发表在第23卷第10期(2021):10月

本文的预印本(早期版本)可在以下网站获得https://preprints.www.mybigtv.com/preprint/28613,第一次出版
区块链在医学领域的应用:述评

区块链在医学领域的应用:述评

区块链在医学领域的应用:述评

审查

1中国武汉,华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科

2华中科技大学同济医学院协和医院智能医学实验室,武汉

3.华中科技大学人工智能与自动化学院,中国武汉

4湖北中医药大学,中国武汉

5武汉智能医学研究院,中国武汉

*这些作者贡献相同

通讯作者:

叶哲伟,医学博士,教授

联合医院骨科外科

同济医科大学

华中科技大学

1277年解放相

武汉,430022

中国

电话:86 17771413685

电子邮件:yezhewei@hust.edu.cn


背景:作为一种分布式技术,区块链已经引起了医疗行业利益相关者越来越多的关注。尽管以前的研究从技术、商业或患者护理的角度分析了血脑屏障0的应用,但很少有研究关注血脑屏障1在医疗保健中的实际用例场景。特别是新冠肺炎疫情的爆发,为区块链在医疗实践中的应用带来了一些新的思路。

摘要目的:本文旨在提供一个系统的回顾,目前和预期的区块链技术在卫生保健的使用,以及未来的研究方向。除了区块链的框架结构和应用场景外,还讨论了它与医疗保健领域其他新兴技术的集成。

方法:我们搜索了PubMed、EMBASE、Scopus、IEEE和施普林格等数据库,使用了与区块链和医疗保健相关的词汇组合。然后将可能相关的论文进行比较,以确定它们的相关性,并独立审查是否纳入。通过文献综述,我们总结了使用区块链技术的主要医疗场景。

结果:我们总共找到了1647项相关研究,其中60项是本综述中包含的独特研究。这些研究报告了区块链的各种用途,它们的重点不同。根据区块链的不同技术特点和应用场景,我们从技术分类的角度总结了一些与区块链密切相关的医疗场景。此外,还提到了潜在的挑战,包括隐私的保密性、系统的效率、安全问题和监管政策。

结论:区块链技术可以以去中心化、防篡改、透明和安全的方式改善卫生保健服务。随着这项技术的发展及其与其他新兴技术的结合,区块链有可能带来长期利益。区块链不仅是一种保护电子健康记录的机制,而且还提供了一种强大的工具,使用户能够控制自己的健康数据,建立可靠的健康数据历史并确定医疗责任。

J medical Internet Res 2021;23(10):e28613

doi: 10.2196/28613

关键字



背景

随着医疗信息化的发展,可用的卫生保健数据正以极快的速度增长。医疗信息的共享与利用,在优化医疗资源配置、辅助临床决策、医疗质量监测、精准医疗、疾病风险评估与预测等方面发挥了重要作用[1-3.].然而,这种数据共享伴随着数据安全和隐私问题、数据专政、主体自主权不足、社会不公平加剧等风险。此外,新冠肺炎疫情的突然爆发,也给个人健康数据的共享和挖掘带来了新的挑战。区块链作为另一种基于云计算、物联网(IoT)和人工智能(AI)的改变世界的技术,由于其去中心化、自治、可信和透明等独特特性,可能为上述问题提供解决方案[45].因此,有必要探讨区块链对医疗行业的影响,以进一步明确区块链技术在医疗信息化背景下的医疗应用潜在价值。

目标

尽管以前的研究从技术、商业或患者护理的角度分析了区块链的应用,但很少有研究关注它在医疗保健中的实际用例场景。特别是新冠肺炎疫情的爆发,为区块链在医疗实践中的应用带来了一些思路。因此,本文旨在对区块链技术在卫生保健中的应用进行系统综述。本文在总结区块链的基本原理和框架的基础上,重点介绍了区块链的不同特点以及区块链在临床中的应用。并讨论了与其他技术的集成,为今后的研究提供参考。为此,我们首先从理论的角度描述框架并进行具体的技术分析。然后,我们总结了区块链在医疗场景中的应用,并从实际角度根据区块链的特点将其分为三个部分。此外,我们总结了区块链在抗击COVID-19大流行中的使用案例,包括传染病预防、位置共享和接触者追踪以及注射药物供应链。最后,我们探讨了区块链与新技术的集成,并强调了一些相关的挑战。通过描绘医疗保健中相互关联的生态系统蓝图,我们旨在为医疗行业的工程师和决策者提供一些思考。


设计

采用叙述方法的系统回顾设计对现有证据进行分析。更准确地说,采用了一种审查方法,形成了区块链技术在保健领域应用的概念。

搜索策略

我们于2021年5月10日进行了全面的文献搜索。在医学图书馆信息专家的协助下,搜索了以下电子数据库:PubMed、EMBASE、Scopus、IEEE和施普林格。该审查仅限于2016年至2021年期间发表的英文文章,这些文章的摘要是可用的。选择这个时间段是基于这一时期信息技术的巨大进步。审查还局限于对保健领域中区块链技术的研究。最初使用的搜索词如下:(区块链)或(分布式账本技术)或(智能合约)和(医疗保健)。在审查了通过这些搜索词确定的文献之后,我们添加了搜索词“健康数据”、“临床”、“生物医学研究”、“供应链”、“药物安全”和“健康监测”,以捕获在初始搜索期间检索到的文章的引用中发现的相关研究(表1).

