基于區塊鏈的健康醫療大數據平臺構建

俞成功 丁靜

（浙江醫藥高等專科學校 浙江省寧波市 315000）

2016年國務院辦公廳發布《關于促進和規范健康醫療大數據應用發展的指導意見》，意見指出：健康醫療大數據是國家重要的基礎性戰略資源。健康醫療大數據應用發展將帶來健康醫療模式的深刻變化，有利于激發深化醫藥衛生體制改革的動力和活力，提升健康醫療服務效率和質量，擴大資源供給，不斷滿足人民群眾多層次、多樣化的健康需求，有利于培育新的業態和經濟增長點。[1]因此，健康醫療領域大數據平臺的建設需求日益迫切。

本文首先對我國健康醫療大數據平臺運行中的問題進行了分析；在此基礎上，提出健康醫療大數據平臺的建設目標、功能和架構；接著，簡要介紹區塊鏈技術以及我國區塊鏈基礎設施現狀，分析區塊鏈技術特點與健康醫療大數據平臺的耦合性，闡述區塊鏈技術在健康醫療大數據平臺的作用；最后，指出健康醫療大數據平臺在實際運營中可能面臨的挑戰。

1 我國健康醫療大數據平臺運行困境

當前我國健康醫療大數據平臺的建設和應用主要包括兩個層面：以阿里大健康戰略平臺、百度“云”醫生平臺、騰訊智慧醫療平臺為代表的商業健康醫療大數據平臺和各級政府部門主導建設的健康醫療大數據平臺。這些健康醫療大數據平臺，在實際運行中都存在不少問題：

（1）現有的健康醫療大數據平臺形成新的信息孤島，各平臺之間缺乏數據共享機制；

（2）數據標準有待統一，數據質量有待提高；

（3）數據源覆蓋面低，從事大健康產品研發、生產和經營企業、個人智能穿戴設備、醫療體檢中心、養老機構等企事業單位均未納入數據采集范圍；

（4）缺乏數據隱私保護、數據交易、數據所有權和使用權等法律規范；

（5）缺乏健康醫療領域的大數據挖掘和分析的研究，無法滿足綜合監管、藥品研發與供應、醫療服務與醫療保障、計劃生育、公共衛生等領域的社會治理和政府決策對健康醫療大數據的需求。

2 健康醫療大數據平臺概述

圖1：健康醫療大數據平臺架構

本文健康醫療大數據平臺建設目標是全方位構建健康醫療數據中心，數據采集涵蓋全員人口信息、電子病歷、臨床和診療數據、用藥數據、健康(檔案)數據、生物數據、監管(監測)和檢驗檢測數據、數據平臺運營數據、輿情數據等健康醫療相關數據；圍繞健康醫療數據中心，建立數據采集、加工、分析、發布、交易與應用的平臺，為綜合監管、藥品研發與供應、醫療服務與、醫療保障、計劃生育、公共衛生等提供數據、模型和決策支持。平臺主要功能是實現健康醫療領域的數據采集、加工、分析、發布、交易和應用，具體包括對已有基礎數據(源)，采用信息技術手段進行集成，例如各大醫院的臨床數據、健康檔案等；根據實際應用需求，新建專業(業務)基礎數據庫并集成到健康醫療數據中心，例如輿情數據、健康類產品研發生產數據等；根據數據來源、數據用途和數據屬性，構建若干數據子中心，負責對基礎數據的篩選、清洗、脫敏、發布和交易管理工作；完善數據管理制度，在隱私保護、合法合規的基礎上，開放數據使用權限，允許在科學研究、商業競爭、產品研發、教育培訓和行業治理等方面進行數據的分析和應用。

根據以上目標和功能，本文設計健康醫療大數據平臺架構縮略圖，如圖1 所示。基礎數據層主要進行基礎數據的采集、集成和管理；數據管理層主要進行數據加工、分析、發布和交易，形成基于業務或應用場景的數據中心并制定相應的數據使用制度與規則；數據應用則是根據數據管理制度，提供數據應用接口，供各類應用進行數據業務處理。

