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由于成像和数字化的进步,数字病理学的最新进展增加了病理学诊断疾病的便利性和可用性,特别是在肿瘤学、泌尿学和胃肠诊断方面。然而,尽管有可能包括低成本的诊断和可行的远程医疗,但由于昂贵的存储、数据安全要求和传输高分辨率图像和相关数据的网络带宽限制,数字病理学还不能访问。关于数据收集和诊断的存储、传输和安全复杂性的增加,使得使用人工智能算法进行机器辅助疾病诊断更具挑战性。我们设计并原型化了一个数字病理系统,该系统使用基于区块链的智能合约,使用不可替代令牌(NFT)标准和星际文件系统进行数据存储。我们的设计弥补了现有数字病理系统基础设施的不足,这是集中的。所提出的设计可扩展到其他需要高保真图像和数据存储的医学领域。我们的解决方案在数据系统中实施,可以提高护理的访问质量,降低获得专业病理诊断的成本,缩短诊断周期。
本研究的主要目标是强调数字病理学中的问题,并建议基于软件架构的区块链和星际文件系统创建低成本的数据存储和传输技术。
我们使用了6个阶段的设计科学研究方法来指导我们的整体设计。我们对区块链现有的公私设计进行了创新,但使用了两层方法,将实际文件存储与元数据和数据持久性分开。
在这里,我们确定了采用数字病理学的主要挑战,包括关于长期存储和信息传输的挑战。接下来,使用基于fft的智能合约中的公认框架和分布式安全存储中的最新创新,我们提出了一个去中心化、安全且保护隐私的数字病理系统。我们使用Solidity、web3.js、以太坊和node.js进行设计和原型实现,帮助我们解决了数字病理学面临的几个挑战。我们展示了我们的解决方案如何将NFT智能合约标准与持久分散的文件存储相结合,解决了数字病理学的大部分挑战,并为降低成本、改善患者护理和诊断速度奠定了基础。
我们发现了增加成本和减少数字病理学大规模采用的技术限制。我们提出了几个设计创新,使用NFT分散存储标准来原型系统。我们还介绍了一个独特的数字病理系统的安全体系结构的实现细节。我们演示了这种设计如何克服隐私、安全、基于网络的存储和数据传输限制。我们阐述了如何改善这些因素为提高数据质量和标准化机器学习和人工智能应用于此类数据奠定了基础。
数字病理学是病理学的一个分支,研究由高分辨率成像、计算机存储和网络连接等数字技术实现的信息管理[
此外,幻灯片和诊断结果可以与其他资深专家共享,以确认诊断。这些专家可以进一步建议和批准患者的治疗方案,从而通过远程诊断缩短周期,提高诊断准确性[
数字病理学使用的技术包括高分辨率远程和基于互联网的显微镜和高分辨率的玻片扫描,这可以有多种优势。首先,数字病理学有利于那些难以获得医疗服务、临床医生、医生、合格病理学家和医院系统数量稀缺的地区的患者。
来自合作者(SS)在实际诊断中使用的幻灯片的数字病理图像的说明。图像来自高分辨率显微镜扫描和数字化幻灯片,在计算机屏幕上呈现给临床病理学家,以进行进一步诊断。
然而,要使数字病理学广泛普及,还存在一些挑战。这些挑战涉及到传输、存储、检索,以及使用来自组织和生物样本扫描的幻灯片和图像的算法进行统一的临床诊断。数字图像扫描可以通过远程和基于互联网的显微镜,或通过高分辨率扫描显微幻灯片成更高分辨率的图像(100,000 dpi到1,000,000 dpi)。这样的扫描图像也需要高分辨率的存储,这样数据才不会被压缩。在传输这种高分辨率图像时,如果图像被压缩和解压缩,传输可能会导致数据丢失,可能会影响整个网络的诊断共识。数据的压缩和解压会导致信息丢失,这可能会导致这些样本的诊断不准确或数据训练不准确[
在集中式系统中,云提供商或数据库网络管理员控制网络和患者数据的安全性。这种集中的数据控制通常会侵犯患者隐私,容易受到安全漏洞、勒索软件攻击和其他数据安全问题的影响。因此,这种高分辨率图像的存储和基于网络的传输都具有挑战性。其次,在中心化系统中,很难获得此类算法的必要审计或数据传输日志,中心化系统以数据库为中心,经常需要在不同实体管理的不同医院和临床系统之间进行接口[