表1。使用的数据库和搜索词,以及每个词找到的引用数量(N=1647)。
数据库 搜索条件 检索到的引用数量
PubMed (MEDLINE) (((区块链)OR(分布式账本技术)OR(智能合约))AND(医疗保健) 232
Embase ((区块链或分布式账本技术)和保健)。 185
斯高帕斯 (TITLE-ABS-KEY(区块和链)和TITLE-ABS-KEY(卫生和保健)) 259
IEEE ((“所有元数据”:区块链或分布式账本技术)和“所有元数据”:医疗保健) 295
施普林格 和在、保健和保健以及"分布式账本技术"和(区块链) 676

纳入和排除标准

总共有1647个搜索结果通过标题或摘要进行了相关性筛选,剩下60篇文章得到了完整的审查和总结。我们的入选标准如下:(1)证明区块链技术有效性的应用研究,包括数据保存和共享、医疗保险和供应链、临床和生物医学研究、药物安全、医学教育、电子处方防伪、可穿戴设备和流行病预防;(2)发表在科学期刊上的英语语言研究;(3)可获得全文的研究;(4)完成学业。审查不受研究地点的限制,任何用英语撰写的国际研究都有资格。我们的排除标准是描述区块链设计过程的论文、书籍或书籍章节、信件、统计评论、论文、社论和研究协议。

研究选择

研究选择包括四个步骤。首先,三位作者(XY、JZ和HW)独立筛选了与系统综述相关的所有标题和摘要(N=1647)。其次,所有相关文章的摘要均由5位作者(PL、SL、TH、YD和ZD)鉴定。第三,获取符合条件的出版物全文,由两位作者(XY和LL)根据纳入和排除标准进行筛选。如果在决策中有不同意见,在ZY的支持下,对有争议的文件进行讨论,直到达成共识。第四,检查原始搜索中确定的所有纳入论文的参考文献列表和系统概述,以确定其他符合我们的纳入标准的出版物。


搜索结果

在审查标题和摘要后,检索出1647份可能相关的文件,其中60份在全文审查后符合纳入标准(图1).

图1。概述评审过程的PRISMA(系统评审和元分析的首选报告项目)流程图。
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区块链技术在医疗保健中的应用原理

分布式账本与区块链的特征

虽然传统数据库可以内置冗余,但它们并没有在每个节点上复制的优势[6-8].在区块链的节点中,仅使用密码学和程序实现点对点事务、完成合作、建立任务。这种模式可以解决集中式系统带来的效率低、成本高、数据安全等问题[7-9].概述了区块链的一些特点和密切相关的应用表2.通过在分布式网络中维护不可变的、防篡改的连续事务数据列表,区块链在现有业务流程中造成了多次中断,并为扩大跨一系列利益相关方的医疗保健信息集成提供了一个有前途的新分布式框架[1-3.1011].

表2。区块链及其相关应用的特点。
特征 描述 相关应用程序
权力下放 全网没有集中的管理组织,而是分布式的端到端网络结构[4-7]. 健康数据的保存和授权;健康数据的保存和授权
自治 使用基于共识的规范和协议,使所有节点在不受信任的环境中自由和安全地交换数据[457910]. 医疗保险;健康状况监测和跟踪(可穿戴设备)
信誉 采用非对称加密技术加密交易数据,并借助工作量证明机制,确保数据在理论上不易被篡改[5-710]. 假药管制;电子处方防伪;学生成绩的数字账簿
透明度 全网所有交易记录公开透明,打破信息不对称[5-1012]. 供应链;临床试验;生物医学研究
框架区块链的结构

区块链的架构和结构可分为六层(图2).应用层在客户端执行计费、传输和验证功能。然后,在应用层后面的契约层包括脚本代码、算法机制和执行事务识别的智能契约。激励层包括分配机制。共识层保证了分布式系统的一致性,即使网络中存在恶意节点也能达到共识。这一层也避免了“双花攻击”的问题,保证了块的生成时间。另外,网络层是我们使用P2P网络完成通信和确认的机制,数据层包括一系列加密和存储技术[6791213].