區塊鏈技術在設計理念、技術架構和系統功能等方面與健康醫療大數據平臺具有較高的耦合性，因此，本文采用區塊鏈技術作為健康醫療大數據平臺的技術解決方案。

3 區塊鏈

區塊鏈技術源自中本聰提出的比特幣底層技術[2]，其核心是分布式賬本、非對稱加密、共識機制和智能合約。一般來說，區塊鏈架構被分為網絡層、共識層、數據層、智能合約層和應用層[3]。但是隨著區塊鏈應用范圍的不斷擴展和應用場景的不斷豐富，其技術架構也不斷進行演化。例如：為了提升區塊鏈平臺的可擴展性和交易速度，北京航空航天大學與北京大學聯合開發北航鏈，該鏈的架構被設計為六層：存儲層、基礎區塊鏈層、緩存層、API 層、鏈上代碼層和應用層[4]。因此，區塊鏈架構設計取決于應用場景的具體需求。

健康醫療大數據平臺基于區塊鏈技術進行構建，與該大數據平臺架構相匹配的區塊鏈架構采用三層設計：基礎設施層、核心業務層和應用層。基礎設施層提供基礎的網絡通信和數據存儲功能；核心業務層實現區塊鏈核心業務，例如賬本數據交換、智能合約履行、共識機制、隱私保護等；應用層提供針對各種應用場景的訪問接口。

目前，我國主要的區塊鏈基礎設施服務供應商包括騰訊區塊鏈、阿里云區塊鏈、百度區塊鏈和華為云區塊鏈。

3.1 騰訊區塊鏈

騰訊區塊鏈[5]主要包括區塊鏈基礎設施TrustSQL 和區塊鏈服務平臺TBaas 兩部分。TrustSQL 提供區塊鏈基礎功能，例如通訊協議、共識機制、存儲機制、智能合約等，其架構如圖2 所示：底層核心平臺實現區塊鏈的核心功能，例如數據存儲、通訊協議、共識機制等；服務層在底層功能的基礎上集成了應用的基本能力，例如智能合約、公鑰管理等功能；應用層通過服務層提供的接口為金融、供應鏈、健康醫療等各種應用場景提供解決方案。TBaas 提供聯盟鏈和節點的管理，圍繞區塊鏈底層平臺(Hyperled-ger Fabric、FISCO BCOS 和TrustSQL 等)實現區塊鏈網絡的快速部署和維護、智能合約和業務模式的快速落地，其技術架構如圖3 所示。

3.2 阿里云區塊鏈

阿里云區塊鏈服務構建于Kubernetes 之上，支持業界主流的區塊鏈引擎技術，與阿里云豐富的云服務進行整合，支持用戶構建跨企業、跨地域的業務協作和交易網絡，實現區塊鏈業務場景的快速落地[6]，其架構如圖4 所示。

3.3 百度區塊鏈

百度區塊鏈開放平臺是依托于超級鏈技術（XuperChain）的區塊鏈服務平臺，該平臺大幅減少在區塊鏈網絡部署、管理、運維、智能合約開發等方面的挑戰，簡單快速的實現業務與區塊鏈的融合，使用戶專注于在區塊鏈業務模式創新及業務應用的開發和運營之中[7]，其架構如圖5 所示。

圖2：TrustSQL 架構

圖3：TBaas 技術架構

圖4：阿里云區塊鏈服務架構

圖5：百度區塊鏈開放平臺架構

3.4 華為區塊鏈

華為云區塊鏈服務（Blockchain Service 簡稱BCS）是華為云面向企業及開發者提供的區塊鏈技術服務平臺，它可以幫助用戶在華為云上快速部署、管理、維護區塊鏈網絡，降低用戶使用區塊鏈的門檻，使用戶專注于自身業務的開發與創新，實現業務快速上鏈[8]，其架構如圖6 所示。