本文强调了与安全数据存储、安全数据传输、数据隐私以及高分辨率图像的存储和传输以及医生的相关诊断相关的数字病理学的挑战。此外,我们提出了一种具有智能合约和以太坊区块链的独特设计,它使用以太坊评论请求(ERC)-721标准来存储和传输图像,同时跟踪所有权[
执业病理学家的主要责任是维护患者数据和诊断的机密性。在数字病理学中,典型的模式是多个病理学家和诊断程序可以访问从以下来源之一上传的数据:(1)高分辨率组织摄影,(2)构成显微镜图像的扫描载片,或(3)远程和基于互联网的显微镜,对人体组织样本成像并存储和传输这些图像。病人的医疗记录和诊断结果应与医院的相关人员共享
此外,这些图像应仅在法律规定的较长时间内存储,并以经济有效的方式检索,以便参考[
在数字病理学中,包含组织或其他人体样本(如血管)图像的载玻片的图像分辨率相对较高。在非数字病理学中,它通常是传统显微镜获得的幻灯片的1倍到400倍[
人工智能算法可以帮助医生从图像中检测模式,特别是在病理学中,癌症生长会在身体组织中产生模式。深度学习模型可以用足够的样本进行训练,以检测和编码具有特定诊断的图像片段[
这种数字病理学的目标可以通过适当的训练数据集和人类分类算法的积累来实现自动诊断。当这些数据集可用,深度学习算法在人类分类数据上得到适当的训练时,诊断的时间自然会减少。此外,数字病理学数据可用于多种目的,如教学、研究和继续医学教育研讨会。在这里,数据检索是快速的;访问是在分布式平台上提供的,该平台兼顾了隐私和安全,并且以传统病理学中使用的数字格式搜索、检索和显示数据是合适的。
病理学家可以选择以更高的分辨率扩展和关注玻片的某些部分,以诊断所涉及的疾病,并通过注释扫描图像的部分在这些玻片上创建注释。随后,多个病理学家或其他专家可以查看相同的幻灯片,以做出诊断并讨论治疗途径。这些经过修改的附有专家注释的幻灯片被存储回集中系统中,以便检索和使用,在其他情况下,用于研究或教学目的。
数字病理学的技术挑战。
数字病理系统工作流程。
区块链解决了系统互操作性、安全性、隐私性、不可抵免性、存储持久性、去中心化存储、交易的去中心化验证以及所有数据的可访问性的挑战[
区块链已经发展到通过使用高级编程语言(如Solidity[])包括变量和循环结构来支持编程逻辑。
这是因为在公共或私有区块链(即链上)上存储少量二进制数据作为交易记录将花费数百美元。尽管医学信息学领域的几篇论文选择了这种昂贵的方法在区块链上存储数据(或使用了具有私有区块链或联合区块链的超级账本框架来存储数据),但这种存储机制对于数字病理学来说效率低下,因为它需要更广泛的存储和其他挑战,如图所示
这是因为图像存储需要大量具有成本效益的数据存储。考虑到今天的电子邮件客户端和其他网络协议(如简单邮件传输协议),在网络上传输如此大的图像几乎是不可能的。唯一可能的方法是存储来自本地存储库的图像,该存储库将图像分布到网络文件存储中,并使文件可寻址。
这种方法的另一个挑战是,存储在区块链中的数据是公共信息,任何用户都可以在存储时有效地从远程和基于互联网的机器上下载。因此,除非存储的数据使用发送方和接收方的用户标识符以一种无法识别的方式进行加密,否则这些数据是没有用的。在这项研究中,我们提出了一个2层区块链解决方案,用于使用ERC-721标准的不可替代令牌(NFTs),该标准将元数据与文件存储分离,并承诺真实性、安全性、分布式存储和易用性[
尽管区块链技术提供了上述几个优点,并且医疗保健可以在医疗保健系统中的同行(医院或医生)之间有效地共享,但从来没有理由将此类医疗保健数据存储在链上[
