區(qū)塊鏈技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

謝毅 葉哲偉

自區(qū)塊鏈技術(shù)不斷被計算機科學(xué)、金融、房地產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、交通、能源等多個行業(yè)提及，我國相關(guān)政府部門積極重視其行業(yè)發(fā)展，相繼發(fā)布了相關(guān)的文件來引導(dǎo)。2016年12月發(fā)布的《“十三五”國家信息化規(guī)劃》，該文件中提出需要加大區(qū)塊鏈等新技術(shù)的創(chuàng)新應(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)療信息管理中的優(yōu)勢，促進互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院的發(fā)展[1-2]。作為目前醫(yī)療改革背景下的新技術(shù)，可以預(yù)見區(qū)塊鏈與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的結(jié)合將成為一種新的應(yīng)用模式，有效改善當(dāng)下臨床醫(yī)療工作的環(huán)境。

一、區(qū)塊鏈相關(guān)知識介紹

1.區(qū)塊鏈技術(shù)簡介：區(qū)塊鏈(blockchain)也叫分布式總賬技術(shù)，是指通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。該技術(shù)方案主要讓參與系統(tǒng)中的任意多個節(jié)點，通過一串使用密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊(block)，每個數(shù)據(jù)塊中包含了一定時間內(nèi)的系統(tǒng)全部信息交流數(shù)據(jù)，并且生成數(shù)據(jù)指紋用于驗證其信息的有效性和鏈接(Chain)下一個數(shù)據(jù)庫塊[2]。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)的概念公認為《中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書》中對其的解釋，將其定義為：分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的新型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式[3]。

2.區(qū)塊鏈技術(shù)特征及其優(yōu)勢：區(qū)塊鏈的特征可以概括為以下幾點：(1)去中心化：整個網(wǎng)絡(luò)中不存在中心化的管理機構(gòu)，而是一種分布式端到端的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的權(quán)限對等；(2)自治性：采用基于協(xié)商一致的規(guī)范和協(xié)議使得整個所有節(jié)點能夠在去信任的環(huán)境自由安全地交換數(shù)據(jù)；(3)安全可信：采用非對稱密碼學(xué)技術(shù)對交易數(shù)據(jù)進行加密，同時借助工作量證明機制保證數(shù)據(jù)理論上難以篡改；(4)公開透明：所有的交易記錄在全網(wǎng)公開透明，打破了信息不對稱[4]。

二、區(qū)塊鏈技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

1.醫(yī)療數(shù)據(jù)儲存與共享：在診療過程中，病人的醫(yī)療數(shù)據(jù)涉及生命安全和個人隱私。傳統(tǒng)的病歷儲存在各個醫(yī)院的中心數(shù)據(jù)庫，在一定程度上導(dǎo)致了“信息孤島”現(xiàn)象。區(qū)塊鏈允許病人掌握自己的醫(yī)療信息，利用區(qū)塊鏈技術(shù)來保存電子病歷、檢查數(shù)據(jù)和可穿戴設(shè)備上的健康數(shù)據(jù)，形成個人醫(yī)療健康記錄的歷史數(shù)據(jù)庫，病人根據(jù)自己的意愿向第三方授予訪問其電子健康記錄的權(quán)限。Esmaeilzadeh等[5]從病人角度出發(fā)，研究結(jié)果顯示參與者對實施基于區(qū)塊鏈的交換機制以保護隱私、協(xié)調(diào)和信息交換持積極態(tài)度，提出了基于區(qū)塊鏈的電子病歷系統(tǒng)的潛力和限制，倡議醫(yī)療保健組織應(yīng)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(qū)塊鏈的醫(yī)療數(shù)據(jù)網(wǎng)App(Healthcare Data Gateway)，可以用于醫(yī)療數(shù)據(jù)分享。利用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化可以安全地保存?zhèn)€人醫(yī)療信息，讓病人擁有個人完整醫(yī)療記錄的歷史數(shù)據(jù)庫，而不是把信息交付于某一個機構(gòu)來保管，可以解決各個醫(yī)院醫(yī)療數(shù)據(jù)不互通、數(shù)據(jù)偽造更改等問題。這種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)保存方式不僅有利于病人隱私的保護，同時也有助于醫(yī)療去中心化和信息共享的實現(xiàn)。

