦理手續(xù)。其產(chǎn)品eORders利用區(qū)塊鏈原理，極大優(yōu)化了手術(shù)治療和程序調(diào)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(shù)訂單在eORders中的顯示都更加突出，便于醫(yī)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(rèn)，患者可以自動獲得手術(shù)預(yù)付費審核和醫(yī)療保險的預(yù)授權(quán)，增強了醫(yī)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(shù)前檢查的流程，降低用藥風(fēng)險。

2.2 提供可回溯的路徑

2.2.1 醫(yī)保審核

區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的另一個應(yīng)用是醫(yī)療保險的審核以及支付環(huán)節(jié)。由于保險公司的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和醫(yī)院的數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間沒有對接，目前小額醫(yī)療保險理賠通常由投保人自行墊付醫(yī)藥費，再向保險公司理賠獲得賠償金。而利用區(qū)塊鏈技術(shù)，保險公司在醫(yī)療保險審核環(huán)節(jié)可以結(jié)合電子病歷的數(shù)據(jù)對患者進行快速理賠和預(yù)授權(quán)支付。Pokitdok公司與英特爾合作建立了一個基于區(qū)塊鏈技術(shù)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(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，全球有10%的藥品是假冒藥品，其中發(fā)展中國家的假藥比例高達30%[30]。這些假藥不僅是減肥產(chǎn)品或者是增肌產(chǎn)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(shù)情況下這些成分并不穩(wěn)定，劑量不是超標(biāo)就是太低，純度也達不到要求。當(dāng)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(qū)塊鏈跨行業(yè)應(yīng)用的開源項目[31]，該項目對假藥進行了研究，對每一個生產(chǎn)的藥品都標(biāo)記了時間戳。Pokitdok和iSolve等公司也在開發(fā)一個針對藥品流通可追溯的區(qū)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(chǎn)；其次，使用區(qū)塊鏈可以檢測藥品的構(gòu)成成分及其來源，并且可以把整個藥品的流通環(huán)節(jié)在區(qū)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(chǎn)源頭。Block Verify作為醫(yī)療領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的先鋒，已經(jīng)提供了這樣的方案(圖2)，它可鑒別的商品包括偽造、調(diào)換、被偷商品以及虛假交易等。在醫(yī)藥行業(yè)，這意味著Block Verify可以通過追蹤藥企供應(yīng)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(zhì)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(wù)院辦公廳發(fā)布關(guān)于促進“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康”發(fā)展的意見，提出要完善“互聯(lián)網(wǎng)+”藥品供應(yīng)保障服務(wù)[34]。未來，用戶將可以通過電子處方在互聯(lián)網(wǎng)平臺上合法購買處方藥。在以往的處方藥銷售過程中，由醫(yī)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(nèi)的、和是否未被重復(fù)使用的。美國區(qū)塊鏈公司Nuco提出了基于區(qū)塊鏈的電子處方欺詐問題的解決方案：當(dāng)醫(yī)生開出處方時，附上二維碼作為唯一標(biāo)識符，該標(biāo)識符與包括藥物名稱、數(shù)量、患者的匿名身份和時間戳的區(qū)塊相關(guān)聯(lián)。當(dāng)藥劑師填寫處方時，掃描標(biāo)識符，記錄處方并與區(qū)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(fā)布解決方案，以打擊處方欺詐[32]，它強調(diào)讓患者掌握他們的數(shù)據(jù)，包括授權(quán)誰可以使用這些數(shù)據(jù)以及如何使用。

2.2.3 醫(yī)療器械和醫(yī)療用品跟蹤

隨著數(shù)字化醫(yī)療設(shè)備的普及和互聯(lián)網(wǎng)的使用，一些醫(yī)療器械的潛在漏洞也暴露在黑客的視野中。利用區(qū)塊鏈從家用設(shè)備、可穿戴設(shè)備或家庭保健提供者處獲取患者提供的治療效果的相關(guān)信息，是拓寬不良事件安全性監(jiān)測范圍的一種途徑。2015年，美國食品藥品管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)發(fā)布風(fēng)險公告，Hospira醫(yī)用智能泵及Symbiq輸液系統(tǒng)可以被未經(jīng)授權(quán)的用戶通過醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)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(fā)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(guī)避被黑客入侵的風(fēng)險[36]。在蘇格蘭政府的支持下，Napier大學(xué)和蘇格蘭國民醫(yī)療服務(wù)(National Health Service，NHS)展開合作，利用區(qū)塊鏈技術(shù)改善醫(yī)療器械供應(yīng)鏈并對設(shè)備的生命周期進行跟蹤研究[37]，監(jiān)測患者的護理途徑，提高召回設(shè)備時的響應(yīng)速度。