图2。区块链的框架结构和分类。DPOS:委托股权证明;PBFT:实用拜占庭容错;POS:股权证明;POW:工作证明。
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区块链的分类

一般来说,区块链可以分为公共链、联盟链和私有链,如表314].Hasselgren等人[15]统计了目前各类区块链和框架的医疗用途,发现联盟链是使用最广泛的。目前,以太网和超分类帐结构是最流行的框架。哈萨瓦里等人[16结果表明,超薄织物是目前与医疗结合最有效的框架结构。解决区块链和医疗相结合问题的一个办法是用电子健康记录(EHRs)取代病人护理报告,以便它们能够与其他电子健康记录互操作。另一种解决方案建议将超级账本平台与星际文件系统(IPFS)集成,IPFS是一种点对点的方法,用于在使用BitTorrent技术的分布式文件系统中存储和共享媒体。数据本身存储在IPFS上,而散列指针存储在区块链上。MedRec [17]是一个分散的记录管理系统,利用区块链进行认证、保密、责任和数据共享。目前,大多数医疗数据共享和分发解决方案使用允许的区块链技术,依赖业务流程集成;也就是说,客户在每个节点上运行代码,并经过特定的流程,直到将数据存储到分类账中[18].

表3。区块链的分类[14].
财产 公共区块链 财团区块链 私人区块链
共识的决心 所有矿工 选定的节点集 一个组织
读权限 公共 是公开的还是限制的 是公开的还是限制的
不变性 几乎不可能被篡改 可能会干扰 可能会干扰
效率
共识的过程 无许可 许可 许可

医疗保健中的应用场景

主要场景

区块链技术可以使用密码学来编程和操作由数据加密和自动化脚本代码组成的智能合约,还提供分布式基础设施和经济激励[451011131417-19].基于之前的研究,我们总结了三种主要的基于区块链的医疗场景(表4),并讨论未来区块链与新兴技术的融合。

表4。区块链的医疗应用场景及相关研究细节(N=60)。
根据技术特点应用

许多研究 参考文献
个性化健康数据的保存和授权


健康数据的保存 10 金等人[6, Shi等[20.,周等[21, Dubovitskaya等[22,琼斯等[23,陈等[24, Hylock等[25, Lo等[26,肖等[27,岳等[28]

医疗数据共享 8 夏等人[29,帕特尔等[30.,范等[31, Yazdinejad等[32,朱等[33, Dubovitskaya等[34,库尔希德等[35, Cheng等人[36]

医疗保险 1 周等[37]

运行状况监测和跟踪 3. 布罗根等人[38, Griggs等[39, Ichikawa等[40]
促进社会和公共卫生管理


医药管理局 8 毛等人[41, Fernández等[42, Sylim等[43, Lohmer等[44,霍伊等[45, Vruddhula等[46],曾等人[47,麦基等[48]

电子处方防伪 2 Aldughayfiq等人[49, Li等[50]

预防和控制流行病 10 Raghavendra等人[51, Nandi等[52, Marbouh等[53, Mashamba等[54, Bansal等[55,库尔希德等[56, Abdel-Basset等[57, Resiere等[58, Chang等人[59, Garg等[60]
增强医学教育和研究的可信度


医学教育 3. 维德等人[61, Funk等[62,杜兰特等[63]

临床试验 7 Benchoufi等人[64],黄等人[65,奥马尔等[66, Hirano等[67,庄等[68,纽金特等[69, Wan等[70]

生物医学研究 8 金等人[71,郭等人[72-74, Ozercan等[75,约翰逊等[76,陈等[77, Mamoshina等[78]
个性化健康数据保存和授权
概述

随着个体健康信息的大量积累,需要一种可靠的存储和共享方法来保证患者隐私信息的安全。现有的医疗数据管理系统一般是基于一组集中式服务器,构建一个大型站点系统或集中式关系数据库系统。区块链是一个基于点对点网络和共识算法的开放式分布式账本,在解决这些问题上具有天然的优势。

电子医疗记录的保存

随着医疗保健服务专业化程度的提高和患者流动性的提高,在多个医院或诊所获得医疗保健服务对诊断和治疗已变得非常普遍,特别是对慢性疾病患者而言。基于区块链,Dubovitskaya等[22开发了一个用于癌症放射治疗的电子病历数据管理系统ACTION-EHR。区块链网络中的同步节点可以立即发现数据变化,防止数据被恶意篡改。同样,由Hylock和Zeng设计的以患者为中心的新型区块链框架HealthChain [25,为患者和提供者提供一致和全面的医疗记录。为了整合来自国家医疗保险局全国医疗转诊系统的患者转诊数据,Lo等[26开发了一个基于区块链的框架,用于获取医院和社区诊所患者的电子病历(EMR)和电子病历数据。该框架有助于建立基于联盟的医疗转诊服务,以促进患者、家庭医生和专家之间的信任关系和交易安全。此外,Yue等[28]提出了医疗保健数据网关,这是一个医疗数据网络,不仅使患者能够轻松控制自己的数据,而且还允许不可信的第三方安全地处理健康数据。通过详细阐述HealthChain的工作原理和过程,Xiao等[27验证了在电子病历中使用区块链的可行性。作为远程医疗的一个主要方向,基于区块链的健康数据存储系统将在保护患者隐私和确保可信度方面发挥至关重要的作用。