2.基因診療：運用區(qū)塊鏈可以開發(fā)DNA信息存儲數(shù)據(jù)庫，對基因和醫(yī)療數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)共享，便于生物醫(yī)藥公司進行數(shù)據(jù)采集，提高研發(fā)效率。區(qū)塊鏈去中心化的特性，對基因大數(shù)據(jù)庫收集有著天然的優(yōu)勢?；趨^(qū)塊鏈去中心化建立的大規(guī)模安全數(shù)據(jù)庫，利用強大的計算能力，在基因診斷上區(qū)塊鏈技術(shù)的使用將會成為工業(yè)化基因測序的技術(shù)基礎(chǔ)。如此，區(qū)塊鏈DNA測序技術(shù)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(jié)果的記錄要求苛刻，而區(qū)塊鏈技術(shù)能夠為研究人員提供可追蹤的實驗結(jié)果記錄和臨床報告，這對于實驗結(jié)果的保存和減少臨床實驗記錄造假具有重要作用。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前的實驗研究中有一半的實驗結(jié)果未被報告，區(qū)塊鏈技術(shù)可以解決臨床實驗中存在的選擇性報告和不真實結(jié)果，從而減少學(xué)術(shù)不端的發(fā)生?；趨^(qū)塊鏈的研究數(shù)據(jù)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(jié)果都可以存儲在區(qū)塊鏈上。區(qū)塊鏈還可以將臨床實驗的幾個階段聯(lián)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(qū)塊鏈中的一個特定的地址上，其執(zhí)行權(quán)限通過網(wǎng)絡(luò)密鑰進行密碼驗證，以展示如何更好地強制執(zhí)行對臨床實驗的信任，以及如何消除數(shù)據(jù)篡改。他們證明，現(xiàn)代協(xié)議提供的加密保證可以超越“存在的證明”，并用于復(fù)雜的臨床。Engel[8]等認為區(qū)塊鏈技術(shù)可以顯著改善手術(shù)結(jié)果研究和實驗設(shè)計，改變我們對實驗設(shè)計的想法，并可能產(chǎn)生真正可驗證和不可變的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，區(qū)塊鏈技術(shù)進入手術(shù)結(jié)果研究還為時過早，但不可否認其作為公共密碼控制的數(shù)據(jù)存儲的基本屬性，可以提高實驗數(shù)據(jù)的真實性。

4.醫(yī)藥市場溯源：據(jù)美國公共利益醫(yī)學(xué)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(nèi)增長90%。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%。這類假藥不僅包括影響生活方式產(chǎn)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(shù)情況下，顯示的劑量太高或太低，或者是以不純的方式生產(chǎn)的。當(dāng)偽造的藥物中沒有預(yù)期活性物質(zhì)的蹤跡時，它對人體就變得極其危險。醫(yī)療器械和醫(yī)藥追溯系統(tǒng)，可利用區(qū)塊鏈上不可篡改、信息真實、靈活的可編程等特性，構(gòu)建不可篡改的設(shè)備身份信息，以解決醫(yī)療行業(yè)中難以監(jiān)管的痛點問題。利用區(qū)塊鏈來追溯設(shè)備的申請、采購及使用情況，將使得設(shè)備信息更加公開透明，設(shè)備維護更加及時，從而實現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備器械的流程信息化管理目標(biāo)。區(qū)塊鏈本身的鏈條特性意味著，藥品公司可以創(chuàng)造一個圍繞藥品物流的“單一真實來源”藥品供應(yīng)鏈條，并通過追蹤這個藥品供應(yīng)鏈，確保鏈條的完整性，全流程終身管理。Radanovi等[9]通過區(qū)塊鏈追蹤藥企供應(yīng)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(shù)嵌入膠封，已經(jīng)在偽造、調(diào)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(qū)塊鏈作為藥品數(shù)據(jù)追蹤的基礎(chǔ)，創(chuàng)建透明的交易數(shù)據(jù)。此外，藥品供應(yīng)鏈的監(jiān)管模式可以從單純的檢驗審查模式轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)督網(wǎng)絡(luò)模式，參與藥品供應(yīng)鏈的每個單位都可以同時參與，保護包括病人在內(nèi)的公眾健康。