表1：區塊鏈技術特點與健康醫療大數據平臺設計理念

圖6：華為云區塊鏈服務架構

4 區塊鏈與健康醫療大數據平臺耦合分析

健康醫療大數據平臺設計理念與區塊鏈技術有一定的相似性（表1[9]），或者說區塊鏈技術特點滿足健康醫療大數據平臺的建設需求。

（1）去中心化。區塊鏈本質上是去中心化的數據庫，每個節點都保存了整個區塊鏈系統的全部數據，享有數據訪問權力和數據維護的義務，任何一個節點的異常都不影響整個區塊鏈系統的運行；健康醫療大數據平臺由各種類型的主體(節點)組成，例如數據生產主體、數據分析主體和數據消費主體，各個主體獨立自治，實現一定的功能，享受主體權力、履行主體義務，無強控制性的中心主體存在。

（2）透明化、市場化。區塊鏈系統中的運作規則公開透明，節點間的數據交換公開，多個節點均有冗余備份，數據更新需要整個區塊鏈系統的多數節點認證，不存在暗箱操作的可能性；健康醫療大數據平臺強調建立開放、透明的數據生產、交易、消費的規則和標準，市場化運作，促進健康醫療大數據產業鏈的形成。

（3）智能合約。區塊鏈系統可借助鏈上代碼實現合同執行的自動化和智能化，例如比特幣的在線交易；健康醫療大數據平臺則是要建立在線數據采集、交易、應用以及數據管理等相關事務的自動化、智能化，

（4）可追溯。區塊鏈系統中的所有數據操作均會被所有的節點記錄，以實現數據的追溯和不可抵賴；健康醫療大數據平臺則是通過各類主體(節點)存儲局部或整體數據，實現所有數據操作的可追溯和不可抵賴。

5 區塊鏈技術在健康醫療大數據平臺中的作用

除了區塊鏈技術特點與健康醫療大數據平臺設計理念吻合外，區塊鏈技術在健康醫療大數據平臺的參與主體、系統功能和數據屬性等方面體現出的關鍵作用，這也是本文采用區塊鏈技術作為健康醫療大數據平臺技術解決方案的根本原因。

5.1 參與主體

健康醫療大數據平臺是由健康醫療數據的生產、分析、消費等多種類型主體共同構建和運作的大數據平臺。而區塊鏈技術的去中心化、協同治理、智能合約、可追溯等技術特點，為健康醫療大數據生態平臺的構建和運作提供了關鍵的技術支持。

對于數據生產主體，除了常規的各級醫療機構，也可以是分布于社會各個層面的體檢中心、第三方診療、養老機構、個人智能穿戴設備、醫療保險公司、健康產品銷售公司等。因此，數據生產主體多，數據敏感性、時效性高、數據量大，且具備較高的商業價值。區塊鏈技術具有的分布式和去中心化的特點，可以將上述主體的大量數據分布式存儲于相關節點中，實現數據高效存儲；區塊鏈的智能合約服務，為數據生產主體和其他主體提供數據交易渠道，符合各自商業利益。當然，部分數據在交易前需要進行脫敏處理，以滿足隱私保護或監管的要求。

對于數據分析主體，一般是提供數據采集、加工、分析、可視化、發布以及存儲服務或技術支持的組織，是數據生產主體和數據消費主體之間提供“數據傳播”服務的主體。因此，數據分析主體載有大量的數據流、信息流和價值流。區塊鏈技術可保證數據分析主體所提供數據的可靠性和可追溯性，同時也能保證數據分析主體所發布(加工和處理后)數據和信息的透明性和不可抵賴性；智能合約提供數據加工和分析服務的自動化交易，突出各主體之間的協同合作，各自實現商業利益最大化；借助區塊鏈的共識機制，可以給表現優異、高效的數據分析主體更高的權重，從而促進數據分析主體的不斷演進，進而實現不同的數據主體的協同發展。

