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区块链在医疗卫生领域的应用指南

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发表于 2020-3-11 11:48:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
本节我们将介绍基于区块链的医疗数据分享机制。从这些案例中,我们看到区块链在医疗数据分享中的作用。对于构建其它领域的系统有很好的借鉴意义。

随着电子医疗数据的发展,云医疗保健数据存储和患者数据隐私保护法规的进步,医疗数据的管理以及患者访问和共享其医疗数据迎来了新的机遇。

保护数据的安全,存储,交易以及对这些数据统一管理,对于任何数据驱动的组织来说都是极为宝贵的,特别是在医疗卫生领域。

区块链技术有潜力解决这些关键问题。下图显示了区块链中医疗数据管理工作流程的七个步骤。


• 步骤1:主要数据是由患者及其医生之间的交互产生的。这些数据包括病史,当前的问题和其他治疗信息。
• 步骤2:使用第一步收集的主要数据为每个患者创建EHR。其他医学信息,例如护理,医学影像和药物史中产生的信息,也包含在EHR中。
• 步骤3:拥有EHR所属权的患者,有权自定义访问规则并且授予其它用户访问权。希望访问此类有价值信息的各方必须请求EHR所有者提供许可,所有者将决定授予谁访问权限。
• 步骤4、5和6:这三个步骤是整个过程的核心部分,包括数据库,区块链和云存储。数据库和云存储以分布式方式存储记录,而区块链提供了极大的隐私性,以确保真实用户访问。
• 步骤7:临时诊所、社区护理中心、医院等医疗服务提供商是最终用户,他们希望获得用户授权的安全、可靠的医疗服务。例如,无论您在全球任何地方接受治疗,您的健康记录都将在您的手机上可用和访问,并通过诸如区块链之类的分布式分类帐进行验证,随着时间的推移,医疗机构将继续增加这些记录。

基于区块链的应用领域包括:


  • 数据共享
  • 数据管理
  • 数据存储(例如,基于云的应用程序)
  • EHR
下面逐个讨论每个领域的解决方法。首先介绍基于区块链的医疗数据共享。


医疗数据共享共享医疗健康数据是提高医疗机构的质量,并使医疗系统更智能的主要和必不可少的步骤。

个人之间可能会共享医疗健康记录。例如,一个患者在第一次见面时需要与医生分享他的病历。此外,个人和利益相关者之间可能会发生共享,例如与保险公司或研究中心共享患者的病历。

数据甚至可以跨边界共享。但是,当今与医疗卫生相关的系统运行机制有一些局限性。局限性之一是患者几乎无法访问其健康记录。因此,他们无法知道自己的健康数据被哪些机构共享了。

为了改善与医疗保健行业的互动与协作,区块链技术可以发挥关键作用,促使更便捷的电子医疗数据的共享机制。这被认为是基于区块链在医疗卫生领域最关键的贡献之一。下面,我们描述在这方面做出的一些贡献。

Castaldo和Cinque 等人提出了一种日志记录系统,使用私有区块链以最安全的方式促进和改善欧洲多个国家之间电子健康数据的交换。

Yue等人基于区块链架构开发了医疗数据共享应用程序,即医疗数据网关(HGD)。他们提供的解决方案有助于患者轻松控制和共享数据,而不会损害隐私。他们提供了一种让医疗健康系统更加智能的方法,同时又使患者保持数据的私密性。

此外,Vishal Patel提出了一种跨域图像共享的框架,该框架通过使用区块链技术作为分布式数据存储来创建放射科影像数据的账本,并让用户自己来许可来控制图像共享。

在类似的研究中,Fan等人开发了一种基于区块链技术的MedBlock框架,以解决电子病历(EMR)系统中的数据管理和数据共享问题,并改善医疗信息共享。通过避免先前的医疗数据库各自为阵的现象,患者可以通过MedBlock框架访问不同医院的EMR。此外,通过区块链进行的数据共享和协作可以帮助医院在会诊之前对患者的病史进行事先了解。

Ji等人提出了一种基于区块链技术的多级位置共享方案。目的是通过远程医疗信息系统实现区块链的隐私保护位置共享。他们通过使用Merkle树和保顺加密定义了去中心化位置共享,机密性,可变性,以及多层隐私保护,不可检索性和不可伪造性的主要要求。实验结果表明,该方案对于患者和医护人员来说是可行的,并且可以应用于远程医疗信息系统中的位置信息保护。

