區塊鏈技術的醫學應用現狀與前景

謝毅 葉哲偉

自區塊鏈技術不斷被計算機科學、金融、房地產、醫療衛生、交通、能源等多個行業提及，我國相關政府部門積極重視其行業發展，相繼發布了相關的文件來引導。2016年12月發布的《“十三五”國家信息化規劃》，該文件中提出需要加大區塊鏈等新技術的創新應用；2018年8月，國家衛健委醫政醫管局發布《關于進一步推薦以電子病歷為核心的醫療機構信息化建設工作的通知》，要求發揮區塊鏈等新技術在醫療信息管理中的優勢，促進互聯網醫院的發展[1-2]。作為目前醫療改革背景下的新技術，可以預見區塊鏈與醫學領域的結合將成為一種新的應用模式，有效改善當下臨床醫療工作的環境。

一、區塊鏈相關知識介紹

1.區塊鏈技術簡介：區塊鏈(blockchain)也叫分布式總賬技術，是指通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案。該技術方案主要讓參與系統中的任意多個節點，通過一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊(block)，每個數據塊中包含了一定時間內的系統全部信息交流數據，并且生成數據指紋用于驗證其信息的有效性和鏈接(Chain)下一個數據庫塊[2]。目前，區塊鏈技術的概念公認為《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》中對其的解釋，將其定義為：分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型互聯網應用模式[3]。

2.區塊鏈技術特征及其優勢：區塊鏈的特征可以概括為以下幾點：(1)去中心化：整個網絡中不存在中心化的管理機構，而是一種分布式端到端的網絡結構，網絡中各節點的權限對等；(2)自治性：采用基于協商一致的規范和協議使得整個所有節點能夠在去信任的環境自由安全地交換數據；(3)安全可信：采用非對稱密碼學技術對交易數據進行加密，同時借助工作量證明機制保證數據理論上難以篡改；(4)公開透明：所有的交易記錄在全網公開透明，打破了信息不對稱[4]。

二、區塊鏈技術的醫學應用

1.醫療數據儲存與共享：在診療過程中，病人的醫療數據涉及生命安全和個人隱私。傳統的病歷儲存在各個醫院的中心數據庫，在一定程度上導致了“信息孤島”現象。區塊鏈允許病人掌握自己的醫療信息，利用區塊鏈技術來保存電子病歷、檢查數據和可穿戴設備上的健康數據，形成個人醫療健康記錄的歷史數據庫，病人根據自己的意愿向第三方授予訪問其電子健康記錄的權限。Esmaeilzadeh等[5]從病人角度出發，研究結果顯示參與者對實施基于區塊鏈的交換機制以保護隱私、協調和信息交換持積極態度，提出了基于區塊鏈的電子病歷系統的潛力和限制，倡議醫療保健組織應該解決這些限制，以安全和私人的方式交換個人健康信息。Yue等[6]提出了一種基于區塊鏈的醫療數據網App(Healthcare Data Gateway)，可以用于醫療數據分享。利用區塊鏈技術的去中心化可以安全地保存個人醫療信息，讓病人擁有個人完整醫療記錄的歷史數據庫，而不是把信息交付于某一個機構來保管，可以解決各個醫院醫療數據不互通、數據偽造更改等問題。這種基于區塊鏈技術的數據保存方式不僅有利于病人隱私的保護，同時也有助于醫療去中心化和信息共享的實現。

2.基因診療：運用區塊鏈可以開發DNA信息存儲數據庫，對基因和醫療數據進行有效地存儲并通過對存儲的信息進行秘鑰加密，在保證DNA信息存儲的同時也保證了私人信息的安全。這種使用DNA信息獲得登錄查看個人健康信息的方式可以更方便地對基因信息進行數據共享，便于生物醫藥公司進行數據采集，提高研發效率。區塊鏈去中心化的特性，對基因大數據庫收集有著天然的優勢?；趨^塊鏈去中心化建立的大規模安全數據庫，利用強大的計算能力，在基因診斷上區塊鏈技術的使用將會成為工業化基因測序的技術基礎。如此，區塊鏈DNA測序技術將會使測序速度大大提升，最終惠及人類。

3.臨床實驗研究：臨床實驗研究對實驗結果的記錄要求苛刻，而區塊鏈技術能夠為研究人員提供可追蹤的實驗結果記錄和臨床報告，這對于實驗結果的保存和減少臨床實驗記錄造假具有重要作用。據統計，當前的實驗研究中有一半的實驗結果未被報告，區塊鏈技術可以解決臨床實驗中存在的選擇性報告和不真實結果，從而減少學術不端的發生?；趨^塊鏈的研究數據將有時間戳并且公開透明，甚至在臨床實驗開始之前，所有的計劃、同意、方案和可能的結果都可以存儲在區塊鏈上。區塊鏈還可以將臨床實驗的幾個階段聯系在一起，只有在遵循所有步驟并正確驗證所使用的方法的情況下，實驗才會進入下一階段，從而確保臨床實驗的透明度和可信度。Nugent等[7]通過使用智能合約來擴展這一想法，這些合約駐留在區塊鏈中的一個特定的地址上，其執行權限通過網絡密鑰進行密碼驗證，以展示如何更好地強制執行對臨床實驗的信任，以及如何消除數據篡改。他們證明，現代協議提供的加密保證可以超越“存在的證明”，并用于復雜的臨床。Engel[8]等認為區塊鏈技術可以顯著改善手術結果研究和實驗設計，改變我們對實驗設計的想法，并可能產生真正可驗證和不可變的數據。當然，區塊鏈技術進入手術結果研究還為時過早，但不可否認其作為公共密碼控制的數據存儲的基本屬性，可以提高實驗數據的真實性。