對于數據消費主體，主要集中在醫療機構、藥企、藥店、保險公司、政府等組織機構。健康醫療數據的消費模式多樣，費用支付形式也有多種選擇，不同數據分析主體提供的數據加工和分析服務也存在個性差異和應用效果的差別。區塊鏈技術在自動化交易、信用認證、技術服務計量等方面具有獨特的優勢，允許數據消費主體根據自身的實際需求，設定信用門檻，選擇合適的數據分析服務和費用支付方式，從而實現數據的高效應用。

5.2 系統功能

健康醫療大數據平臺主要目標是建立健康醫療數據采集、分析、交易、應用與管理的大數據平臺。因此，健康醫療大數據平臺的系統功能需要涵蓋服務計量及認證、服務交易、信用認證等關鍵功能。區塊鏈技術為上述系統功能的實現提供關鍵的技術支撐。

服務計量及認證是大數據平臺的數據、信息和價值流動的重要基礎。整個大數據平臺涉及廣泛繁雜的市場交易，對交易對象的計量和認證往往需要權威的第三方進行組織和擔保。區塊鏈的分布式賬本和共識機制，保障了服務計量的可靠性和權威性。例如區塊鏈能夠提供公證、公開SaaS 的平臺，用于各類服務(數據存儲、數據交易、數據加工、數據分析等)的計量和認證。

服務交易是數據生態鏈形成和運行的重要抓手。建立多方主體共同參與、公正公平的市場機制和多元化的服務交易模式是健康醫療大數據平臺成功運作的保障。區塊鏈技術去中心化的交易模式，增強了交易的公開透明，并降低了交易成本，智能合約實現了交易的自動化，也保證了合約執行的可靠性和公平性。

信用認證是對大數據平臺各個參與主體的信用評價和認證，是建立大數據平臺透明、公平的市場機制的前置條件。基于區塊鏈技術的信用認證體系可以根據每個參與主體的數據生態位、其他主體的評價以及自身的服務效能生成信用指數，該指數可以被大數據平臺內所有主體(節點)所記錄，并通過共識機制達到對參與主體的信用評價和認證的目的。

5.3 數據屬性

健康醫療大數據平臺需要存儲整個大數據平臺的數據，包括健康醫療、主體注冊、服務交易、追溯等基礎數據以及基礎數據進行加工、分析之后的信息和知識。基礎數據、信息和知識具有不同的屬性，基礎數據的存儲量巨大但構成相對簡單，并具有結構化的特點；信息和知識往往是非結構化的，其存儲、表現和釋義隨著數據處理技術的提高而不斷變化。區塊鏈系統的去中心化、分布式數據存儲方式，可以讓數據存儲主體形成節點群（生態群落），通過共識機制對“屬性相似”的數據、信息和知識進行存儲、追溯和認證，從而實現各種類型數據的可靠、可信、均衡存儲。

6 健康醫療大數據平臺運營中的挑戰

健康醫療大數據平臺在運營中仍然存在巨大的挑戰。這些挑戰主要來自于健康醫療大數據管理模式，部分來自于健康醫療領域的大數據挖掘和分析技術：

（1）健康醫療領域的數據標準缺失。臨床和診療數據、基因數據、健康檔案數據、智能硬件檢測數據以及大健康類產品研發、生產和經營數據，都需要制定相關的數據標準。數據標準的制定不僅有利于不同平臺之間的數據共享、交易和應用，也有利于后期進行數據質量管理。

（2）數據隱私保護、數據所有權和使用權缺少法律支撐。數據隱私保護是數據開放共享的前提條件；厘清數據所有權和使用權的法律關系，有助于建立健康醫療大數據交易機制，推動健康醫療大數據產業鏈的發展。

（3）健康醫療領域的大數據挖掘和分析技術有待優化。臨床診療、輔助診斷、健康管理、預防預警、精準營銷、保險控費等細分領域是健康醫療大數據技術重點關注的應用場景，以輔助診斷為例，全科輔助診斷決策準確率為85%左右[10]，其核心算法有待優化和完善。

7 結束語

健康醫療大數據平臺是健康醫療數據的生產、分析、消費等多種類型主體共同構建和運作的大數據平臺。