Shen等人提出了MedChain,一种基于区块链的高效会话式的医疗数据共享。MedChain使用摘要(digest)链结构方法来检查共享医疗物联网数据流的完整性。这样做是为了克服现有系统(例如Medrec 和MedBlock)的效率问题。评估结果表明,MedChain可以达到更高的效率并满足医疗保健数据共享的安全性要求。


医疗数据管理
由数据驱动的许多公司,尤其是医疗机构,它们每天生成大量的数据。但数据安全性和隐私却无意或有意遭到非法用户的利用。结果,许多机构经历了声誉和资本的巨大损失。

医疗数据的不同用户应该具有不同的角色,对数据的访问应由分配给这些角色的访问权来控制。通过区块链技术可以天然解决这种访问方式。下面,我们描述一些为此目的而开发的区块链技术。

MedRec是一个去中心化电子数据管理系统,其中数据的许可和操作都记录在区块链中,并通过智能合约完成执行。MedRec协作供应商的完成对医疗数据的认证,机密性,审计和共享,并为患者提供全面的不可篡改的医疗数据服务。

在另一项研究中,Zhu等人提出了一种在云环境中实现可控的区块链数据管理的方法,以解决用户对账本数据缺乏控制的担忧。在他们的模型中,他们设计了一个特殊的信任权限节点,以使用户即使在多数攻击中也可以终止并阻止任何潜在的恶意操作。

Genestier等人的另一项贡献,提出了在医疗系统中重新赋予“同意管理”的新思想,该思想主要提供用户使用区块链来控制整个健康记录数据。但是,在其实现中没有授权设计,也没有访问控制。


医疗数据存储(基于云的应用)
基于区块链的医疗系统中,每笔交易都存储在区块链的块中,而区块链是一种去中心化的存储方式,分布在各个节点中。

在医疗保健系统中,患者医疗数据以EHR(电子医疗记录)的形式组织,被认为是大型分布式医疗存储的基础。HER可以存储在本地,也可以根据安全的考虑存储在云中。

云存储主要由众多存储设备组成,所有存储设备连接在一起形成大量存储,以容纳大量信息的基础设施。基于区块链的医疗系统就是此类IT基础架构的一个范例。云存储技术的优点是传输速度快,共享性好,存储容量大,成本低,易于访问和动态关联。

Al Omar等人提出了一种在云环境中以区块链技术为存储,以患者为中心的医疗数据管理系统,该系统有助于获得隐私。这项工作的主要思想是通过定义一组安全和隐私要求来实现可审计性,完整性和安全性,从而将涉及隐私的医疗健康数据存储在区块链上。

然而,Kaur等人引入了一个新术语BlockCloud,它实际上是在云环境中实现与区块链的融合。实施的思想是将数据分发和安全保持在同一环境下,而不涉及第三方。这项研究解决了医疗提供者,公共卫生机构,和政府之间需要协作并共同制定政策实施的挑战。


电子医疗记录
传统的医疗记录是基于纸张的,要追踪患者健康状况的时间顺序是很麻烦的。此外,它们还容易产生错误的数据,有时会导致对患者误诊。

引入电子病历能够减少上述弊端。电子医疗记录使医生可以显著提高治疗质量。此外,EHR可以改善疾病管理并提高预防保健水平。此外,数字记录还提供了更好的决策支持功能,并增加了各个机构之间的协作。因此,人们越来越意识到它在医疗界的作用,并且做了许多研究工作来设计区块链技术,以便在机构内部和机构之间保护,共享和存储EHR数据。

Chen等人为患者的个人隐私病历设计安全的云存储,开发了用于医学数据共享的安全区块链框架。在此框架中,医疗数据管理是通过使用数字档案来实现的,该档案拥有所有者信息的访问控制权。通过在链下部署云加密来存储。

在相关研究中,Guo等人介绍了一种基于属性的签名方案,该方案利用具有多个权限的区块链技术来保证和验证EHR。它促进了群组消息的广播,并且可以抵抗合谋攻击。

Wang 和Song 提出了一种基于区块链和基于属性的密码系统的云计算安全电子病历系统。为了加密医疗数据,他们同时使用了基于身份的加密和基于身份的签名的组合来实现数字签名。在该区块链之上,还使用其他技术来确保医疗设施的完整性和可追溯性。