2.3 保障個人隱私及健康數(shù)據(jù)安全

2.3.1 個人電子健康數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)

醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Health Things，IoHT)是物聯(lián)網(wǎng)的一個子集，專注個人健康領(lǐng)域，主要包括監(jiān)測睡眠、心率、血壓等指標(biāo)的可穿戴式設(shè)備。與醫(yī)療器械及醫(yī)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(jiān)測設(shè)備主要是以患者為中心，loHT受到安全威脅更為嚴(yán)重。Bowhead Health最早將loHT與區(qū)塊鏈進行結(jié)合，基于一個健康飲食及睡眠的個性化指導(dǎo)應(yīng)用，通過匿名的形式收集和處理患者的健康數(shù)據(jù)和飲食習(xí)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(yǎng)成健康的生活習(xí)慣[38]。

2.3.2 個人電子健康數(shù)據(jù)存儲環(huán)節(jié)

在中心化的數(shù)據(jù)庫中，大量醫(yī)療信息集中存儲，這給黑客攻擊帶來了便利。在國外，醫(yī)療公司Anthem曾經(jīng)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(shù)據(jù)[39]。去中心化的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫能實現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的聯(lián)動和數(shù)據(jù)的安全保護。由于患者的個人信息往往在就醫(yī)網(wǎng)點記錄，無法實現(xiàn)整個醫(yī)療體系中的共享，因此無形中給患者就醫(yī)、醫(yī)生診斷都設(shè)置了巨大的障礙。BitHealth[18]致力于在全球范圍內(nèi)存儲和安全地傳送醫(yī)療健康數(shù)據(jù)，運用區(qū)塊鏈技術(shù)存儲醫(yī)療健康數(shù)據(jù)并能夠?qū)⑵鋸氖澜绺鞯厝我还?jié)點恢復(fù)。運用區(qū)塊鏈技術(shù)，數(shù)據(jù)可以在國際上以類似于BitTorrent的點對點文件分享技術(shù)形式進行傳播，萬一出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，可以從本地節(jié)點恢復(fù)數(shù)據(jù)。

2.3.3 個人電子健康數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)

Doc.ai[40]的自然語言處理平臺將減輕醫(yī)生的負(fù)擔(dān)，為患者帶來更多的便利。2017年8月，數(shù)字健康初創(chuàng)企業(yè)doc.ai公司推出基于區(qū)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(yī)療數(shù)據(jù)，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(chǔ)的自然語言處理模塊，包括“基因組學(xué)”(基因研究)、“表型組學(xué)”(物理特性研究)和“暴露組學(xué)”(環(huán)境影響研究)。基因組學(xué)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(xué)通過人臉預(yù)測用戶的年齡、身高、體重、性別和身體質(zhì)量指數(shù)(Body Mass Index，BMI)，指導(dǎo)用戶進行健康決策；暴露組學(xué)通過對周圍環(huán)境數(shù)據(jù)如空氣質(zhì)量、水污染情況的研究，分析致病及健康惡化的因素。

3 結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)為許多醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的潛在應(yīng)用提供了技術(shù)支持。該技術(shù)具有分布式的、不可篡改的、可追蹤的、匿名性的特點，在醫(yī)療衛(wèi)生的許多領(lǐng)域?qū)⒂胁诲e的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谠O(shè)計和開發(fā)階段，許多應(yīng)用都提出了可能提高醫(yī)療數(shù)據(jù)透明度和可獲得性的方案，但在方案大規(guī)模部署之前，還需要進一步研究區(qū)塊鏈的安全性和性價比。如區(qū)塊鏈的交易速度因受具體協(xié)議的制約，可能會妨礙區(qū)塊鏈應(yīng)用的可擴展性。再如根據(jù)區(qū)塊鏈的工作協(xié)議和證明機制的特點，區(qū)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(dāng)某一區(qū)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(dāng)區(qū)塊鏈中惡意節(jié)點超過51%時，整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)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(qū)塊鏈中的個人健康數(shù)據(jù)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(gòu)的分布式系統(tǒng)，仍然可以在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的許多方面發(fā)揮自己的作用。因此區(qū)塊鏈在未來擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ锌赡軐δ壳暗尼t(yī)療衛(wèi)生行業(yè)產(chǎn)生顛覆性影響。