5.可穿戴設(shè)備健康監(jiān)護：全球可用的健康應(yīng)用程序和健康可穿戴設(shè)備的豐富導(dǎo)致了強大的數(shù)據(jù)洪流，這些數(shù)據(jù)可用于醫(yī)療問題相關(guān)研究。區(qū)塊鏈在病人生成的健康數(shù)據(jù)領(lǐng)域提供了各種應(yīng)用可能性，例如，全球瑞士數(shù)字健康銀行HealthBank開始在處理數(shù)據(jù)交易和共享個人健康數(shù)據(jù)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(huán)境中管理他們的健康信息，并實施區(qū)塊鏈技術(shù)，由此數(shù)據(jù)主權(quán)完全掌握在用戶手中。在將來，使用區(qū)塊鏈病人生成的個人健康數(shù)據(jù)(如心率、血壓、服用的藥物、睡眠模式、飲食習(xí)慣等)可以從健康應(yīng)用程序、可穿戴設(shè)備或就診中檢索，并安全地存儲在健康銀行區(qū)塊鏈中。當(dāng)運動量超過身體負荷時適時地將信息反饋給用戶以調(diào)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(shè)備普及的將來，區(qū)塊鏈的引入將會更加緊密而精準(zhǔn)地記錄慢性病病人的健康狀況，這對慢性病的控制和預(yù)防猝死具有重大意義。

6.醫(yī)藥支付和理賠：隨著疾病發(fā)生率的增加，全球醫(yī)療經(jīng)濟支出增加，由此引發(fā)的醫(yī)療經(jīng)濟糾紛也不斷增多。區(qū)塊鏈的發(fā)展對于醫(yī)藥支付賬單透明化以及醫(yī)療糾紛索賠可能起到一定作用。有資料顯示，運用區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計一個醫(yī)藥支付平臺可以幫助病人預(yù)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(yī)院的共享信息，為病人提供醫(yī)療信息咨詢，還可以提供預(yù)付賬款等服務(wù)。由此，病人對于醫(yī)療費用的預(yù)估會更加準(zhǔn)確；同時，在發(fā)生醫(yī)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(quán)益實現(xiàn)個性化服務(wù)具有顯著意義。

7.醫(yī)學(xué)教育：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展模式也在不斷演進。網(wǎng)絡(luò)課堂的興起為廣大醫(yī)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(xué)習(xí)的絆腳石。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化和分布式儲存可以讓廣大的醫(yī)學(xué)人員共享醫(yī)學(xué)信息資源，同時還可以建立可靠的學(xué)生誠信體系，用于考試作弊和學(xué)歷造假等的查處。麻省理工學(xué)院(MIT)已于2017年夏天在111名畢業(yè)生中啟動了一項試點計劃，包括向他們的智能手機發(fā)放數(shù)字文憑(除了傳統(tǒng)的紙質(zhì)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(gòu)共享[11]。利用區(qū)塊鏈技術(shù)的不可篡改還可以實現(xiàn)技術(shù)成果及專利權(quán)益的維護，這對于實現(xiàn)社會公正意義深遠。

8.醫(yī)療信息化管理：目前，醫(yī)院大多采用電子病歷系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)、醫(yī)院信息管理系統(tǒng)來記錄病人信息和醫(yī)院信息管理，當(dāng)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(qū)塊鏈技術(shù)的信息共享平臺，可以將各個醫(yī)院的信息進行集成加工并打包分享到其他醫(yī)院，這對于化解“信息孤島”起到重要作用。醫(yī)生在接診病人時能夠提前了解到其在別的醫(yī)院進行的相關(guān)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(qū)塊鏈的授權(quán)訪問實現(xiàn)了不同醫(yī)院、不同廠家、不同醫(yī)療設(shè)備的信息互通，大大節(jié)約了臨床成本。