上述三项研究主要集中在保护EHR块的密码学方面。但Roehrs等人提出了一些新的研究,解决了对分散在不同地方的医疗记录的统一,以及利益相关者的访问管理有关的问题。通过提出OmniPHR(一种用于集成个人健康记录(PHR)的分布式模型)解决了这两个问题,该模型使用并行数据库将PHR存储在块中,并结合了结构语义互操作性和不同PHR格式的更新统一。

Hussein等人用完全不同的方法开发了一个框架,该框架使用基于遗传算法和离散小波变换的区块链技术来保护医疗记录。所提出的方法利用改进的密码哈希生成器来生成必要的用户安全密钥。另外,通过采用离散小波变换,使用了MD5字符串来产生新的密钥格式。这种方法增强了一般系统的安全性,并能抵抗各种攻击。

这部分我们介绍区块链在医疗领域供应链管理中的应用。


供应链管理
SCM(供应链管理)旨在提高行业的效率,以简化从订购到供应的整个交付过程。供应链管理在医疗领域有广阔的应用前景。

由于医疗用品,药品和关键资源的订购是按照顺序分发的,因此存在危害供应链流程的风险,这可能直接影响患者的安全。

根据世界卫生组织(WHO)的一项研究,非洲有超过100,000人死于供应商订购的假药,以及剂量不当。除了伪造产品和药品之外,在医疗机构中缺乏产品注册和包装错误可能会破坏整个SCM 。

区块链是进入药品和医疗产品运输全过程的关键监控技术。由于所有交易都记录在分类账上,而区块链中的每个节点都保存了交易记录,因此很容易立即验证药物、供应商和分销商的来源。

此外,区块链的分布式帐本允许医疗机构官员和医生检查并验证供应商的凭证。通过适当和及时的认证流程,对供应链有了更深入的了解,药房和医疗机构提供者能够确保可靠的药品流到达最需要的患者手中。

在这方面,区块链技术在建立可信赖的供应商网络方面具有广阔的前景,使医疗健康管理员可以保护患者免受信誉不佳的供应商的侵害。此外,区块链技术有望大大提高需求预测,数据溯源,防欺诈和交易。下图说明了使用区块链技术的制药SCM过程。


• 步骤1:当一种新的药物或医疗健康方法发明后,将创建一个区块,其中包括专利保护和长期的临床试验过程。这些信息作为一种交易形式记录在区块链账本中。
• 步骤2:一旦临床试验成功,专利就被送到制造厂进行试验原型和批量生产。每个产品都有自己的独特身份,与区块链中的另一个交易或块集成在一起,包括其他相关信息。
• 步骤3:一旦大批量生产和包装完成,药品就会聚集在仓库里,以便将来分发。区块链包含诸如时间、批号、条形码、到期日等信息。
• 步骤4:运输信息也包括在区块链中,其中可能包括从一个仓库到另一个仓库的超时、运输方式、授权代理和其他信息。
• 步骤5:第三方分销网络通常负责向医疗保健提供者或零售商分销药品和医疗用品。每个第三方的仓库用于此目的,所有分发终结点都从这里链接。单独的交易也集成到区块链中。
• 步骤6:医院或诊所等护理提供者需要提供信息,例如,批号,产品所有者,过期日期以进行身份验证并防止伪造。这也包含在区块链中。
• 步骤7:零售商采取的行动与步骤6类似。
• 步骤8:鼓励患者在整个过程中确定真实性,因为区块链供应链向潜在买家提供透明信息以进行验证。


临床试验
医疗健康领域的临床试验面临许多挑战,包括个人数据隐私,数据共享和患者入院。区块链技术具有解决这些挑战的潜力。它提供了用于共享临床试验数据的模型,这些模型可以安全地实现透明性和可重复性。
Nugent等人提出了在以太坊专用网络上的智能合约,以解决信任下降和加强临床试验数据透明性的问题。这项研究的目的是提高临床试验结果的科学可信度,而这些可信度可能会因缺少数据等问题而受到损害。
为了增强临床试验和精准医疗,Shae和Tsai等人在传统的区块链之上开发了四个新的系统组件。这些包括用于大数据分析的基于区块链的分布式和并行计算原型;用于数据集成的数据管理组件;用于物联网设备隐私保护的身份管理组件;协作研究生态系统的数据共享管理组件。
在另一项研究中,Choudhury等人提出了一种使用智能合约的基于许可区块链技术的新型数据管理框架。这项研究的目的是减少管理负担,时间和减少在多站点临床试验中确保数据完整性和隐私的工作量。
Benchoufi等人在临床试验方法论的基础上开发了基于许可的工作流。他们基于时间戳对许可进行收集,包括智能合约的注册。即使在完整文档存储在公共存储(例如专用公共网站)中的情况下,数据的可追溯性可以确保此类极端敏感数据的可验证性和透明性。