当一个文件被添加到IPFS中时,它会被分割成更小的块,进行加密散列,并被赋予一个称为内容标识符(CID)的唯一指纹。CID作为当前存在的文件的永久记录。当其他节点(或使用JavaScript对象符号和远程过程调用的程序)使用唯一CID查找该文件时,它们会询问对等节点是否存储该文件CID引用的内容。IPFS提供了一种机制来识别(引脚)记录到网络上的主机。如果内容没有固定,可以删除它以访问最近访问的文件。文件的版本控制是通过创建一个新的CID来维护的,因为存储在IPFS上的文件可以抵抗网络上的篡改和审查。IPFS使用分布式哈希表来识别地址和图像。IPFS有助于删除重复文件,并允许创建版本控制历史记录[
NFT标准是存储在区块链上的唯一且不可互换的数据单元(或数据指针)。尽管加密货币令牌标准ERC-20等其他令牌标准已经很流行,但NFT标准对以太坊区块链上的照片、视频和音频等可复制数字文件进行身份验证和关联。ERC-20标准用于实现加密令牌功能。它通常用于创建一个代币,用于在初始代币发行和其他此类用途期间寻找资金,使代币持有者能够参与区块链治理。ERC-20的主要特点是,它可以在加密交易所或Uniswap等货币交换流动性提供商平台上与任何其他eth兼容的令牌进行交易。因此,我们必须使用ERC-721或NFT标准来实现数字病理学上下文中的图像存储、身份验证、所有权和数字权利。nft使用数字账本提供真实性或所有权证明的公共证书。NFT标准被广泛应用于各种基于多媒体的代币创建,并在艺术收藏家中得到了广泛应用。类似地,最近在虚拟现实、增强现实和元宇宙方面的创新使使用该标准创建和销售数字资产成为可能。
总的来说,如果我们将图像的特征存储在IPFS上(例如,在一个元数据文件中),并在区块链上引用元数据的唯一CID,然后将其生成到NFT中,那么就可以将令牌所有权与令牌访问分离开来。所有权记录在元数据文件中,而访问是通过ERC-721标准支持的功能实现的。这种体系结构为我们提供了将令牌的所有权与访问属性分离的灵活性。它还使我们能够在所有者签署令牌后安全地传输访问(或复制访问),启用令牌销毁,并将访问权分配给其他人。此外,这种设计支持令牌的生成、复制和刻录过程。NFT标准使用了这两种技术,即以太坊区块链上的NFT标准智能合约和用于去中心化文件存储的IPFS。
在本文中,我们使用设计科学的研究方法分析了以下两个研究问题:
RQ1:支持区块链的数字病理如何改善数据的神圣性、隐私性、数据有效性和具有成本效益的安全网络存储?
RQ2:这样的系统设计是否通过降低存储成本、提高安全诊断时间和通过提高存储数据的准确性来提高机器学习能力来改善医生的诊断?
我们使用信息系统和计算机科学学科中使用的设计科学研究过程(DSRP)方法和专家建议。我们的解决方案原型提出了一个创新的基于智能合约的数字病理系统,使用公共基础设施来简化高分辨率图像存储,并提供去中心化、安全且保护隐私的数据共享解决方案。
DSRP在信息系统、计算机科学和信息技术管理领域是一种行之有效的研究方法。它主要用于为以前没有解决方案的实际问题创建基于设计的系统解决方案。顾名思义,DSRP应用设计科学来创建基于软件或系统的原型,以解决研究问题。利用原型,研究人员验证了他们所做的假设。我们在DSRP中使用以下步骤来实现和测试我们的原型:首先,我们描述问题并定义其重要性。数字病理学的挑战描述在
在第3步中,我们设计并实现了系统分析和设计的概念验证使用原则,使用JavaScript、web3.js、node.js和以太坊堆栈,结合IPFS,创建了一个基于模型-视图-控制器架构的系统,用于长期数据存储。下面的部分描述了如何创建满足解决方案的各种目标的基于nfs的IPFS。稍后我们将讨论用于存储的元数据文件的机密性要求和应用程序级加密。在第四步中,我们将演示工件和解决方案原型。第五,我们评估工件是否确实满足了它确实要解决的问题的所有设计目标。最后,我们记录了我们的实验结果,并描述了我们的解决方案如何造福于更广泛的数字病理学社区和本研究的贡献。我们还相信,我们的解决方案可以适用于医疗领域的其他高密度存储需求。
