5G与区块链技术在智慧医院建设中的应用研究*

刘迷迷 王 瑶 满坚平 张武军

(中山大学中山医学院 广州510080) (中山大学附属第一医院 广州510080)

罗育泽 周 毅

(广州中大数字家庭工程技术研究中心有限公司 广州510006) (中山大学中山医学院 广州510080)

1 引言

1.1 智慧医院发展概况

我国公共医疗卫生系统还不够完善，存在医疗成本高、覆盖面低和医疗资源分配不均衡等问题[1-2]，看病难、看病贵的现象依然存在[3]。智慧医院建设是缓解这些问题的有效途径[4]。智慧医院的概念源于2009年IBM提出的智慧地球战略，主要解决医疗卫生资源分布不均衡、医疗服务效率低及高质量患者看护人员短缺等问题。国外智慧医院建设起步较早[5]。随着“互联网+医疗”的不断推广与发展，2012年我国智慧医院建设探索起步[6]，掌上医院APP、“超级医生沃森”等建设与引入带来了智能化、智慧化的医疗服务[7-8]。2015年我国公布第1批智慧医院试点单位名单，各地逐步开展智慧医院示范建设，全国智慧医院建设进入快速发展时期。2017-2019年，国家先后发布《关于推进医疗联合建设和发展的指导意见》《医院智慧服务分级评估标准体系(试行)》和《关于进一步完善预约诊疗制度加强智慧医院建设的通知》等，强调创新建设完善智慧医院系统，提高医院治理现代化水平，为患者提供高质量、高效率和安全的医疗服务[9-11]。至此我国推进智慧医院建设的基本框架初现，智慧医院建设在全国推广开来，开始蓬勃发展。

1.2 智慧医院建设存在的问题

我国智慧医院建设发展至今，数量已得到较大提升，但建设过程中仍存在较多共性问题。例如不同医疗机构或同一医疗机构在不同信息化时期采用的标准和规范不一致，信息孤岛问题依然存在;医院间信息集中程度低，跨机构数据共享与交换困难；多源异构数据汇聚融合不足，数据质量不高，有效利用率低；智能化和智慧化系统应用较少，机构内智慧医疗水平不高，跨机构医疗业务协同不足；医疗数据安全和可信网络风险严峻，患者信息安全与隐私保护困难等[12-13]。

1.3 解决思路

5G与区块链技术在健康医疗领域的不断应用与发展，为解决智慧医院建设相关问题带来新思路。结合5G与区块链技术在实现数据高效、稳定传输的同时可保障数据的可信度与安全性，实现智慧医院建设中信息的标准规范统一、协同交互、高效利用、安全可信，是智慧医院建设的重要方向，将具有广阔的应用前景[14-17]。

2 5G与区块链技术在智慧医院建设中的应用概况

2.1 5G技术应用概况

5G是基础通信技术，具有用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率和移动性等关键性能指标,可实现数据的高速传输，大大提升了数据传输效率，为传递海量数据和信息提供了可能[18]，能够推动健康医疗领域数字化、智能化、网络化发展，促进智慧医疗服务创新升级及相关产业加速发展[19]。国内外已经在一些医疗场景初步应用5G，包括远程手术、远程会诊、远程超声、急救服务等。例如：诺基亚公司与芬兰奥卢大学合作开展基于5G网络环境的移动急救[20]；中国移动帮助解放军总医院完成首例5G远程人体手术，并与中日友好医院合作开展5G远程急重会诊；广东省人民医院与高州市人民医院基于5G完成首例远程心脏病手术[21]；四川省第四人民医院基于5G开展分诊导诊机器人、增强现实(Augmented Reality，AR)远程针灸、虚拟现实(Virtual Reality，VR)远程超声、智慧医疗服务端等智慧医疗应用[22]。这些应用一定程度上提高了医疗服务的效率和质量，但还未充分发挥5G的技术优势。5G在智慧医院中的应用将越来越广泛和深入，能够有效构筑智慧医院所需物联基础设施[23-24]，尤其在远程示教等更多远程医疗、紧急救援、智慧导诊、人工智能(Artificial Intelligence，AI)辅助诊断等智慧医疗场景，以及在VR病房探视、移动查房、智能输液监控、远程慢病及健康监护等智慧管理场景中应用前景明朗[25]。

2.2 区块链技术应用概况

区块链是一种分布式、去中心化、隐私保护的技术工具，是实现机构间数据安全、可信的交互与共享的关键技术，目前正逐步从商业应用进入医疗领域，其研究与应用备受关注[26]。区块链利用去中心化、防篡改、可溯源等技术优势保护患者隐私，可保障医疗机构间数据共享的安全性和可信性，促进各医院医疗协同与优势互补[27-28]。国内外已初步将区块链技术应用于医疗卫生领域，包括利用区块链技术创建跨机构的医疗数据管理系统[29-30]，实现机构间医疗业务数据互联互通和医联体内互联网远程专家联合诊疗[31-32]，以及在电子病历等临床数据及个人健康数据共享、医保审核、药品及处方防伪、医疗器械与医疗用品跟踪、疫情防控等方面的应用[33-35]。可见利用区块链保障数据安全可信的技术特点有望重塑医疗卫生事业信任格局[36]。

