基于區塊鏈技術的體外診斷試劑全流程智慧追溯體系應用研究

龔婭，史秋霞，段德令，劉志強

1 中國人民解放軍南部戰區總醫院白云院區 檢驗科，廣州市，510510

2 南方醫科大學南方醫院 腎內科，廣州市，510515

0 引言

區塊鏈3.0時代，是區塊鏈技術與實體經濟全面結合的時代，將鏈式記賬、智能合約等技術特點與實體應用領域充分融合，通過去中心化的智能自治，最終將徹底顛覆現有的社會商業邏輯，重塑社會信任體系。目前，中國、美國、英國等全球主要國家都在加快布局區塊鏈技術發展，卡位搶跑。2019年10月24日，第十八次中共中央政治局集體學習時指出，“區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用”，強調要積極推動區塊鏈技術在醫療健康等領域的應用。根據業內推測，伴隨區塊鏈技術的不斷成熟完善，以醫療服務、健康管理、醫療保險等為核心的醫療健康領域極有可能繼金融領域之后，成為區塊鏈技術的第二大應用場景。未來，除了電子健康病歷（EHR）、醫療保險賠付、DNA錢包、蛋白質折疊等應用外[1]，還將出現更多區塊鏈與醫療健康細分領域緊密結合的產物，體外診斷試劑的防偽溯源就是其中之一。

1 區塊鏈技術的核心優勢

區塊鏈技術，也稱為分布式賬本技術，是一種多方維護、全量備份，使用密碼學保證傳輸和訪問安全的記賬技術，具有去中心化、去信任化、防止篡改等特點，是未來構建新型信任體系的核心技術。

1.1 去中心化

傳統的中心式記賬網絡，將賬本存放在中心節點，由中心節點對數據進行存儲管理。區塊鏈的分布式記賬網絡，每個節點都是權利和義務均等的個體，系統中的數據塊由所有節點共同維護，每個節點都有備份，這種分步式存儲、集體維護的方式確保了數據的安全可靠和公開透明。

1.2 去信任化

目前現實生活中的交易基于對第三方機構的信任完成，需要第三方權威機構（銀行、支付寶平臺等）作為信用背書。區塊鏈系統中，運作規則基于共識算法而非信任，節點之間的交易規則公開透明，因此節點之間的數據交換無法欺騙系統內其它節點，自然無需任何第三方介入。

1.3 不可篡改

區塊鏈基于哈希算法使用不同的秘鑰進行加密、解密，加解密不可逆，公鑰加密的信息，即使被截獲也無法解密，只有私鑰才能夠解密，從而保證數據信息的安全。此外，區塊鏈上的數據無法被篡改，在區塊鏈上的任何篡改都會留下密碼學證據從而被快速發現，由此確保區塊鏈的數據穩定性和可靠性。

2 體外診斷試劑追溯體系需求分析

體外診斷試劑，是指在疾病的預防、診斷、治療監測、預后觀察、健康狀態評價以及遺傳性疾病的預測過程中，用于對人體樣本（各種體液、細胞、組織樣本等）進行體外檢測的試劑、試劑盒、校準品、質控品等。體外診斷試劑產業屬于多學科交叉、知識密集、資金密集型的高新技術產業[2]。

2.1 現實需求

近年來，基于市場需求的不斷擴增，體外診斷行業發展迅猛，在疾病預防、臨床診斷、健康監測和指導治療中的作用日益明顯。據統計，臨床診斷信息的80%左右來自體外診斷，體外診斷與檢驗醫學的有機融合，成為保障人們生命財產安全的重要組成部分。檢驗醫學中使用的體外診斷試劑的質量和安全問題也隨之而來，如何驗證體外診斷試劑的真偽，發現假冒、偽劣、過期試劑如何追根溯源，出現試劑質量問題如何倒查問責，如何利用技術手段確保試劑相關信息的真實、健壯，這一系列問題都有待構建一套覆蓋體外診斷試劑全生命周期的智慧追溯體系來實現。從當前的現實情況看，體外診斷試劑無論是在注冊、原材料采購、試劑生產、物流運輸、實驗室應用等各個環節，均有違規生產、假冒調包、存儲不善、操作不當等風險。

2.2 政策要求

根據《體外診斷試劑注冊管理辦法》規定，體外診斷試劑必須根據產品風險程度的級別進行注冊，方可進入市場銷售和用于臨床診斷。然而，有些企業抓住“僅用于研究、不用于臨床診斷的產品不需要申請注冊”的空子，將用于研究的試劑用于臨床。這些未依規取得藥品監督管理部門頒發的注冊證書的試劑如果流入市場，必定給管理者和使用者帶來不確定的風險[3]。再如，2018年5月發布的《醫藥產品冷鏈物流溫控設施設備驗證性能確認技術規范》（GB/T 34399—2017）國家標準，給醫藥冷鏈物流體系建設提供了精細化的標準。國家有標準，但實際執行卻走了樣。體外診斷試劑大多為生物制品，其生產、運輸、儲存都有一定要求，生化、免疫試劑盒等環境溫度均要求在2～8oC，而目前我國冷鏈物流市場化程度還不夠完善，公路冷藏保溫車僅占貨運車總量的0.3%[4]，而且冷鏈運輸成本相對較高，導致體外診斷試劑通常只是使用冰袋進行溫控，溫度高低起伏不定，為試劑的質量和有效性埋下隱患。這些違規操作從一定程度看，是體外診斷試劑產業鏈條上客觀存在卻難以克服的痼疾，區塊鏈技術的出現使得這樣的問題運用技術手段予以解決成為可能。