交换病人医疗资料

传统病历存放在各医院的中央数据库中,导致医疗领域出现“信息孤岛”现象[1-3.293132353679-83].区块链允许患者访问其医疗信息,同时授权他们将其电子病历的访问权授予他们认为合适的第三方。卫生保健提供者可以轻松访问所有患者的医疗数据,无论何时何地提供卫生保健服务。Guardtime [79总部位于荷兰的数据安全公司政府与爱沙尼亚的政府合作,创建了一个基于区块链的框架,在共享患者的健康记录时验证其身份。夏等人[29]推出了MeDShare系统,该系统解决了在不受信任的网络环境中,医疗大数据托管方之间共享医疗数据的信任问题。例如,可能迫切需要知道治疗期间接受的辐射剂量,以避免对患者可能产生的有害后果。在一个临床影像部门,开发了一个跨领域放射影像共享和患者自定义访问权限的智能框架。朱等[33]提出了云资源共享模式,探索了基于共识化区块链的乳腺肿瘤诊断云服务,保护了癌症患者的隐私。在临床工作中,及时、准确地共享与个人健康相关的私人数据对于患者的治疗是必要的,区块链在这方面的重要性应该被更多的医生和决策者认识到。

简化医疗保险流程

在医疗保险领域,保险过程涉及患者、医疗机构和保险服务提供者;然而,他们之间的信息交换速度很慢。基于区块链,可以简化流程。周等[37]提出了一个基于区块链的医疗保险存储系统MIStore,部署在以太坊区块链上,为保险公司和医院之间提供了一个平台。该系统提高了信息存储过程的效率,使保险公司可以快速解决索赔,并预先授权支付给患者。基于区块链可以实现票据的实时流通和共享,保证了索赔的支付,减少了用户垫付。基于区块链的医疗保险技术框架描述在图3

图3。区块链医疗保险。
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基于个人可穿戴设备的健康状态监测

慢性疾病是全世界发病率和死亡率的主要原因。2014年,美国心血管疾病等传统慢性疾病的治疗费用为5,550亿美元,预计到2035年将增至1.1万亿美元。随着可穿戴设备、智能手机、云、无线系统的广泛发展,这些设备的集成可以应用于慢性病患者的健康状况跟踪。通过使用基于区块链的传输和存储机制,可以更准确、更及时地将健康信息上传到云端[84-86].布罗根等人[38]证明了使用分布式账本从可穿戴设备接收经过认证的活动数据是可行的。格里格斯等[39]提出利用基于区块链的智能合约来评估医疗设备收集的信息,并在无线身体区域网络中记录交易。基于区块链的快速响应系统可以检测到哮喘发作等紧急情况,并实时向最近的紧急服务机构发出警报,提供即时救援。持续监测不仅可以及早发现不良健康事件并降低此类事件的风险,而且还可以改进对药物依从性的监测并减少不必要的治疗[4087].基于区块链,可穿戴设备可以潜在地减少患者对更复杂干预措施的需求,从而减少急诊就诊和住院次数、护理人员负担和医疗保健成本。

促进社会和公共卫生管理
概述

社会公共卫生管理涉及疾病预防控制、药品管理、健康档案认证、医疗保险等多个方面。由于缺乏信息交换,这个过程往往变得效率低下。基于区块链的可追溯性、不可变性等特点,可以将其应用于简化保险、药品管理、防伪电子处方、控制大流行发行等流程。

医药管理局

美国公共利益中心估计,今年全球假药销售额可能超过750亿美元,在过去5年内增长了90%。根据世界卫生组织的数据,世界上10%的药品是假药,其中30%在发展中国家发现。这些假药由于剂量和纯度不合格,对人们的身心健康构成巨大威胁[418889].在供应链中,供应链管理系统扮演着重要的角色,对大量的行业和组织具有重要意义。随着移动技术的发展,药品供应链被认为是相对成熟和容易采用的;现有的解决方案是通过快速响应码、射频识别或短信短信等方式跟踪物流信息,检查药品的真实性;然而,这些方法并不能阻止假药进入物流链。供应链和区块链技术的结合可以彻底改变医疗领域,带来巨大对象的连接性和功能的好处,以更高效、更隐私和更安全的方式处理和记录大量医疗信息[89].