图代表了设计科学研究方法论中的步骤。
问题定义和目标。
问题定义 | 重要性和业务成果 | 解决方案的目标 |
由多个用户提供的高分辨率图像、元数据和诊断的长期分布式和低成本的存储 | 降低采用和使用的成本 | 评价提供这种储存的替代技术;可能将存储与数据传输机制分离 |
网络传输或共享这种高分辨率图像和相关数据的能力 | 提高疾病诊断速度 | 通过互联网与他人安全共享数据的机制 |
数据安全 | 提高所有临床数据的安全性并提供访问控制 | 防止未经授权访问数据的机制 |
数据隐私 | 改善系统中数据的隐私性,这样只有医生、病理学家和病人才能访问这些数据 | 在需要知道的基础上共享数据的机制 |
能够维护审计数据传输或来自共享访问日志的数据 | 利用《健康保险携带与责任法案》、《一般数据保护条例》和隐私法提高合规性 | 跟踪不同用户之间如何共享数据的机制;原木的储存应该是常年的 |
能够保持准确性,为未来应用于人工智能或深度学习模型创建高质量的训练数据集 | 更好的训练数据可以存储在网络上,这样的数据可以促进更好的机器学习和人工智能预测 | 上述机制应该能够被独立于系统的第三方审计、验证和分析 |
减少病人的花费 | 具有完善的加密协议的公共基础设施可以使解决方案显著扩展;通过设计避免了网络传输 | 该解决方案降低了网络存储成本;远程医疗和远程诊断很容易启用 |
提高病人的护理质量 | 一旦建立了更高的训练数据准确性,患者的护理质量将得到显著改善 | 机器辅助诊断是可能的 |
能够将工件所有权与令牌访问分离 | 病理数据记录应明确说明患者是数据所有者,而不管其他个人是否访问该记录 | 元数据总是通过存储患者唯一的ID或钱包地址等患者的假名信息,显式地记录数字图像的所有权 |
能够根据法律和法规条件在预先指定的时间间隔后删除访问 | 在预先指定的时间间隔后,所有非所有者的记录应自动刻录;那些收到记录的卫生保健专业人员不应该再访问它 | 此功能提供了删除对特定记录的访问并遵守医疗保健数据存储和检索规则的能力 |
数字病理系统的软件体系结构,使用区块链和IPFS对医疗保健系统的数字输出进行标记、存储和共享访问。星际文件系统;NFT:不可替换的令牌。
我们使用模型-视图-控制器软件架构模式[
关于扫描的高分辨率图像文件以及病理学家或其他专业人员所做的任何修改,例如注释和图像标记,以识别特定的疾病模式,以及
JSON文件包含存储在网络上的扫描元数据或医生提供的诊断。
IPFS为数据提供了一个分散的存储,并基于缓存数据,其中文件访问频率为用户提供了高性能的文件存储。
我们使用Solidity编程语言来编程智能合约,它运行在以太坊测试网络上。我们使用几个JavaScript工具包,即web3.js, node.js,以及与HTML5和bootstrap.css相关的基本库来编写前端代码。为了测试原型,我们使用了Ganache命令行工具包(CLI)、用于Solidity、HTML5和JavaScript的VSCode库扩展,以及用于使用Remix智能合约编辑器编程的集成开发环境。我们使用以太坊Kovan和Ropsten测试网络来实现原型,并根据本文设定的目标验证我们的解决方案。