2.3 倒查追責

溯源是安全管理的重要手段，我國二十年前已經建立可追溯管理體系，但對體外診斷試劑的追溯還是一片空白。目前針對體外診斷試劑溯源的辦法不多，過分依賴渠道的可靠性，沒有真正意義上的強監管手段，多為依靠事后責任追究進行壓力傳導，從而遏制一定程度的制假售假和違規操作。試劑溯源的根本目的是確保試劑的安全性、有效性、質量可控性，建立對檢驗結果的信任，為臨床診斷提供真實可靠依據。試劑的供應鏈由監管部門、原材料提供商、試劑生產商、試劑經銷商、物流企業、醫療檢驗機構等眾多參與主體構成，存在大量的交互協作，但由于相關信息離散分布保存在各個環節的各自系統中，各參與主體信息不全面、不對稱，嚴重影響供應鏈協同效率。更為嚴重的是，由于信息缺乏透明度，當各個參與主體發生分歧、糾紛時，舉證追責耗時費力。

3 區塊鏈技術在體外診斷試劑全流程智慧追溯體系中的應用

3.1 應用原理

（1）“一劑一碼”，試劑來源可追。每盒體外診斷試劑均擁有獨立的二維碼，二維碼與區塊鏈技術結合，完整記錄試劑在監管部門、原材料提供商、試劑生產商、試劑經銷商、物流企業、醫療檢驗機構等多個節點的數據，每個節點的數據均在前一節點數據的基礎上生成，行成鏈狀數據生態，成為標識每盒體外診斷試劑的唯一“身份證”，可以通過“身份證”溯源試劑的整個注冊、生產、流通、使用過程[5]。

（2）“分步記賬”，試劑質量可查。每盒試劑從原材料采購到醫學檢驗使用全流程的所有節點數據，即賬本，不會保留在一個或幾個機構中，而是由所有節點共同保存、共同維護、查詢和監管，信息公開透明。而且，每個參與的節點均擁有完整的、實時的賬本，確保數據庫可靠、健壯。

（3）“時序不逆”，安全責任可究。區塊鏈技術保證了節點時序不可逆、數據不可改等特征。一方面，運用時間戳（Timestamp）記錄某一時間內發生在區塊鏈數據庫的事件，時間戳成為完整性和可驗證性的標記。試劑在各個節點加載的數據嚴格按照時序安全可靠地進行記錄，可對每個節點進行回溯和定位，從而鎖定責任主體；另一方面，運用區塊鏈的去中心化的共識機制，確保維護分布式數據庫數據的同步，也在技術邏輯上確保了整個溯源鏈條上的記錄不可篡改，從而避免了在未來真正發生安全事故或有溯源要求時可能出現的非法操作。

3.2 應用模型

區塊鏈的開放式節點信息數據，使得各參與主體可以平等地實時掌握每盒試劑的所有信息。同時，區塊鏈運用的非對稱加密、智能合約等技術，徹底改變了防偽溯源領域的流程，再造了底層框架。在搭建的“體外診斷試劑全流程智慧追溯區塊鏈平臺”（見圖1）中，根據體外診斷試劑的生產流通環節，試劑溯源二維碼依此寫入數據包括但不限于：①試劑注冊信息等；②原材料提供商身份信息、原材料信息等；③試劑生產商身份信息、原材料出入庫信息、試劑生產信息、操作人員信息等；④試劑經銷商身份信息、試劑批次信息、交接信息等；⑤物流企業身份信息、運輸條件信息、運輸車輛GPS定位信息、試劑保存物理條件信息等；⑥醫療檢驗機構身份信息、試劑操作人信息等。

圖1 體外診斷試劑全流程智慧追溯區塊鏈平臺Fig.1 Blockchain Platform of Whole Process Intelligent Tracing for IVD Reagents

3.3 建設討論

體外診斷試劑全流程智慧追溯體系不僅僅只是試劑追溯區塊鏈平臺的建設，還包括一系列有效的防偽溯源機制，包括建立試劑防偽溯源聯盟鏈，政府監管部門和質檢機構加入，建立強有力的事前監督機制、事后懲罰機制，一旦發現節點造假，依法嚴懲不貸，同時實現試劑的精準召回，全面提升整個體外診斷試劑產業鏈的公信力。

未來，區塊鏈技術與試劑追溯應用的充分結合絕非一蹴而就，還有一段較長的路程。從技術層面看：一是區塊鏈中的共識算法并發能力不足、效率不高，成為制約系統性能的重要方面；二是區塊鏈每個節點都是全量存儲，包含了全網交易數據，數據只增不減，數據存儲需求受到客觀條件限制。從應用層面看，一是政策監管相對滯后，監管合規性的探索應用還需要時間的積累；二是鏈上節點如果上傳假信息，那么溯源防偽也就無從談起，目前很難從源頭上阻止信息造假；三是目前區塊鏈數據采集、記錄方式的通用標準尚未形成，難以形成多樣化業務需求和跨鏈數據共享，通用兼容性不足問題亟待解決。

4 總結

總的來看，雖然目前區塊鏈的概念比較火熱，但其打破了中心化集權束縛，勢必對傳統業務造成沖擊，老觀念的“破”與新技術的“立”之間的交鋒還將持續，所以這項顛覆性新技術的廣泛落地開花還需假以時日。同時，體外診斷試劑全流程智慧追溯體系的構建亦不是一朝一夕之事，需要區塊鏈技術專家、監管部門以及試劑生產、流通、使用各環節人員的通力協作，還必須依靠AI、大數據、云計算等技術的同步發展來構建完整的追溯能力，充分發揮業務驅動、技術引領的作用，形成“技術系統+管理機制”的應用場景，從而促進體外診斷行業的持續健康發展。