2.3 5G与区块链技术应用的关键

目前国内外正逐步将5G与区块链技术应用于智慧医院建设，实现了部分电子病历、影像和诊疗信息等大量健康医疗数据的跨机构快速传输、同步共享调阅及智慧医疗等应用，一定程度上缓解了大量数据传输费时费力、“信息孤岛”和数据安全等问题。与此同时，5G与区块链技术在健康医疗领域应用中还存在一些问题与挑战。一方面，5G技术在医疗领域应用和发展还处于早期探索阶段，存在基站组网和运行费用昂贵，相关行业标准不完善，信息安全和隐私保护困难等问题与挑战[37];区块链技术在医疗领域应用实践经验少、数据存储空间需求大、大规模数据交流负荷大，大规模推广运行存在阻力，区块链网络在患者隐私保护和数据安全方面仍存在薄弱环节[26]。另一方面，当前对于利用5G与区块链技术加强智慧医院建设和改善医疗服务主要体现在单项技术应用方面，没有很好地融合5G和区块链技术，兼顾数据传输共享的效率及安全性与可信性；数据跨机构共享范围仅限于极少数机构，可共享数据量较小，不能真正实现海量医疗数据的共享利用。因此，当前5G与区块链技术在智慧医院建设中应用的关键在于解决单项技术在健康医疗领域应用中的问题与挑战，以及进一步探索两项技术在智慧医院建设领域的融合应用。例如有学者提出建设基于“5G+区块链”的远程协同诊疗平台、智慧医疗网络安全应用体系及物联网数据共享方案等设想[38-40]。在保持大量数据高速传输与共享的同时，解决当前建设中存在的数据传输共享的安全与可信问题，发掘出更多智慧医疗、智慧健康的应用场景，引导智慧医院沿着功能实用、信息共享、服务智能的方向建设，为智慧医疗发展带来新的机遇。

3 5G与区块链技术在智慧医院建设中的应用前景

3.1 电子病历数据共享及效率、安全、可信保障

医院电子病历数据最大的特点是体量巨大，并且具有很强的隐私性和安全性，极大地限制了跨机构电子病历交互共享，制约着我国智慧医疗体系发展。这主要体现在医联体和分级诊疗的智慧医疗体系中，各医院间电子病历数据的验证、存储、传输、访问、共享、分析与挖掘利用等过程中都存在数据交互标准、效率、安全性和可信性等问题。对此可在顶层架构和系统设计上建立基于5G的通信网络，以实现不同医疗机构、信息系统、医疗设备和智能终端之间电子病历数据的高速传输，提高电子病历数据互联互通和共享利用的效率。同时利用区块链的数据结构、分布式节点共识算法、密码学和智能合约等技术来验证、存储、生成、更新、编程和操作数据，同时保证数据传输和访问的安全。将这种分布式组织架构与计算范式融入智慧医疗体系建设，保障多源、多模态患者电子病历数据的不可篡改性和可追溯性。利用区块技术将电子病历进行分级分层保护，保障各医院需要共享的数据保存在本地，确定电子病历主索引等数据上链的边界，所有数据参与方维护1份数据账本；利用数据沙箱和安全多方计算技术解决各医院间数据交互的稳定、准确、完整、安全和可信问题，保障各医院的权利，防止患者隐私泄露；通过身份认证与用户授权等方式控制数据访问以保障患者个人隐私和电子病历数据协同交互的安全性，防止数据滥用。此外，区块链技术在跨医疗机构和数据量大的情况下存在大规模的数据交流，时间成本较大，因此也需要结合5G技术来提高电子病历数据交互共享和利用的效率。