用户界面为医生、实验室技术人员和患者提供了一个可视化界面,以查看他们拥有或与他们的钱包共享的数据。虽然医生、实验室技术人员和患者可以访问使用IPFS上CID寻址的相同图像,但主要控制文件是JSON,它与智能合约基础设施交互并生成令牌。通过使用用户的密钥加密CID,在生成的令牌中存储的地址(即包含关于图像或诊断的元数据的JSON文件的CID)对公共访问是隐藏的。提议的系统的安全方面将在下一节中描述。然后,用户界面与由一系列智能合约方法组成的控制器进行交互,这些方法生成新的令牌,将令牌从实验室技术人员转移到医生,并使用NFT协议从一个医生转移到另一个医生,等等。分散的应用程序负责创建更新的图像和生成nft,这可能会生成医生、临床病理学家或患者的记录,以便将数据存储在IPFS中。该数据模型在JSON文件中进行了描述,并指出了这样一个系统使用的不同类型的文件。
因为IPFS单独存储每个图像文件(作为唯一可寻址且不可更改的散列),所以类似于代码清单1的JSON模式文件(
从代码清单1(即JSON元数据文件)中,我们获得了一个唯一的CID,它处理每个图像位置,以及图像所有者的伪身份(所有者的姓名和钱包ID)。此信息是唯一的,用于将所有权与访问权限分开。区块链为数据集中使用的图像的JSON元数据文件提供加密和安全性。
元数据文件的CID被用作NFT mint (ERC-721)的输入,并为该令牌的文件发起者提供访问权限。然后,只需使用他们的钱包地址,这个令牌就可以转移到网络上的其他个人。与记录关联的每个JSON元数据文件都应该包含所有者姓名和ID,以及唯一标识患者的公共钱包地址。当元数据文件必须在多人之间共享时,发送方必须使用单独的元数据文件(cid)生成多个令牌,以便将令牌传输给其他个人。但是,基本文件将保持不变,图像数据文件将在每个JSON文件中独立引用。在Solidity中创建NFT的源代码如代码清单2所示(
通过将令牌发送到接收者的钱包地址,可以将原始的NFT转移
在去中心化应用程序中,我们使用NFT标准的智能合约代码(ERC-721)在以太坊网络上生成NFT,并使用JSON文件的IPFS URL(代码清单4)
代码清单5 (
关于数据的隐私,这个CID可以通过应用程序在创建时存储在钱包中的密钥对进行加密,只允许所有者访问存储JSON文件的URI。
在代码片段中(清单6中的代码)
代码清单6显示了如何将数据所有权从发送方转移到接收方。接收方现在可以访问底层CID (IPFS)及其内容,然后检查高分辨率图像,并通过创建新的诊断文件或创建用于生成NFT的新图像来做出贡献。
关键需求之一是令牌按照到期日到期。不同的州和地方法律规定了每个医院可以存储病人记录的时间以及记录存储的条件。例如,在本文合著者工作的医疗保健系统中,医院系统将记录(包含高分辨率显微扫描和这些扫描的数字化图像的玻璃片)存储3年,之后它们将安全地从存储中丢弃。然而,所有者或患者可以选择保留他们的副本,只要他们愿意。
我们选择在区块链上复制此功能的方法如下:智能合约代码支持令牌的刻录功能,这随后使系统的任何用户都无法访问它。然后,web3.js应用程序扫描每条记录的创建日期和所有者的钱包ID,并为所有那些钱包ID与JSON记录中声明的所有者的钱包ID不匹配的token所有者销毁这些记录。代码清单7 (
在每个用户(例如,医生或甚至病理学家)的去中心化应用程序中执行合同时,那些创建日期超过有效期的令牌ID将被烧毁,系统上的任何人都无法访问。只有记录所有者(或患者)永远不会执行刻录功能,从而保留对NFT的原始访问权。
我们系统的设计和实现支持几个用例。中显示了这样一个用户流
数字病理工作流程的说明与不可替代的令牌应用于扫描图像总体。NFT:不可替换的令牌。
访问控制、数据所有权和数据保密性是在区块链平台上存储医疗保健相关数据的三大挑战。由于数据驻留在区块链上,数据或指向数据的指针都是公开可访问的,所有用户都可以访问,用户如何确保只有授权的个人才能访问他们的数据,而其他人无权访问它?此外,由于可审计性是《健康保险可携带与责任法案》或《一般数据保护条例》的法律要求之一,用户如何确保对所访问的数据进行审计跟踪?同样,如何将数据所有权与在特定诊断情况下与卫生保健专业人员共享数据的权利分开?