由于药品生产的特殊性,使用区块链防伪技术可以有效保证药品的合法性和真实性[4546].使用区块链,供应链可以保持信息的私密性和安全性,并为交易提供很大的不可变性。例如,毛等人[41]提供了基于区块链的信用评估体系,以加强食品药品供应链监督管理的有效性。基于工业4.0的概念,Fernández-Caramés等[42]提出了用于追溯应用的无人机和基于区块链的供应链系统的设计。为了建立药品供应监管系统,Sylim等人[43开发了一个基于智能合约的分布式应用程序。区块链具有有趣的验证和智能合约功能,这对医疗供应链以更真实的方式管理数百万笔交易非常有用[44].在制药行业,chronicle Inc公司推出了一种结合近场通信和嵌入式胶粘密封的原型技术,该技术在区块链上进行了注册和验证。Vruddhula [46发起了一个名为Oggic的项目,以防止假药进入供应链。曾等人[47选择了Gcoin区块链来解决制药业的防伪问题。每一笔交易都将被记录在区块链上,使其具有防篡改、去中心化、时间戳和高度安全性。麦基等人[48]提出了一个通过使用区块链来改进索赔过程的框架,该框架使裁决过程更加以患者为中心,并防止药物欺诈和滥用。

区块链在药物循环中的主要功能可以概括如下:(1)在一个不可变的数字账本中跟踪和追踪制药原料和成品,(2)通过允许参与者验证其真实性,为假药提供更大的透明度,(3)将防伪设备集成到物联网中并提供更好的认证,(4)作为一种底层技术,增强药品供应链中不同参与者之间的信息交换[4748].

电子处方防伪

随着互联网医疗的不断发展,网上咨询平台的建立为咨询需求提供了便利。目前,个人可以通过网络平台进行医疗咨询,从认证的网络药店购买药品,并在同一城市提供药物递送等服务[49].然而,虚假症状和不规范的电子处方不断出现,导致了依赖虚假处方购买药品的行为。基于去中心化、可追溯的区块链系统,建立区块链在线咨询平台,确保大样本数据的存储和健康信息的共享[23.511].框架如图所示图4.该项目主要通过医患在线会诊平台实现医院管理、医生管理、用户管理、在线会诊、处方等功能,并借助区块链数字认证、积分管理等技术实现信息的可信度。在该框架中,用户可分为医生、普通用户(患者)和管理员。医生需要通过资格考试才能实现开药和诊断疾病的功能,而患者需要注册个人信息并提交病情描述才能获得处方。将会诊资料上载及记录于个人病历内,以防止病人捏造虚假健康资料[50].根据上传的体检记录、医疗诊断和处方意见的结果,最终可以在这个基于区块链的防篡改系统中实现上述过程。

图4。电子处方防伪结构。FDA:美国食品和药物管理局。
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疫情防控(新冠肺炎病例)

2019冠状病毒病在2020年期间在全球迅速传播,这引起了人们对预防和控制流行病方法的大量关注。科学家们正在努力寻找抗击COVID-19的模型。区块链技术有几个潜在的使用情况,可帮助应对当前的大流行危机。区块链可用于简化疫苗和药物的临床试验过程,提高公众认识,透明地跟踪捐款和筹资活动,并充当可靠的数据跟踪器。与传统的供应信息管理相比,区块链智能合约可以保证节点之间的权利义务和合同执行的判断[51-53565859].沃尔玛和ibm的一个联合项目演示了如何利用区块链在几秒钟内就能跟踪绿色蔬菜的污染源,而这一任务以前需要数月时间。53].因此,许多专家在控制流行病和大流行病方面作出了有意义的努力。Mashamba等人[54]提出了一个基于区块链和人工智能耦合的传染病自检和跟踪系统。基于区块链,《国际疾病分类》代码(当前和以前的版本)可用于绘制死亡原因地图,并观察不同地理位置随时间的疾病趋势和模式变化。班萨尔等人[55]建议使用基于区块链的系统来减少检测报告的伪造,并鼓励人们联系拥有免疫许可证的个人。区块链还允许从个人收集信息,而无需通过使用公钥和私钥系统识别他们。基于区块链的深度追踪系统可以提供匿名的个人身份,同时允许监管机构和医疗保健提供者联系有潜在感染风险的人[56].此外,Abdel-Basset等[57]提出了一个整合不同颠覆性技术和区块链的框架,以提供管理COVID-19大流行的综合愿景。尽管流行病和大流行病严重影响了我们的生活,但它们也促进了防治病毒过程中科学技术的进步,提高了我们应对这种紧急情况的能力[58-60].

增强医学教育和研究的可信度
概述

医学教育和研究是有希望的领域,引进血脑屏障0可能带来益处。根据区块链系统,可方便地将研究的不同阶段的报告和程序、测试结果、医学教育的大会和课程出席率等资料存档,并以数字方式证明所取得的能力[6263].由于真实的临床和实验数据与高质量的医学研究密不可分,数据的来源和可靠性对研究人员至关重要[64-666890].基于区块链的不变性和透明性,上传实验数据记录可以加速临床数据共享,防止学术不端行为[69].

