医疗保健领域的区块链:希望还是炒作?

介绍

除了作为点对点支付系统比特币的首次应用之外，区块链技术预计将彻底改变行业和部门[1，2］．区块链技术的实施在金融行业已经明显占据主导地位[3.]、供应链产业[4]、支付行业[5，6]和电子商务[7］．医疗保健部门可以从区块链技术中获益，使医疗保健信息系统以病人为中心，并促进健康数据安全有效地共享[8］．大量研究提出了在医疗保健中使用区块链的各种潜在用例[8-10];然而，这些建议的用例中，绝大多数没有实现[10］．在最近的文献综述中，Hasselgren等[8]分析了39项关于医疗保健领域b区块链的研究，这些研究提出了解决方案，并作为概念验证加以实施。

受益于以患者为中心的医疗保健信息系统的基于区块链的解决方案的常见用例包括患者管理的健康记录、增强的保险索赔流程、增强的医疗保健研究以及患者和医疗保健提供者之间共享的高级医疗记录[11］．尽管区块链解决方案适合卫生保健信息系统的问题和创新需求，但充分实施这些解决方案的可行性很少。[8］．即使有些解决方案已被证明可行，但它们需要减少数据量和运作成本，以及更好地保护个人资料，以维持私隐和安全[12］．

此外，全面实施支持区块链的以患者为中心的电子医疗记录的可行性障碍包括互操作性和可扩展性问题[9］．互操作性问题体现在各种基于区块链的解决方案之间缺乏标准[9］．然而，已提出建议以解决这些问题[8］．由于大量的临床数据，出现了可扩展性问题，因为基于区块链的解决方案具有数据大小限制[9，13］．患者参与似乎是基于区块链的医疗保健解决方案的一个好处;然而，并非所有类型的患者都是如此，因为并非所有患者都热衷于管理自己的数据[9］．

基于区块链的解决方案尚未充分评估其是否符合《通用数据保护条例》(GDPR)所保护的个人权利[8，14］．上述机会、障碍和关注对患者、卫生保健提供者和研究人员都有影响。此外，法律、安全和隐私方面的影响值得进一步探讨。这可能会导致一些变通办法，使区块链架构符合GDPR，这还没有导致一些具体的东西[14-16］．

通过这篇观点文章，我们旨在讨论b区块链给医疗保健部门带来的创新和安全影响。我们没有尝试对这个主题进行彻底的文献综述，因为已经有关于b区块链在医疗保健方面的全面文献综述[8-10，14］．相反，我们在当前文献的支持下，讨论了我们对区块链对医疗保健部门的影响的观点。

因此，我们的目标是回答我们的研究问题:区块链技术可能给医疗保健部门带来什么影响?

首先，我们介绍区块链技术的背景。其次，我们讨论了b区块链在医疗保健领域的创新意义。第三，我们讨论b区块链在医疗保健部门的安全影响。第四部分对本文的研究进行了总结，最后对本文进行了总结。

区块链科技背景

区块链技术被描述为一种颠覆性创新，为各个行业和领域带来机遇和挑战，值得进一步探索[17-19］．关于区块链和比特币孰先孰后的争论正在进行中。1，2，20.］．区块链是具有更广泛功能和特征的底层技术。比特币只是一个继承区块链特征的交易应用领域。21］．Stuart Haber和W Scott Stornetta首先发明了区块链背后的概念，他们提出了一个“时间戳数字文档”的框架，用来计算唯一标识文档的哈希值，并将它们保存在带有时间戳的证书中。22］．这些文档通过带有先前记录的散列的数据结构链接起来。纳库姆托(2]采用了Haber和Stornetta提出的框架，创建了第一个基于时间戳交易块的比特币点对点支付系统，这些交易块使用前块的哈希值链接起来。随后，比特币成为一种众所周知的加密货币交易手段[23］．

天鹅(13将区块链定义为具有交易记录的去中心化透明分类账。区块链包含一组数据块，每个数据块包含多个事务的数据(即，事务列表，时间戳，nonce，事务的哈希及其根哈希或块哈希，以及前一个块的哈希)。随着越来越多的区块被添加到链中，分布式账本成为一个完整的交易历史书[24］．在将新交易添加到分类账之前，多个参与者应用共识机制来验证交易和区块。交易在指定的时间内驻留在区块中，直到共识过程完成。然后，交易块存储在分类账中，其中的信息无法更改[24］．如果一个区块的哈希值被修改，该区块将不再有效[25]，这使得后续块也无效，这将需要在重新计算其哈希值和后续块的哈希值后验证块[26］．