为了解决这些挑战,我们描述并实现了安全体系结构的原型
在
安全层、安全体系结构的属性和实现。
堆栈的层 | 安全体系结构的属性 | 实现 |
应用层和智能合约层 | 身份验证 | 需要访问数据的用户通过他们的钱包(其中包含用户公钥和私钥的散列)进行身份验证。每次发送消息时,都会使用ECDSA对其进行签名和验证一个.只有那些能够登录钱包的用户才能以NFT的形式访问他们相应的数据b. |
ipfc层和智能合约层 | 数据完整性 | 数据完整性由底层区块链和IPFS层管理和维护。区块链的特性之一是数据永远不能被操纵。同样,存储在IPFS中的原始图像或诊断文件也不能更改。更改文件将产生一个新的CIDd,这将需要创建一个具有不同访问控制的新令牌。 |
应用层用于加密,智能合约层用于在区块链上存储加密后的CID | 数据保密性 | 虽然存储在区块链上的数据是公共信息,但正在生成的NFT是根据存储在IPFS中的JSON文件的CID生成的。应用程序可以加密并将加密的CID存储在只有钱包所有者可以访问的相关NFT块中。加密由应用程序完成,而不是由区块链或区块链的智能合约完成。每次生成一个新令牌时,生成的元数据文件都会上传到IPFS。元数据文件的CID由应用程序加密,并作为契约的一部分存储在区块链上。 |
智能合约层 | 公证 | 每条信息与所有者公钥签署后,经过公证并存储在区块链上。每次在应用层将NFT传输给新所有者时,NFT都由新所有者的公共地址签名,然后使用新所有者的密钥进行加密,以便在应用层存储在区块链上,这样只有新所有者才能访问NFT的内容。 |
应用层和智能合约层 | 访问控制 | 令牌的访问控制目前是通过钱包(公钥和私钥)来维护的。但是,这种访问控制可以由用户维护和调节。 |
区块链和IPFS层 | 可用性 | 这是由底层区块链和IPFS基础设施调节的,具有99.99%的可用性。唯一的限制是网络可用性,它控制着数据从网络中存储和提取的速率。 |
一个椭圆曲线数字签名算法。
bNFT:不可替换的令牌。
cIPFS:星际文件系统。
dCID:内容标识符。
在概念验证实现之后,我们测试并描述如何实现数字病理学解决方案的主要目标。此外,使用我们的解决方案,我们评估了该解决方案如何解决与数字病理相关的存储、传输、成本效益和安全性相关的挑战。
在
数字病理系统的用户界面,显示对应的医生可以访问的4个特定扫描。
解决方案需求以及在实现中如何处理它们。
要求 | 实现细节 | 好处 |
安全 | 在这样的系统中,数据有两层安全保护。首先,IPFS一个通过加密和将数据分割成存储在网络上的块,存储图像提供了高安全级别。数据只能通过CID访问b,这是一个256字节的十六进制代码。接下来,JSON元数据文件处理在区块链中加密的CID,只有使用密钥访问存储数据的合同地址的人才能访问该文件。实现细节参见表2。 | 智能合约数据的两层安全性只允许钱包所有者访问记录的内容。IPFS的CID是不可能随机猜测的。 |
数据隐私 | 只有有权访问相应钱包的用户才能访问区块链上的数据,其他所有用户将对数据的使用一无所知。请参阅表2,了解在设计中如何处理数据机密性和隐私性。 | 区块链的这个特性为用户(病人)、医生和其他人提供了额外的安全层。 |
低成本、高保真的文件存储 | IPFS是由全局运行的节点保护的公共基础设施。智能合约代码可以与IPFS通信,如果合约喜欢固定(或转换为静态存储)数据。另一种公共存储机制是FileCoin,它在IPFS之上构建了一种激励机制,以补偿提供高端存储和可用性的用户。 | 不需要为了长期存储而压缩数据或操纵原始数据文件。这种存储方法能够以高保真度存储原始文件,以供进一步分析。 |
高性能 | 通过包含数据指针(即实际图像的CID)的IPFS和元数据文件,对高通量数据存储启用数据和智能合约访问。我们还参考了其他去中心化存储系统,如FileCoin和Storj,它们是IPFS的付费替代品,其中加密令牌支持QoSc层,以确保数据可用性。因此,实际文件永远不会在网络上移动,只会改变对包含JSON文件的CID的访问控制。 | 数据传输不发生在网络上,除了图像被扫描并存储在IPFS上。数据访问是通过铸成nft的元数据文件提供的。 |