9.醫(yī)療供應(yīng)鏈與采購：對于醫(yī)院而言，最主要的支出就是采購，包括采購醫(yī)療設(shè)備和藥品，采購政策也是醫(yī)療保健管理的一個方面，可以通過實施區(qū)塊鏈來大大改善，因為這項技術(shù)將確保商品供應(yīng)是透明、可驗證和更高效的。所有價格、合法招標(biāo)要求和某些供應(yīng)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(lián)網(wǎng)自動進行。圍繞醫(yī)療設(shè)備和藥品產(chǎn)生的“區(qū)塊鏈+”供應(yīng)鏈體系將在應(yīng)收賬款可信交易與管理、交易的全程追溯、跨機構(gòu)的互通互利等方面有很大的應(yīng)用空間。同時，其落地場景也可以在設(shè)備融資租賃、供應(yīng)鏈保理、藥品溯源等方面展開。

10.公共衛(wèi)生事件監(jiān)管與應(yīng)對：當(dāng)突發(fā)公共衛(wèi)生事件時，醫(yī)用防疫緊急物資的供應(yīng)流程與傳統(tǒng)供應(yīng)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(fù)雜、更分散的物資來源與特殊供給，各方信息嚴(yán)重不對稱，相比傳統(tǒng)供應(yīng)鏈信息管理，其挑戰(zhàn)更大。以此次新型冠狀病毒肺炎(2019-nCoV)為例，我國針對突發(fā)公共衛(wèi)生事件的應(yīng)急機制缺乏綜合性預(yù)案，針對本次新型冠狀病毒肺炎疫情，疫情嚴(yán)重地區(qū)醫(yī)用緊急物資的供應(yīng)、調(diào)配和發(fā)放方面都出現(xiàn)一定的欠缺，需從制度設(shè)計上進行完善。區(qū)塊鏈的時間戳可使物資供應(yīng)過程中各時點的數(shù)據(jù)均能得到真實性認證，從而提高醫(yī)用防疫緊急物資供應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還可平衡各醫(yī)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(fā)布的公信力，提升全民防疫信心[12-13]。

三、區(qū)塊鏈技術(shù)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的挑戰(zhàn)

1.應(yīng)用推廣問題：目前關(guān)于區(qū)塊鏈應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)還沒有正式確立，另外，由于去中心化屬性對傳統(tǒng)醫(yī)療管理機構(gòu)會帶來沖擊，導(dǎo)致相關(guān)機構(gòu)和部門對區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用持謹慎態(tài)度，其推廣和應(yīng)用受到限制[14]。

2.數(shù)據(jù)儲存空間問題：隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，數(shù)據(jù)量將會呈現(xiàn)井噴式增長，區(qū)塊承載的數(shù)據(jù)信息越來越多，對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的存儲空間提出更高的要求。如果每一個節(jié)點的數(shù)據(jù)都完全同步，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的存儲空間容量要求就勢必成為一個制約其發(fā)展的關(guān)鍵問題，直接影響醫(yī)療部門更新數(shù)據(jù)信息和醫(yī)患對數(shù)據(jù)獲取實時性的需求。

3.隱私安全保密問題：在區(qū)塊鏈的公有鏈中，每一個參與者都能夠獲得完整的數(shù)據(jù)備份，所有交易數(shù)據(jù)都是公開透明的，這既是區(qū)塊鏈的優(yōu)點也是其缺陷。區(qū)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(guān)聯(lián)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(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上公開的交易信息來重新識別該用戶，這個問題對于醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要，因為與病人相關(guān)的個人可識別信息高度敏感，這在醫(yī)療行業(yè)是不被允許的。

4.抗壓能力有限問題：盡管區(qū)塊鏈3.0時代已經(jīng)來臨，但是目前沒有大規(guī)模地使用區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)節(jié)點，如果一旦將區(qū)塊鏈技術(shù)運用到全球幾十億數(shù)量級的人類健康數(shù)據(jù)環(huán)境，區(qū)塊鏈將會面臨巨大挑戰(zhàn)。

四、區(qū)塊鏈技術(shù)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的前景展望

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