区块链有两种基本部署形式;这些是公共许可和私人许可的区块链[1，27］．公共无许可区块链是开放和去中心化的，任何人都可以随时以读者和作者的身份加入和离开网络(例如比特币)。这个网络没有中央机构来监控它，也没有人拥有和控制这个网络。私有许可的区块链只授权一组有限的读取器和写入器(例如Hyperledger)。网络有一个中央权威机构，将读写操作的权利分配给个人。

区块链的几种定义主要是指公共无权限区块链的特征，如绝对不变性、匿名性、共识机制运行的去中心化、开放性等[1，21，26］．这些定义没有提供私有许可区块链的描述，私有许可区块链由一个控制共识过程的中央可信机构管理，其中参与者的身份是预定义的，访问权限是受限制的[28］．

b区块链技术被认为是一种“加速创新的力量”，有望带来广泛的好处。17］．然而，关于区块链防篡改和提供强大安全性的说法受到了一长串安全威胁的挑战[29］．区块链被声称是不可变的，无法被黑客攻击，但这已被证明是无效的[30.，31］．此外，区块链是耗能的，这需要相当大的成本(例如，网络性能问题)[25，32］．这引发了人们的担忧，即区块链带来的好处和承诺是否可以被视为理所当然，或者它们是否会成为创新和更好安全的雄心壮志的威胁。因此，实践和学术界仍然有关于区块链带来的收益和风险的问题需要解决，包括区块链本质上是一种激进的创新还是渐进式的创新[17］．

b区块链在医疗保健中的创新和安全含义

创新及保安需要

无论区块链是福还是祸，从创新和安全的角度来看，它都是在没有区块链的情况下增加的。它可以增加信息技术(It)或业务成本或复杂性[33］．对于任何行业或部门来说，始终存在的挑战是在实现现代IT解决方案和保护信息资产免受安全威胁之间取得平衡。区块链技术的出现有望解决这一挑战;透过实施现代分散式资讯基建，促进创新[17，19，34］．

长期以来，医疗保健行业监管严格，官僚主义效率低下，阻碍了其创新。35-37]，近年来，越来越多的数据泄露事件被报道[38］．据称，利用区块链进行创新，可确保易受攻击及敏感的病人资料在网络世界的私隐及安全[35］．然而，拟议的区块链解决方案的实验多于在卫生保健部门的全面实施[36，39，40］．

b区块链在医疗保健领域创新的意义

区块链是一项颠覆性创新，可以利用医疗保健信息系统的能力来改善患者护理;然而，这对规管、财务和运作都有相当大的影响[41，42］．私人许可的区块链是医疗保健部门处理敏感患者数据的适当选择[8，27］．这种类型的区块链部署对在医疗保健中使用区块链具有有益的影响。研究人员建议的区块链在医疗保健中的用例包括患者管理的医疗记录、改进的保险索赔流程、使用共享的匿名患者数据加速医学研究，以及维护临床交易日志、药品供应链和同意记录的高级健康数据分类账[8，11，43，44］．

尽管b区块链对GDPR的合规性很重要，但对它的探索却很少[8］．私人许可的区块链对GDPR有影响，因为中央机构控制着网络和访问个人数据[45］．在使用患者数据支持卫生保健研究人员的情况下[11]，需要假名技术来保护患者的敏感数据[16]，这可能会带来重新识别的风险(即将假名代码或元数据与患者的健康数据联系起来)，从而引发与GDPR的冲突[45］．这需要仔细考虑用例和基于区块链的健康信息系统的设计[46］．

区块链是不可变的;因此，不可能删除一个块。因此，区块链不符合GDPR规定的要求，即数据主体有权要求删除其数据，包括健康敏感数据[9，47］．一个建议的解决方案是将患者数据存储在链下，并将假名代码存储在链上[16，47］．然而，这意味着即使删除了存储在链下的患者数据，存储在链上的患者数据上的假名代码和任何交易记录仍然存在[47］．为了扭转区块链的不变性，提出了一个“遗忘区块链”的概念验证原型，用于从私有许可的区块链中删除旧数据;然而，该原型仍有局限性需要解决[15］．

贝克和米勒-布洛赫[19认为区块链是一种激进的创新，它超越了传统的分布式系统方法，具有不同的架构和特征[19，48］．因此，激进的创新很难实施，并带来更复杂的挑战，这需要组织做好准备，并更新旧的组织知识和IT基础设施[49］．这对在卫生保健部门使用区块链技术具有财政影响;尽管它有可能提高医疗服务的质量，但它可能造成财政上的不确定性[41］．在医疗保健领域采用区块链面临的最大挑战包括计算开销、缺乏互操作性和标准化、隐私问题以及谁负责技术实施成本以及谁从中获利的不确定性[14，50］．在卫生保健部门采用区块链的障碍包括技术本身不成熟、理解和实施区块链的技能不足、缺乏支持以及缺乏明确的投资回报[51］．缺乏支持可以追溯到对区块链的不熟悉，医生对区块链的使用持消极态度[52并不是所有的病人都对管理他们的健康记录感兴趣。9］．