医学教育

医学教育在不断变化,必须适应生物医学科学的进步、学习理论的改进、新的监管政策、技术创新以及努力使保健专业人员达到最高水平的能力。医学教育中的区块链技术有潜力帮助解决学术管理人员、教师、学习者和机构目前面临的许多挑战。由于医学教育是一个终身学习的过程,区块链框架和学习者与教师之间可衡量的公共交流允许内容的传递、关于教学设计的反馈、学习者的评估、能力评估和认证。

基于区块链的教育成果记录、信用和评估结构可能是教育工作者跟踪其学术和系统成就创造的价值的有力方式。在医学院,区块链可用于存储和跟踪学生在一系列不同临床环境中获得的分数和能力。然后,医生可以决定是否愿意分享这些信息,以便更容易地颁发经过核实的证书和文凭,并使整个过程更具成本效益和防篡改性[6162].维德等人[61]提出在学术放射环境中引入区块链对监测住院医师多年来的进展是有价值的。麻省理工学院在2017年启动了一个试点项目,通过一个名为Blockcerts Wallet的应用程序向学生的智能手机发放数字文凭,该应用程序基于区块链[63].区块链可以通过减少官僚工作量来优化行政资源的使用,而且还增加了透明度,因为通过区块链存储的记录可以自动核实。客观地说,区块链在教育系统中的实施可以以一种安全和不可改变的方式评估教员的能力和学术表现。

临床试验

临床试验中数据的完整性至关重要;但是,目前的数据管理流程过于复杂,劳动强度高。通过将区块链技术应用于医学研究,数据可以具有时间戳和透明度[6465].黄等人[65]说明了基于区块链的文件和数据结构可以用于可靠地保护临床试验网络中的数据。奥马尔等人[66]提出了一个基于区块链的框架,用于临床试验中的计算机断层扫描(CT)数据管理。平野等人[67]开展了一个项目,演示在监管沙盒下的数据管理,并通过乳腺癌的临床试验对该系统进行了测试。奇霍兹等人[91探讨了使用区块链来改善数据管理和分析糖尿病临床观察的操作概念。纽金特等人[69]表明智能合约可以充当可信任的管理员,这可以提高临床试验数据报告的透明度。此外,恩格尔等[92提出区块链可以在改善手术结果研究和试验设计中发挥重要作用。甚至在临床试验开始之前,所有的计划、协议、场景和可能的结果都可以存储在区块链上[70].这种方法可以改变我们对试验设计的想法,并产生真正可验证和不可变的数据,这反过来可以导致更好的数据再现性。

生物医学研究

生物医学数据共享一直是科学发展的基石。在科学的开放世界中,为了获得有意义的结果,不可避免地要从不同来源的数据中共享、访问、分析和学习[73747793].区块链不仅可以帮助临床试验,还可以加速生物医学研究,减少报告的选择性和捏造,这是当今科学领域普遍存在的问题。这可以通过将区块链的共识模型集成到分散数据存储和分析的当前解决方案中来实现。金等人[71]介绍了LifeCODE。一个i, a blockchain-based genomics big data platform, which aims to provide relatively safe and trustworthy data storage for genomic stakeholders. This is a decentralized approach in which each owner has complete control over their data, including where it is stored, who can access it, and when it is updated. This approach may be the best way of sharing scientific data.

肿瘤和其他疾病的个性化医疗最近的大多数方法都依赖于各种数据类型,包括多种类型的基因组、转录组、microRNA、蛋白质组、抗原、成像、生理和其他数据。研究机构可以使用存储在区块链中的DNA数据来执行高级搜索,为潜在的基因组研究找到感兴趣的主题。然而,生物医学数据通常是个人的、私密的和敏感的,因此应该谨慎对待。目前有一些类似的建议帮助学术界保护数据。第一个是由全球基因组学和健康联盟开发的癌症基因信托基金,第二个是CrypDist项目。两个项目都具有相似的特性,其中汇总数据(如体细胞癌症变异数据)保存并分布在区块链系统中[75].此外,Johnson等[76]描述了一个去中心化的应用程序,在生物医学和医疗保健社区建立一个安全的生物医学数据共享系统。这一前所未有的进步使我们进入了基因组数据驱动的医学和药物开发时代,区块链技术将使我们全面进入基因组学时代[777893].