传输成本低 | 数据传输仅通过传输文件对应的区块链上的令牌所有权来完成。因此,原始文件不通过网络传输;相反,JSON文件的CID所有权被转移到区块链上的另一个钱包。 | IPFS记录的网络传输意味着只有铸造的令牌在所有权下传输。令牌ID的详细信息存储并加密在区块链上。因此,在区块链上没有实际数据传输,大大降低和提高了带宽。 |
提高数据准确性 | 每当医生或其他中介修改数据时,IPFS上就会创建新的版本控制文件。 | 更高的数据准确性有助于训练人工智能和机器学习模型,以提高预测精度。 |
所有权 | 每一个特定的时期都是NFTd所有权由于法律原因到期,这种访问将通过智能合约的刻录功能自动删除。只有拥有令牌的患者才有机会持有令牌并访问相关的数字图像。其余的所有者在到期(令牌销毁)后将没有访问权。 | 数字资产的所有权与智能合约的功能是分开的。虽然NFT可以与多个从业者共享,但实际访问由医疗保健系统对非患者访问的法律政策决定。只有患者可以在记录的有效期后访问自己的NFT,而所有其他人都只能访问NFT。 |
一个IPFS:星际文件系统。
bCID:内容标识符。
cQoS:服务质量。
dNFT:不可替换的令牌。
在这项研究中,我们在分散式数字病理学方面引入了几项创新,这些创新有助于抵消成像、共享和分发用于医疗诊断的高分辨率幻灯片扫描的成本。使用私人基础设施机制来维护节点和共识机制,并管理由少数公司控制的这种系统,将会破坏使用数字病理学来提高诊断速度和患者护理成本的整个目的。尽管其他医疗保健应用程序已经讨论了在区块链上存储医疗保健数据或使用具有不同类型加密的许可网络的框架,但这样的设计将增加医疗保健成本和系统费用。此外,使用私有区块链或联盟区块链,维护基础设施和治理的成本将集中到区块链系统。
虽然在私人许可的区块链上,实现这种链上存储而不增加存储成本是可行的,但我们的设计使用去中心化的公共存储作为后端,并结合既定的NFT标准。与此同时,私有或许可的区块链架构可能导致不同链之间的不兼容,并阻止外部数据共享,因为私有区块链与链上存储在网络边界内运行。从本质上讲,需要在医院供应链上实施这种许可区块链,包括实验室、合作伙伴、验证机构和诊所。这些成本将阻止数字病理学的大规模采用,其承诺是降低成本,提高速度,并使用机器辅助的人工智能和机器学习算法与他人沟通。此外,在私有区块链的情况下,软件和硬件升级、技术混淆、网络速度都留给了区块链的维护者。因此,在私人许可和未经许可的联盟区块链之间进行权衡,将使这里提出的设计变得合适。公众使用财团驱动的网络以及私有和公共网络维护基础设施。
在我们的解决方案中,我们依靠公共区块链基础设施与去中心化存储相结合,我们相信这将大大降低存储传输的成本,并为公共医疗保健提供一个支持隐私的安全系统。同时,参与者还可以通过提供节点来为IPFS提供文件,从而为这种基础设施做出贡献。或者,可以使用廉价的分散存储系统,如Storj,以非常合理的成本提供对充足存储的许可访问。区块链存储的唯一数据是IPFS元数据文件的加密CID。尽管IPFS元数据文件是可寻址的,并且可以由钱包有权访问内容(图像扫描、诊断、治疗路径和其他相关元数据)的用户在区块链之外访问,但我们的安全架构可以防止公众或其他用户访问内容,从而提供安全性。
我们通过建议使用IPFS(一种安全、分布式、高可用性的点对点网络)来降低高分辨率图像的存储成本。我们使用加密货币钱包和智能合约,使用广泛接受的ERC-721标准创建nft。这种设计排除了为数据存储、传输和访问添加单独安全层的需要。尽管我们将实际图像的存储与其元数据分离,但图像的传输需要通过使用接收方的密钥进行加密来更改访问元数据文件的权限。我们的设计方法不需要将整个高分辨率图像移动到网络上的不同地址,这可能会消耗更多的网络带宽,而且效率很低,尽管这也可以实现。
总的来说,基于病理的图像存储的ERC-721(NFT)标准的数据传输、数据存储和使用将改善数字病理学大规模采用的前景。这样的架构可以显著降低数字病理学所需的基础设施成本,并随着时间的推移,提高诊断的速度和可负担的医疗保健。
由病理学家和医生共同作者(SS)回答的问题,讨论数字病理学的挑战。
源代码清单。
内容标识符
设计科学研究过程
以太坊请求评论
星际文件系统
nonfungible令牌
研究问题
没有宣布。