制药业
制药公司一直在不懈地努力提高药物质量,以及发明针对多种疾病的新药。此类药物需要经过漫长的过程,以确保专利保护,安全性,功效,统计有效性和监管机构的批准。通常,这个过程需要很多年,从发现到商业化,其中临床试验占据了整个过程的大部分。
因此,由于缺乏安全性和私密性,这种漫长的过程很容易导致药品召回和假冒。通过在整个制药过程中使用区块链技术可以消除这一障碍。
我们可以通过使用区块链分布式账本来保留隐私并确保安全性,方法是确保将每个试用事件记录在防篡改的区块链节点中。
私有区块链可用于确保所有药品都遵守专利保护。这可以通过使用智能合约来提供完整性,可追溯性和透明性。
根据最近的一项研究,大约60%的制药公司正在或正在尝试使用区块链,这反映了区块链在该行业中的潜力。假冒药品是一个全球性问题,对公众和消费者构成巨大挑战。
Sylim等人在模拟网络中开发了一个药物监视区块链系统,以测试将该技术及其原理应用于药物监视系统的可行性。目的是改善伪造药品的可追溯性。该系统可抵制传统的药品供应链伪造,这对某些亚洲国家来说是一个重大问题。
在许多方面,Gcoin(全球管理coin)为每个节点(包括coin发行者,完整节点,矿工或普通节点)以分层关系提供动态角色,用于药品SCM。Tseng等人建议使用Gcoin区块链作为药品数据流的基础,以创建透明的药品交易数据。在制造商,批发商,零售商,药房,医院和消费者之间共享。药品交易的记录可以使药品供应链从监管(政府审计)转变为监督(每个参与者共同协作)。
另外,药品供应链的监管模型可以从审查检验改为监督网模型。十多年来,射频识别(RFID)技术一直被认为是可靠的所有权保留者,但是,超出了RFID受信任的领域,例如后供应链网络很容易通过克隆该识别来伪造。通过利用以太坊平台及其钱包,可以消除从制造商到最终客户的整个供应链中的此类漏洞。


供应链管理中的区块链用例
• 索赔和账单管理医疗健康服务有其自己的成本,已经使整个行业价值一万亿美元,并且正在迅速增长。医疗计费过程是医疗保健部门不可或缺的一部分。这是因为,如果不计费,没有账单,就无法确保正确的服务交付。此过程从患者入院到结账开始。它涉及几个步骤,例如登记,确认财务责任,记录和账单合规,转交索赔以及从保险公司接收付款。
整个计费方案可能具有挑战性,因为其中一些费用完全由患者的个人健康保险计划支付或由患者支付。医疗计费的主要问题之一是由于医生,患者和保险公司之间缺乏透明度和信任,导致计费过多。医疗保健行业的理赔和账单不断被滥用,但可以通过对每个利益相关者使用透明的系统来解决或减少理赔。区块链可以确保这种透明的系统,使每个人都参与到整个过程中,并消除他们之间的不信任。

• 质量管理
如果药物中含有不正确的成分,则该药物被认为是伪造的,并且意图隐藏或模仿其出处,真实性甚至有效性。
此外,产品和假冒药品对SCM的影响很大。它们在制药行业中的表现是竞争因素,极大地破坏了特定医疗保健行业的效率,真实性和强劲的盈利能力。
客户通常不知道他们在全球市场上购买和消费的产品的确切来源。由于这种药物对患者来说是恶意的,因此它是威胁全世界生命的问题。这也威胁到原始制药公司的声誉,使药物制造商和分销商在对策上投入大量资金。
研究发现,光谱和色谱等技术可有效检测假冒品,因为它们可检测到活性成分和图像样品成分。但是,它们有其局限性,因为它依赖于机电设备,这增加了管理费用。解决这些挑战的一种方法是在区块链上拥有药品制造商的信息,包括产品序列号和包装号,从而制药公司,药品制造商和客户可以通过连接到区块链来验证数据的真实性。该过程可确保在整个SCM过程中进行低成本的质量控制,产品注册,药品跟踪和药品假冒。

来源:巴比特



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