在医疗保健领域与新兴技术的集成

目前,不可持续的医疗费用、人口老龄化、改善获得医疗服务的需求以及精准医疗的增长,这些因素结合在一起,为通过区块链和数字卫生进行颠覆性创新点燃了理想的平台[1-3.777894-97].以分布式账本为基础,区块链可与AI、云计算、大数据、物联网等融合,获得更多应用场景,助力健康产业发展[7894].我们总结了区块链的实际使用表5

表5所示。区块链与新兴技术的融合。
新兴技术 结合区块链 区块链的作用 参考
人工智能一个 疾病诊断和预测、医学图像辅助阅读、智能设备、新药研究、健康管理和基因测序 区块链为人工智能培训、临床试验和监管目的的卫生数据结构标准化提供了一个天然的基础。因此,基于区块链的人工智能可以加速确定孤儿病的表型特异性结果,提高少数种族的代表性,减少性别不平等 94959899]
云计算 支持卫生保健领域利益攸关方之间的沟通和数据共享 基于区块链和云计算,构建疾病演化预测模型,在涉及个人信息的重大传染病和肿瘤的防控中发挥作用 8283One hundred.]
大数据 提供大量实时数据,以减少健康风险和优化结果 大数据通过区块链存储和共享,避免了集中存储容易丢失和被攻击的缺陷 77]
可穿戴设备 以亲密和及时的方式收集个人数据,远程医疗的健康数据来源 区块链允许持续的个体监测,并需要对生理信号进行健壮、快速、实时的分析,以避免在集中系统中存储大量数据 96]
物联网 药品、器械和可穿戴设备的供应链和追踪 通过区块链技术跟踪物联网中药品和医疗器械的来源和使用,确保真实性和可靠性 88One hundred.]
5克 提高医疗信息共享速度 5G环境下医疗数据的分布式处理采用区块链技术,只有获得多方权限才能实现访问和使用 97]

一个人工智能:人工智能。

所示表5, AI可以通过诊断、治疗、预防和预测建模在患者护理中发挥更复杂的作用[959899].例如,在心血管领域,卷积神经网络最近使用一种特定的可穿戴式监测器对患者进行心电图训练,为心律失常提供了心脏病学家水平的诊断准确性。一个例子是AliveCor的智能手机应用KardiaBand [94基于机器学习从心电数据中识别房颤发作。皮洛奇等人[95]使用自然语言处理和基于区块链的存储系统来缓解患者对阿尔茨海默病的耻辱感和恐惧。为了从CT图像中诊断早期癌症,Kumar等[98]提出了一种结合深度学习和区块链技术的新型多模型方法,在实践中取得了很好的效果。

此外,云计算是一种通过最小化成本和基础设施提供不同服务的新技术,可与区块链系统一起使用,以支持医疗保健领域利益相关者之间的通信和共享数据[82].梁等[83]提出了ProvChain,一种基于区块链的数据来源体系结构,在云计算和存储应用程序中提供数据操作的保障,同时增强隐私和可用性。

此外,大数据可以从不同的来源产生,如可穿戴设备、电子病历、磁共振成像和CT成像。通过整合关于疾病多种特征的信息,大数据提供了大量实时数据,以减少健康风险和优化健康结果[77828396].正如我们在之前的研究中所讨论的[85],可穿戴设备可用于感知、记录、分析、调节和干预以维持健康,甚至可用于治疗疾病,在识别、传感、连接、云服务和存储等各种技术的支持下[96One hundred.].物联网可以在药品、器械和可穿戴设备数据的供应链和追踪中发挥重要作用。基于区块链和IoT, Fernández-Caramés等[One hundred.]描述了一个系统的设计和实现,该系统通过添加物联网功能来加强持续的血糖监测,允许远程监测患者,并警告他们潜在的危险情况。为了激励用户向系统添加新数据,可以设计一种基于数字加密货币的激励系统,以奖励通过提供自己的数据对系统做出贡献的用户。这是控制慢性疾病的一次有意义的尝试。此外,在5G环境下,基于区块链的云系统有望完全负责数据的传输、存储和处理。通过结合所有这些技术,我们可以建立一个健康的数据库,以发展一个完整的医疗生态系统(图5).

图5。基于区块链和新兴技术的集成优势。人工智能:人工智能;物联网:物联网。
把这个图

主要研究结果

这篇叙事文献综述的结果表明区块链是一种创新技术,在卫生保健领域具有巨大的潜力。先前的回顾包括概念性论文、行业报告和主要关注技术、业务或患者护理的实证研究。在本文中,我们演示了区块链在管理医疗数据、确认供应链的可追溯性以及在防伪电子处方和临床或生物医学研究方面的使用。我们还展示了区块链在新冠肺炎疫情中发挥的重要作用,为今后重大传染病的预防提供参考。探索新技术与区块链的整合与应用,试图描绘出医疗保健领域互联生态系统的蓝图。