贝克和米勒-布洛赫[19]建议，为了管理具有b区块链的突破性创新，需要3种能力来实现其益处:发现、孵化和加速。发现指的是认识和阐明区块链机会，并建立研究社区。孵化包括设计100个用例并对它们进行试验(即概念验证)。加速包括提出区块链实现并投资实现功能齐全的区块链逻辑和基础设施。区块链技术的概念验证努力复制现实世界的条件，以评估区块链在医疗保健领域的可行性并应对其挑战[8，12］．尽管所需的改进已经过测试并取得了成功的结果，但这些改进是以牺牲卫生信息系统的其他重要方面为代价的。患者和提供者之间基于区块链的以患者为中心的信息交换的概念验证提供了有希望的结果;然而，现实世界的实现有望提供不同的结果[53］．由于智能合约的动态再生，使用区块链来改善健康数据交换和患者参与可能会以牺牲性能为代价。此外，实验文件的大小永远不会与实际患者数据相同[53］．数据大小被认为是医疗保健区块链解决方案可行性的重要考虑因素之一[12］．

在卫生保健部门实施区块链的方法可以是渐进的，也可以是革命性的。渐进式方法包括将区块链与传统的电子健康记录系统集成，这可能会损害患者信息的可用性，并导致安全对策的放松[14］．革命性的方法是一种自下而上的方法，旨在将整个医疗保健信息系统构建为支持区块链的系统，然后迁移到它[14］．这两种方法都对实施或整合基于区块链的医疗保健解决方案的成本产生了不确定性，并提供了不明确的投资回报。有人声称，实施基于区块链的解决方案在短期内会对财务指标产生负面影响，但从长远来看会得到回报。41］．降低运营成本是测试区块链解决方案可行性的重要考虑因素[12］．

利用区块链技术，交易由具有预定义规则的自动可编程逻辑处理和验证，从而减少交易成本(即花费在官僚作风上的精力和时间)[17，54］．区块链的共识机制确保了数据的完整性，但计算链中单个块的哈希值耗时且耗能[13，25，32］．因此，复杂或计算密集型系统不是区块链的最佳用例[18］．对于卫生保健信息系统而言，在危及生命的情况下，性能、实时通信、协调、数据共享和医疗服务的可用性至关重要[55］．

当前卫生信息系统面临的一些主要挑战是互操作性、集成复杂性以及当前遗留系统无法直接通信和共享健康记录[40，56，57］．然而，在医疗保健中使用区块链存在互操作性方面的挑战，而区块链作为一项根本性的创新，带来了集成和实施的复杂性[9，10，19］．尽管有一些概念验证建议和实验来提高互操作性，但挑战仍然存在[8］．这意味着无区块链和区块链情况之间存在明显差异。

b区块链在医疗保健中的安全含义

据称，私有许可区块链部署为医疗保健应用程序带来了最大的好处[8，9];但同时也带来了安全隐患[11，41］．私有许可的区块链仅限于受信任的和预定义的参与者，并且中央权威机构管理区块链的读写操作权限[27］．此功能提供了更多的控制，确保只有授权的参与者才能对患者数据执行读或写操作[9］．这对数据的保密性和完整性有积极的影响。此外，这种不变性还可以跟踪用于医学研究目的的患者生成数据、用于检测欺诈的保险索赔流程交易以及用于质量保证的药品供应链[11，41］．私有许可区块链还可以启用审计跟踪和进度可跟踪性。

在将患者生成的健康数据用于研究目的的情况下，智能合约使患者能够同意并允许研究人员访问其健康数据[58］．然而，数据完整性可能会受到损害，因为患者数据入口点(即患者的设备)可以用来冒充患者[59］．与研究人员共享患者健康数据对患者的隐私构成了威胁;即使数据是假名的，也有被重新识别的风险[60］．然而，在区块链环境中增强患者隐私和设计区块链隐私功能的尝试仍处于试验阶段，并不能保证它们将保护隐私[60，61］．

私有许可区块链最容易受到51%的攻击[21］．当中央可信节点被攻击者破坏时，就会发生这种情况;由于交易的验证是集中的，攻击者获得了控制网络计算能力的权限，从而导致交易发生两次。因此，影响了交易数据的完整性，耗尽了网络资源。这对数据的完整性和服务的可用性产生了负面影响，而这对医疗保健应用至关重要[11］．

