区块链技术在卫生健康领域的应用及发展

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随着全球新一轮科技革命和产业变革的不断深入，创新成为科技发展的第一动力。麦肯锡报告指出，区块链技术被认为是继大型机、个人电脑、互联网之后计算模式的颠覆式创新[1]。国务院2016年印发的《“十三五”国家信息化规划》将区块链技术列为战略性技术。在医疗领域，传统纸质病例、健康档案已经逐步被电子档案所取代。数字化存储带来了很大的便利，但伴随而来的是一些新的问题和挑战，譬如信息孤岛、数据安全等。区块链的突破性进展为解决这些问题提供了可能的方案。

1 区块链技术介绍

1.1 区块链的提出

区块链的概念是2008年末Satoshi Nakamoto发表在比特币论坛“Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System”一文中首次提出的[2]。区块链是利用链式数据结构验证与存储数据、利用分布式节点共识算法生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用自动化脚本代码组成的智能合约编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。简单来说，区块链是通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。

1.2 区块链技术

跟传统数据存储处理模式比较，区块链技术具有以下几个特点：一是去中心化。整个网络中没有中心化的硬件或机构，节点之间的权利和义务是均等的，除非可以控制一半以上节点，否则很难通过非法手段篡改数据。二是去信任。在缺乏信任的情况下，交易很难达成，在区块链中，每一笔交易记录快速自动复制到每个人账本上，超过半数人承认，交易便生效，避免了第三方中介的证明过程，大幅降低信任成本[3]。三是数据信息的完整透明和匿名性。在区块链中，数据在交易各方之间都是公开透明的，在整个供应链条上形成一个完整且流畅的信息流，实现数据从产生到结束的全流程监督以及数据的回溯等工作。此外，区块链中还含有多种加密算法，允许机构将敏感的信息附加在交易中，各节点只允许查看其权限内数据，增强数据隐私保护和数据的安全性。

1.3 区块链的发展

区块链在快速发展中逐步形成了区块链1.0、区块链2.0 和区块链3.0 的概念。区块链1.0主要是指以比特币为代表的虚拟货币；区块链2.0指的是可编程区块链，主要涉及区块链在金融领域的应用；区块链 3.0 将应用领域扩展到金融行业之外，覆盖人类社会生活的方方面面，预期将用于实现全球范围内日趋自动化的物理资源和人力资产的分配，促进物流、健康、教育、文娱等领域的大规模协作[4]。

2 区块链技术在各国卫生健康领域的发展

2.1 美国

2016年6月，美国卫生与公共服务部(Department of Health and Human Services，HHS)征集医疗保健行业的区块链应用研究报告，标志着美国卫生部门开始进行区块链领域的相关探索。HHS要求报告应该讨论虚拟货币和区块链技术的底层基本结构，探索区块链满足行业可操作性需求的方式，提出实施区块链技术的建议。征集要求还包括：报告必须要涉及以患者为中心的结果研究(Patient-Centered Outcomes Research ，PCOR)、药品和运行要求，以及使用分布式账本时医疗健康系统整体的安全性。

2017年1月，IBM Watson Health(沃森健康部门)与美国食品药品监督管理局签署了协议，旨在通过研究、开发和测试，将区块链技术应用于公共卫生的多个方面，包括医疗记录、临床试验、基因组数据和来自移动可穿戴设备和物联网的健康数据(当前项目主要是对肿瘤数据进行分析)。

2017年10月，美国疾病防控中心与IBM Watson Health计划利用区块链技术在医疗数据存储和传输领域展开合作，主要专注于区块链和人工智能技术的融合，旨在使健康医疗活动中的整个数据生态系统具备更大的流动性和更强的交互性。

2.2 英国

2016年12月，谷歌旗下人工智能公司DeepMind表示，将利用区块链的分布式账本技术，以更好地确保患者数据安全。基于此，DeepMind与英国国家医疗服务体系(National Health Service,NHS)信托公司合作，为医院开发病历数据存储的新模式。项目的预期目标是利用区块链技术存储患者信息，并将信息传递给医生和护士，如果患者病情加重，医院方面会收到相关信息提示，并给患者发送警告信息提醒。相对于传统数据的存储传输，区块链数据的不可篡改性和完整透明性，保证NHS、医院、患者可以实时追踪个人健康数据。

2017年5月，英国工程和自然科学研究委员会(Engineering and Physical Sciences Research Council,EPSRC)资助萨里大学一项名为“基于证据的医疗再分配合作模式”的研究项目，旨在探索区块链在个性化医疗护理活动中的价值。该项目使用区块链和机器学习等技术，将可穿戴设备的数据整合到一起，为公共和私人医疗保健提供安全的存储和传播方式。