从实践的角度来看,EMR交换的应用显得较为成熟。例如,在10项研究中,有一些相关的系统,如ACTION-EHR [22], HealthChain [25]、医疗保健数据网关[28], Guardtime [79]、MeDShare [29],它们基于区块链,用于保存和交换健康数据。在五项研究中[42-4547],药品供应链似乎是区块链可能发挥作用的另一个重要领域。与可穿戴设备相结合,认证医疗设备并监测健康状态是有意义的。此外,追踪药物的使用将防止假药的传播。此外,基于临床和生物医学研究的高度透明的科学体系,我们可以提高效率,确认研究的完整性。新冠肺炎疫情防控形势依然严峻,许多学者(如[51-60)提出使用区块链技术进行疫情防控,追踪无症状感染者,识别既往感染者。这种去中心化技术保证了患者的隐私,保护了患者的权益。电子资讯科技的进步,带动了多学科工具的发展,对医疗行业大有裨益[13.649597-99101-103].不可否认,区块链在颠覆性技术的影响下蓬勃发展。这些当前的新技术正在不断地与区块链融合,以创新医疗模式和系统。我们列举了区块链的六大典型集成(AI、云计算、大数据、可穿戴设备、物联网和5G),希望能给读者一些启发。

然而,在将bbb - 0应用于卫生保健时也发现了一些问题。首先是互操作性问题。当遇到需要合作的问题时,区块链服务提供商和用户需要无缝连接;然而,不同院校之间的标准并不统一。各国对区块链的监管模式仍存在较大差异。在欧盟,个别国家可能愿意在公共计划中使用区块链技术,但尚不清楚区块链项目如何满足《欧盟一般数据保护条例》的隐私标准[1-49697104].区块链的通用标准将加速行业就区块链达成协议,并有助于形成社会区块链的大规模生态系统[101-103105-107].第二是效率问题。随着数据量呈指数级增长,区块链数据库对网络速度的要求越来越高,数据传播的效率和数据采集的实时性都会受到影响。需要设计更合理的框架,以避免跨部门的区块链效率问题。此外,必须考虑到安全问题。目前还不清楚区块链是否真的是所有高敏感数据问题的解决方案。当网络中诚实节点比恶意节点少时,去中心化的网络可能受到51%的攻击,整个网络将被恶意攻击者接管。最后但并非最不重要的关切与监管政策有关,这是区块链稳定发展的重要因素。去中心化是区块链的优点之一;然而,在稀释了政府法规之后,区块链可能会对一国现有的电子卫生系统产生影响[1-3.97101102104-106].因此,相关政策需要尽快系统出台。

限制

由于多重限制,必须谨慎解释这一审查的结果。首先,本次范围审查的结果主要针对卫生保健实体,并不适用于其他领域,如商业和营销。其次,出于实际原因,搜索策略仅限于用英语报道的研究,这可能忽略了用英语以外语言报道的其他研究的其他好处和威胁。第三,由于区块链在医疗领域的应用场景非常广泛,我们无法详细演示原则和框架的每一个方面。

结论

随着新技术的不断改进和发展,区块链可能与金融部门和卫生工业的当代发展日益紧密地结合在一起。由于每个国家和地区对该技术的态度不同,我们需要根据具体情况对区块链进行深入的探索和研究。在医疗应用领域,很多创业公司都在积极探索和推动区块链在交易后结算、智能合约、供应链、身份认证等领域的发展。从理论角度看,基于区块链的智能医疗环境下增强信任的理论基础已经建立。未来,数字货币的发行将改变传统的经济交易模式,区块链的引入将重塑价值交换体系,增加信任和隐私,高效完成经济交易和医疗记录[108].虽然世界各国和地区对区块链的态度各不相同,也有怀疑的态度,但这些都不会影响该技术的研究和进一步发展。在整个工作过程中,我们也强调了分布式账本技术的原则和主要挑战。基于区块链的医疗保健系统的巨大价值将在未来几年逐渐显现。在未来的工作中,技术人员和研究人员需要合作,将区块链纳入到医疗框架的设计中。在这篇综述中,我们展示了区块链技术对患者和卫生保健提供者的所有潜在场景,为进一步研究提供了大样本。这仅仅代表了区块链的开始,它的发展更像是一场马拉松而不是短跑。

致谢

本研究得到国家自然科学基金(81974355)、湖北省重大技术创新项目(2016-176)和“建立国家智能医疗临床研究中心”(建立国家级创新平台培育计划,02.07.20030019)资助。我们非常感谢匿名审稿人的见解深刻的评论,大大改进了这个手稿。

作者的贡献

YX, JZ和HW是本文的共同第一作者。LL和ZY是本文的通讯作者。

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人工智能:人工智能
CT:计算机断层扫描
心电图:心电图
电子健康档案:电子健康记录
EMR:电子医疗记录
物联网:物联网
ipf:星际文件系统
棱镜:系统审查和元分析的首选报告项目


C Basch编辑;提交08.03.21;同行评议:陈yc、陈颖、颖颖;对作者23.04.21的评论;修订版收到12.08.21;接受10.09.21;发表28.10.21

版权

©谢毅,张嘉耀,王红林,刘鹏然,刘松香,霍彤彤,段玉玉,董哲,陆林,叶哲伟。最初发表在《医疗互联网研究杂志》(//www.mybigtv.com), 2021年10月28日。

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