私有许可区块链在保存患者数据和交易数据以防止分布式拒绝服务(DDoS)攻击方面存在局限性[12］．这是一个障碍，因为患者健康数据的数量随着时间的推移而增长[12］．解决专用区块链的数据大小限制需要适应不断增加的患者数据量，使网络容易受到DDoS攻击[12］．此外，验证一个大数据块会消耗大量的电力，并需要进一步的操作成本[12］．在任何一种情况下，对保健服务至关重要的服务可用性都将受到影响。

区块链技术对患者健康数据的安全性仍处于概念验证阶段，安全性和隐私性目前还不能得到完全保证。解决区块链在医疗保健中的安全和隐私问题的努力似乎是以牺牲区块链技术本身的其他重要特征或医疗保健部门的需求为代价的[62］．

影响的讨论

在这篇观点论文中，我们研究了在医疗保健部门使用区块链技术的各种创新和安全影响。基于此，我们重新审视我们的研究问题:区块链技术可能给医疗保健行业带来什么影响?

区块链技术并不新鲜;然而，探索区块链应用于卫生保健部门的可行性尚处于起步阶段。b区块链在医疗保健领域的创新目前处于概念验证阶段[8，58］．b区块链是一项带来好处和挑战的技术创新[42］．预计卫生保健部门将从区块链中受益，因为它赋予了患者权力，增加了不变性和可追溯性[11，41，58］．医疗保健部门的需求包括在相关实体之间共享大量患者健康数据(即互操作性)、法规遵从性(例如GDPR)、数据机密性、数据完整性、隐私以及数据和服务可用性。在医疗保健中使用区块链的可行性取决于存储和处理大量患者健康数据、确保隐私和降低运营成本的能力[12，46］．定制私人许可的区块链解决方案以适应卫生保健部门的需要可能导致操纵区块链技术的特性[15]或操纵卫生保健部门的需求[12，46］．这是在医疗保健领域应用区块链解决方案的概念验证尝试中出现的一种已知的权衡方法[62］．这种权衡涉及到两个理想但不兼容的特性之间的妥协。例如，遵守GDPR要求涉及操纵区块链的不变性。此外，区块链中的块大小限制是为了减少性能开销和防止DDoS攻击。然而，这损害了容纳大量患者健康数据所需的可扩展性[12]，而且很难操纵病人健康数据的大小。另一方面，如果区块链设计用于处理大数据，则由于性能开销会带来额外的运营成本，并且会使网络暴露在DDoS攻击之下。

我们认为有必要区分区块链独有的优势和挑战，以及其他技术创新的共同优势和挑战。例如，互操作性并不是区块链本身特有的挑战;相反，在采用任何技术创新时，这都是一个共同的挑战。

根据本文讨论的主题和观点，我们总结了区块链对患者和医疗保健提供者的医疗保健影响(见表1)。

我们认为区块链技术被市场炒作和现实批评之间的争议所包围。市场炒作表明，区块链不受威胁数据机密性、完整性和可用性的常见安全攻击的影响。与此同时，有一些现实的批评表明，区块链在很多方面都是可以被黑客攻击的[21］．b区块链的保安威胁及其原因已全面列出[29］．这激励了对b区块链总体安全性改进的研究以及对医疗保健的研究[14，21］．

在医学研究方面，有可能使用区块链技术。可以存储参与者的知情同意，以确保医学研究的研究方法更加透明、可追溯和防篡改[63］．

这项工作对进一步的研究具有启示意义。医疗保健研究人员可以从匿名的健康数据中受益，这些数据可以共享和汇总，以产生新的见解，以改善患者的健康或医疗保健服务，同时维护患者的隐私。需要进一步的研究来提高人们对区块链的认识，并消除围绕它的误解和炒作。需要设计更多特定于上下文的用例，以避免关于区块链跨部门适用性的一般性争论。未来的研究工作可以帮助卫生保健提供者发展所需的能力，以区块链(即发现、孵化和加速)进行创新[19］．

结论

在本文中，我们提出并讨论了关于区块链技术的各种观点以及与之相关的积极和消极问题。区块链技术被认为是一种很有前途的安全共享健康数据的技术。然而，区块链是否真的是所有高度敏感数据问题的解决方案尚不清楚。

在整个工作中，我们强调了关于区块链技术的神话和重要挑战。此外，我们对区块链技术在医疗保健部门的适用性提出了质疑。各国政府不妨研究在保健部门使用bb10的可行方案，以及这一部门的传统主义和bb1的不成熟所带来的挑战。这需要仔细考虑在设计和实施区块链医疗保健解决方案时可能做出的权衡。

在本文中，我们确定了区块链技术对患者和医疗保健提供者的积极和消极影响，这为未来的研究开辟了无限的机会。