4.醫藥市場溯源：據美國公共利益醫學中心(Center for the Public Interest in the Public Interest in the United States)估計，今年全球假藥銷售額可能超過750億美元，5年內增長90%。世界衛生組織統計全球有10%的藥品是假冒藥品，其中發展中國家的假藥比例高達30%。這類假藥不僅包括影響生活方式產品，如肌肉增強劑、功效興奮劑、減肥藥等，還包括治療心血管疾病和癌癥的藥物、抗生素、止痛藥、避孕藥和其他處方藥。這類假藥含有正確的活性成分，但在大多數情況下，顯示的劑量太高或太低，或者是以不純的方式生產的。當偽造的藥物中沒有預期活性物質的蹤跡時，它對人體就變得極其危險。醫療器械和醫藥追溯系統，可利用區塊鏈上不可篡改、信息真實、靈活的可編程等特性，構建不可篡改的設備身份信息，以解決醫療行業中難以監管的痛點問題。利用區塊鏈來追溯設備的申請、采購及使用情況，將使得設備信息更加公開透明，設備維護更加及時，從而實現醫療設備器械的流程信息化管理目標。區塊鏈本身的鏈條特性意味著，藥品公司可以創造一個圍繞藥品物流的“單一真實來源”藥品供應鏈條，并通過追蹤這個藥品供應鏈，確保鏈條的完整性，全流程終身管理。Radanovi等[9]通過區塊鏈追蹤藥企供應鏈來鑒別消費者手中的藥品是否是正品，使用近場通信技術嵌入膠封，已經在偽造、調換、被偷商品以及虛假交易等方面取得突破。Tseng等[10]建議以區塊鏈作為藥品數據追蹤的基礎，創建透明的交易數據。此外，藥品供應鏈的監管模式可以從單純的檢驗審查模式轉變為監督網絡模式，參與藥品供應鏈的每個單位都可以同時參與，保護包括病人在內的公眾健康。

5.可穿戴設備健康監護：全球可用的健康應用程序和健康可穿戴設備的豐富導致了強大的數據洪流，這些數據可用于醫療問題相關研究。區塊鏈在病人生成的健康數據領域提供了各種應用可能性，例如，全球瑞士數字健康銀行HealthBank開始在處理數據交易和共享個人健康數據方面為用戶提供了一個平臺，他們可以在這個平臺上存儲并在安全環境中管理他們的健康信息，并實施區塊鏈技術，由此數據主權完全掌握在用戶手中。在將來，使用區塊鏈病人生成的個人健康數據(如心率、血壓、服用的藥物、睡眠模式、飲食習慣等)可以從健康應用程序、可穿戴設備或就診中檢索，并安全地存儲在健康銀行區塊鏈中。當運動量超過身體負荷時適時地將信息反饋給用戶以調整作息和運動方式，這對于體育競賽中運動員的保護具有重要作用。另外，中國乃至全世界都存在慢性病控制效果不佳的情況，在智能可穿戴設備普及的將來，區塊鏈的引入將會更加緊密而精準地記錄慢性病病人的健康狀況，這對慢性病的控制和預防猝死具有重大意義。

6.醫藥支付和理賠：隨著疾病發生率的增加，全球醫療經濟支出增加，由此引發的醫療經濟糾紛也不斷增多。區塊鏈的發展對于醫藥支付賬單透明化以及醫療糾紛索賠可能起到一定作用。有資料顯示，運用區塊鏈技術設計一個醫藥支付平臺可以幫助病人預先了解住院費用和額度剩余，也可以選擇合適的藥品進行治療。該平臺基于多家醫院的共享信息，為病人提供醫療信息咨詢，還可以提供預付賬款等服務。由此，病人對于醫療費用的預估會更加準確；同時，在發生醫療糾紛獲得理賠時可以得到相對合理的賠償，對于保證病人權益實現個性化服務具有顯著意義。

7.醫學教育：隨著互聯網技術的不斷發展，醫學教育的發展模式也在不斷演進。網絡課堂的興起為廣大醫療工作者提供了更好地獲取知識的平臺，與此同時，各種平臺的局限性和不可獲取成為了學習的絆腳石。基于區塊鏈技術的去中心化和分布式儲存可以讓廣大的醫學人員共享醫學信息資源，同時還可以建立可靠的學生誠信體系，用于考試作弊和學歷造假等的查處。麻省理工學院(MIT)已于2017年夏天在111名畢業生中啟動了一項試點計劃，包括向他們的智能手機發放數字文憑(除了傳統的紙質證書之外)，他們可以輕松地與任何人-潛在的雇主、朋友和機構共享[11]。利用區塊鏈技術的不可篡改還可以實現技術成果及專利權益的維護，這對于實現社會公正意義深遠。