2.3 中国

2017年8月，阿里健康与江苏省常州市合作“医联体+区块链”项目，旨在将区块链技术与当地医联体底层技术架构相结合，实现当地部分医疗机构之间数据的互联互通，即用低成本、高安全的方式解决信息孤岛和数据安全问题(图1)。现有的中心化区域卫生平台，在开发成本、响应速度方面都不能很好地满足点对点的互联互通需求。通过与阿里健康合作，利用其区块链技术将常州市旧有的IT设备和系统的信息串联在一起，实现乡镇卫生院和区级医院之间的互联互通，解决医院间的信息孤岛问题。阿里健康在常州区块链项目中设置了多层安全屏障，区块链内的数据存储、流转环节都是密文存储和密文传输，即使被截取或者盗取也无法解密。同时该项目设计了数字资产协议和数据分级体系，通过协议和证书明确规定了各级医院和卫生行政部门的访问和操作权限。此外，审计单位利用区块链防篡改、可追溯的技术特性，可以精准定位医疗敏感数据的全程流转情况，包括时间、地点以及授权范围，实现对数据的有效把控。

图1 常州市“医联体+区块链”架构

2.4 其他国家

2016年4月，荷兰飞利浦公司医疗事业部与区块链公司Gem达成合作协议，期望在全球医疗保健产业构建一个大的区块链网络，依靠以太坊技术建立私人医疗保健网络。根据计划，基于区块链技术的全球医疗网络将为每个患者设置独立的ID来保护病人的隐私，实现医疗记录对接，医院、保险公司、实验室可以实时共享信息，降低信息被盗和伪造的风险。

2017年7月，日本GMO Internet集团推出开源软件项目GMO Blockchain OSS，该项目将使用区块链技术开发应用程序源代码。同年8月该集团推出了医疗记录共享系统。该系统是一种使患者或用户能够向医疗机构申请查看医疗信息的系统，包括最新的医院和药店分布、患者电子病历、处方数据等信息。在得到用户授权后，医生将能够通过该系统获得精确的用户病史，并通过医院医疗设备了解患者可能患有的症状以及服用过的药物等信息，进而给予针对性治疗方案。

2017年5月，爱沙尼亚电子卫生基金会(Estonia eHealth Foundation)与数据安全企业Guardtime合作，利用区块链技术保证数百万份患者医疗记录的安全性。该基金会整合Guardtime的无钥签名基础设施的区块链技术(Keyless Signature Infrastructure，KSI)和基金会Oracle数据引擎，已实现实时查看患者病例。由于使用区块链技术的数字交易将会被记录且无法更改，信息可以在全球范围内实现实时共享，爱沙尼亚政府计划借此保护居民的电子健康档案[5]。

3 区块链技术在卫生健康领域的应用

3.1 医疗领域

在卫生服务领域，患者的医疗数据一直是宝贵的资产。由于医院信息化建设进度参差不齐，部分医院内部信息系统不能集成，医院之间信息系统交互性差，医疗记录的数据结构不统一，电子病历数据标准不规范，导致医疗数据共享十分困难[6]。医疗数据的存储、传输和利用存在诸多问题，其中敏感数据泄露的问题十分突出。2017年美国一家医疗企业因系统管理失当，导致约47.5 GB数据泄露，涉及约15万患者的姓名、地址和病例纪录等敏感隐私信息。个人的医疗记录涉及个人隐私，属于个人数据，只有授权的用户才能访问。传统的医疗数据采取中心化的存储策略，大量的医疗数据积聚在医院信息中心或区域的卫生数据中心，随着医疗数据的激增，中心承载负荷也在持续加强，安全隐患不断增加。

针对医疗数据存在的问题，区块链技术以其特殊的技术架构，为数据存储传输提供了良好的解决方案。基于当前医疗数据的利用需求和区块链的技术特点，提出基于区块链的新型医疗数据存储架构，如图2所示。该架构主要分为数据层、通信层、共识层和应用层4层。

图2 基于区块链的医疗数据存储架构

在数据层中，患者的医疗记录以区块的方式永久储存，通过哈希函数创建映射指针将区块按时间戳连接成链，保证医疗记录的不可篡改性。医疗数据链的传输采用非对称加密算法，医疗数据产生方(如医院)在产生数据后，利用公钥对数据进行加密，患者利用私钥解析数据，保证数据传输的安全性。此外，医疗数据区块链还可以通过设置多私钥、复杂时间和空间的单人授权或多人授权，规定不同人群的不同权限，并在时间上加以限制，如特定诊疗时间区间只有相应的医生才能调阅数据。同时，每条医疗记录必须有相应医护人员的数字签名，这也是区块链技术透明性的重要保证。一旦出现医疗纠纷，便于对医疗记录进行追溯查找。医疗数据能够被多方授权建立、追加、分享，将会重新塑造整个医疗行业的效率和透明度。

在通信层，医疗数据链通常采用P2P技术组织各个节点，有别于传统的中心化网络模式。P2P网络中各节点平等，不存在中心化的服务器，对于医疗数据大规模泄露具有很好的防范作用[7]。同时分布式的数据存储，也提高了整个系统的冗余性和稳定性。