3.2 医疗处方流转的关键应用

针对智慧医院的处方流转需求，将5G和区块链关键技术应用于医院现有处方流转业务流程，优化和提升现有处方流转平台的安全性、可信性、可追溯性和效率。在当前智慧医院电子处方流转的业务流程中，处方真实性来自于开立医院的背书，社会药房无法验证处方的真实性；此外处方内容与剂量是医生对患者病情准确评估后开具的，每张处方仅应核销1次。利用5G和区块链技术优化处方流转平台，实现医生开立纸质或电子处方后，处方信息快捷接入流转平台，并由医院进行数字签名，形成医院对处方真实性、有效性的背书；社会药房通过资质审核后，利用可信终端接入流转平台；患者前往药房购药或将电子处方流转至药房时，药房通过流转平台核验处方真实性、有效性，并通过数字合约核销后予以配药。处方开立、流转、核销的全流程记入区块链账本，实现处方流转的流程可追溯性和易于监管；利用零知识证明、同态加密及安全多计算等密码学与区块链关键技术，防止处方内容被篡改和重复使用，保障药品追溯和用药安全。在此过程中，将5G技术应用于处方流转的全流程，即使终端设备类型多样，患者开具处方的医院距离药房甚远，以及患者在多家开具处方的医院和多家药房取药等情况下，需要处理和传输的数据量大、过程复杂，也能实现处方的快速流转。如此，提高医院内医护人员及药房药师间处方流转效率，保障患者用药安全、可信和取药方便快捷。

3.3 医学影像智能辅助诊断创新应用

5G和区块链技术为医学智能影像辅助诊断带来了创新应用，将改造现有医学影像智能辅助诊断业务流程。尤其在医联体和分级诊疗模式下，针对远程医疗和移动人工智能疾病辅助诊断应用需求，利用上级医院临床与科研数据中心、互联网医院、远程医疗平台、分级诊疗体系及移动CT等已构建的医学影像智能辅助诊断系统，结合5G提高医学影像数据传输速率及系统容量、减少延迟。区块链技术保障远程数据传输、共享和业务协同的完整性、安全性和可信性。同时集成机器学习、模式识别、图像与图形学、深度学习、强化学习等人工智能相关算法与工具集，对患者的医学影像数据进行深度挖掘和学习，提升现有系统诊断的准确性。以5G与区块链技术支撑远程疾病诊疗的数据协同交互和有效利用，实现远程医学影像、移动CT检查同智能辅助诊断流程的无缝对接。具体来说，在医学影像辅助诊断方面，将没有部署辅助诊断系统的医院或基层医疗机构的医学影像实时传输到上级医院，利用智能辅助诊断系统进行诊断并实时反馈诊断结果，辅助医生开展疾病诊断、筛查、分级和风险预测等。在移动CT方面，通过5G网络切片技术和区块链技术实现移动CT设备、检查工作站与医院内网络的端对端连接，保证影像传输通道的快速、稳定和安全以及数据的完整性和可信性，海量移动CT影像实时传回医院内医学影像存储与传输系统(Picture Archiving and Communication System，PACS)和智能辅助诊断系统进行诊断，实时反馈诊断结果，供远程会诊、急救会诊等场景使用；同时将影像文件与检查报告纳入医院诊疗资料体系，用于后续诊疗行为，形成完整电子病历档案。此外，在以上两个场景中可使用实时图像、语音、视频等技术高效地开展远程会诊、双向转诊和急救会诊等，保障医生与医生、医生与患者之间在诊疗方法与思路上的良性互动，从而更好地进行决策，以提高诊疗效率和准确度。

4 结语

5G与区块链技术在智慧医院建设中的融合应用将不断深入发展，实现电子病历等医疗数据快速、稳定上链和传输共享，同时保障数据不被泄露、不可篡改和可追溯。利用5G高速率的技术优势实现患者生命体征信息、医学影像等大容量电子病历数据跨医院高速传输和共享；以5G低延时、稳定传输的技术优势实现远程会诊、远程手术、远程急救诊疗等快速、优质和安全的智慧医疗服务，提升医院服务能力与医疗资源利用率，推动优质医疗资源下沉。同时将区块链作为去中心化、隐私保护的技术工具，实现患者诊疗数据和医院管理数据的保护与共享，解决智慧医院建设时数据共享的安全问题。5G与区块链技术在智慧医院建设中的应用不断推广，将连接越来越多医疗机构及相关政府管理部门和企业，通过高清视频通讯系统、数字智能终端及区块链核心技术部署，实现机构间信息系统与业务对接、信息流转的可信认证与访问控制，缓解当前智慧医疗体系建设中效率低、不可信和信息泄露等关键问题。此外进一步推广和扩大到分级诊疗、远程医疗、应急救援、双向转诊、移动医护和人工智能辅助诊断等智慧医疗场景，可实现决策支持、智能辅助诊断、无线监护、远程影像、移动医疗、远程手术直播、公共卫生应急指挥与调度、患者信息采集与健康管理、检查预约、处方服务、电子病历服务、药品供应链、咨询科普、商保理赔等多种具体智慧医院建设场景的功能应用。促进各医疗机构、相关政府管理部门和企业提供多层次、全方位、实时交互、安全可信的智慧医疗、智慧管理和智慧服务，推动基于5G与区块链技术的全感知、全联接、全融合、全智能的智慧医疗体系建设，最终实现统一高效、资源整合、互联互通、信息共享、安全可信的智慧医疗体系建设。