8.醫療信息化管理：目前，醫院大多采用電子病歷系統、醫學影像系統、醫院信息管理系統來記錄病人信息和醫院信息管理，當下的信息儲存與管理模式容易造成信息泄露和共享困難等問題。利用區塊鏈技術的信息共享平臺，可以將各個醫院的信息進行集成加工并打包分享到其他醫院，這對于化解“信息孤島”起到重要作用。醫生在接診病人時能夠提前了解到其在別的醫院進行的相關檢查以及病史，同時也方便了病人對健康資料的保存。通過區塊鏈的授權訪問實現了不同醫院、不同廠家、不同醫療設備的信息互通，大大節約了臨床成本。

9.醫療供應鏈與采購：對于醫院而言，最主要的支出就是采購，包括采購醫療設備和藥品，采購政策也是醫療保健管理的一個方面，可以通過實施區塊鏈來大大改善，因為這項技術將確保商品供應是透明、可驗證和更高效的。所有價格、合法招標要求和某些供應商以前的做法都可以很容易地檢查出來。通過引入智能合約，只要滿足前提條件，交易就可以通過互聯網自動進行。圍繞醫療設備和藥品產生的“區塊鏈+”供應鏈體系將在應收賬款可信交易與管理、交易的全程追溯、跨機構的互通互利等方面有很大的應用空間。同時，其落地場景也可以在設備融資租賃、供應鏈保理、藥品溯源等方面展開。

10.公共衛生事件監管與應對：當突發公共衛生事件時，醫用防疫緊急物資的供應流程與傳統供應鏈的運作模式有著相似之處，但并不完全等同，其包含了更復雜、更分散的物資來源與特殊供給，各方信息嚴重不對稱，相比傳統供應鏈信息管理，其挑戰更大。以此次新型冠狀病毒肺炎(2019-nCoV)為例，我國針對突發公共衛生事件的應急機制缺乏綜合性預案，針對本次新型冠狀病毒肺炎疫情，疫情嚴重地區醫用緊急物資的供應、調配和發放方面都出現一定的欠缺，需從制度設計上進行完善。區塊鏈的時間戳可使物資供應過程中各時點的數據均能得到真實性認證，從而提高醫用防疫緊急物資供應系統的穩定性，還可平衡各醫院防疫物資存儲量，盡可能將物資缺口降到最小，有利于提高政府信息發布的公信力，提升全民防疫信心[12-13]。

三、區塊鏈技術醫學應用的挑戰

1.應用推廣問題：目前關于區塊鏈應用領域的標準還沒有正式確立，另外，由于去中心化屬性對傳統醫療管理機構會帶來沖擊，導致相關機構和部門對區塊鏈技術在醫療領域中的應用持謹慎態度，其推廣和應用受到限制[14]。

2.數據儲存空間問題：隨著大數據技術在醫療領域的應用，數據量將會呈現井噴式增長，區塊承載的數據信息越來越多，對區塊鏈數據庫的存儲空間提出更高的要求。如果每一個節點的數據都完全同步，區塊鏈數據的存儲空間容量要求就勢必成為一個制約其發展的關鍵問題，直接影響醫療部門更新數據信息和醫患對數據獲取實時性的需求。

3.隱私安全保密問題：在區塊鏈的公有鏈中，每一個參與者都能夠獲得完整的數據備份，所有交易數據都是公開透明的，這既是區塊鏈的優點也是其缺陷。區塊鏈對隱私保護的解決方式是通過隔絕交易IP地址和地址持有人真實身份的關聯來達到匿名效果，但是交易本身是公開的，即使用戶通過使用哈希值作為地址進行“匿名化”，仍然可以通過檢查和分析區塊鏈網絡上公開的交易信息來重新識別該用戶，這個問題對于醫療領域的應用至關重要，因為與病人相關的個人可識別信息高度敏感，這在醫療行業是不被允許的。

4.抗壓能力有限問題：盡管區塊鏈3.0時代已經來臨，但是目前沒有大規模地使用區塊鏈數據節點，如果一旦將區塊鏈技術運用到全球幾十億數量級的人類健康數據環境，區塊鏈將會面臨巨大挑戰。

四、區塊鏈技術醫學應用的前景展望

數字化、信息化和智能化時代的發展，促使世界各國積極向數字化轉型，我國也在十九大報告中提出加快建設數字化中國，以信息化培育新動能。預計全球2020年區塊鏈技術的資本投資將達到4億美元，到2025年，醫療領域的區塊鏈價值將達到56.1億美元，年增長率達63.9%。雖然區塊鏈技術還沒有大范圍實施，但經過此次新型冠狀病毒肺炎疫情之后，不少醫療專業人員和決策者已經意識到區塊鏈技術為醫療組織和醫療實踐提供的變革潛力，相信會有越來越多的“區塊鏈+醫療”的新概念和案例出現，使廣大臨床醫生和病人受益。