共识层是医疗数据链中各节点达成一致的策略和方法，这解决了在不可信信道上传输可信信息、价值转移的问题，达到了去中心化背景下节点互相信任的状态。传统的工作量证明需要进行数学运算获取记账权，消耗较高的资源，可监管性也比较差，达成共识依赖于全网的共同参与。权益证明[8]的主要思想是节点记账权的易获得度与节点持有利益正相关，相比于工作量证明，减少了资源消耗，提高了性能[9]。

应用层的智能合约可以满足医疗服务商对于医疗数据采集和交换解决方案的需求。这是一个多用户参与制定、通过P2P网络扩散、区块链上自动执行的程序，可以使患者放心地把医疗数据交付给数据研究人员，促进健康医疗大数据的分析和深层次利用。

3.2 医保领域

2018年1月，某三甲医院爆出“骗保”事件，整个过程触目惊心。因此，如何有效保证医疗保险理赔的严谨性，同时最大程度地减少患者的理赔时间一直是医保领域的一大难题。新兴的区块链技术与医保的有机结合为此提供了行之有效的解决方法。首先，基于区块链式存储的医疗数据，成为患者真实可信、无法篡改、终身有效的数字身份证，避免了投保方因就医行为等信息的认定差异而造成理赔纠纷[10]；其次，将不同的医保部门、医保公司、行业数据引入区块链，实现了相互参考比对；区块链记录了投保方的每一次投保信息，能够及时发现重复投保、历史理赔等信息。同时不同行业数据联通，在区块链上可以查询投保人就诊记录、直系亲属就诊记录，避免了带病骗保等事件的发生。

保险机构可以在利用区块链技术对投保人的健康状态和经济能力等个人信息进行综合评价后，定制精准且差异化的保险价格。利用区块链的智能合约系统，能够在满足既定条件下实现自动理赔，可以显著提高保险公司的工作效率，增加投保人对于保险行业的信任度[11]。基于区块链可以解决信任问题。利用区块链存储医疗数据和投保数据，利用智能合约自动执行理赔过程，可探索医保的P2P模式。

3.3 医药领域

区块链在医药流通行业将引领3方面的发展：一是基于区块链技术实现药品生产、流通过程中的各种数据无法篡改，增加药品数据的可信度，同时允许制药公司将产品合规性、供应链条件、可追溯性信息记录在区块链中，增加产品的可识别性，使制药公司能够解决药品被假冒的问题，从而减少假药造成的社会危害；二是通过区块链的智能合约，提高医药行业企业之间的协同能力和效率，增加医药行业和金融保险行业的协同能力，通过区块链，制药公司可以简化药品的开发、测试和分发流程，使整个供应链管理更加安全和透明；三是通过区块链技术，将前端企业的产品生产数量、流向信息以及经销商信息等利用加密技术传输给后端企业，不再依靠第三方，有效降低商业机密被窃取的风险。此外，由于区块链是自动多备份，医药产业链上的节点都会重复存储相关数据，可以避免某个企业因为自身数据中心的故障而丢失数据。

3.4 基因组学领域

基因组数据可能隐藏个人预期寿命、抑郁症或精神分裂症倾向、种族血统、预期智商，甚至是政治倾向等信息，十分敏感。同时，科研工作者希望通过研究基因组，推动个性化诊断和个性化药物的研发。个人隐私与科技创新之间可能的冲突使基因组学发展受限，区块链技术利用其匿名性和独特加密机制，为解决这一矛盾提供了可能。基因数据拥有者可以为医生或数据共享的第三方提供有时间限制的密钥，利用区块链数据传输的透明性可以实现对数据利用的每一个环节、每一个流程的追踪和回溯。区块链既能安全地存储个人基因数据，又能确保这些数据被科学合理地共享和应用，有效平衡了隐私保护和科学利用之间的矛盾。

4 讨论

在不断探索区块链与医疗领域相结合的过程中，我们也应该清晰地认识到，医学区块链项目主要存在以下3个难题：一是去中心化和中心化管理的矛盾。去中心化但无法实现完全没有中心，因为在一个完全去中心化的体系里，针对数据格式更正、数据质量改善以及数据泄露等情况，由于缺少统一的管理核心，系统无法实现自动调整或者修复。二是区块链技术的标准化工作有待推进。区块链技术应用场景多样复杂、监管缺失、平台与应用的安全等多方面的问题交织在一起，对区块链发展构成严重挑战，制约了区块链长久有序发展。三是区块链耗能问题突出。生成区块需要经过很多无意义的计算，导致占用资源过多，包括计算资源和存储资源，这也意味着低效和浪费。此外节点用户越多，处理量也就越庞大。

任何一项新技术从萌芽到规模壮大都需要经历复杂的探索过程。对于区块链需要保持谨慎乐观的态度，应该把鼓励创新和防范风险紧密结合起来。一方面紧跟国际前沿动态，积极寻找区块链在医学领域新的着力点，创新技术、产品和模式；另一方面严格防范可能出现的数据泄露风险。我们希望通过使用区块链技术，使医院、医生、患者、保险公司、药企、科研机构等相关方成为链条上的一环，降低人们之间的信任成本，加强医学数据的隐私安全，规范数据的管理和运用，服务于医疗卫生事业。