越来越需要整合各种用途和利益攸关方的医疗保健信息，并确保此类数据免遭未经授权的破坏，同时使患者更容易访问患者数据。区块链是一种分布式技术，具有解决数据标准化挑战、系统互操作性和医疗记录可访问性的潜力，以支持更安全、以患者为中心的医疗保健信息系统方法。

区块链是一种安全且不可变的交易分类账[ 1， 2]，它以分散的方式分布在作为区块链基础设施一部分的所有计算设备上[ 3.]．区块链的分散式设计促进了用户之间基于点对点的网络交易，而不需要可信的第三方。尽管区块链更常用于加密货币和首次代币发行(ico)等去中心化金融应用程序，但区块链的高级功能(如共识机制、数字签名和哈希链)有望解决卫生信息系统普遍面临的独特挑战，例如安全性、隐私性、效率和互操作性差。

区块链可以分为两种类型:无权限和有权限的区块链[ 4]．无许可区块链向公众开放，允许任何人在未经批准的情况下加入区块链，并且通常为参与区块链提供经济激励。大多数已知的加密货币区块链都是公开的，比如比特币和莱特币。被许可的区块链包含访问控制机制来限制用户访问。许可区块链根据其治理结构进一步分类为私有或财团区块链。私有区块链由单个组织管理，通常用于企业解决方案。联盟区块链是半私有的，有一个受控制的用户组，并在不同的组织中工作。与公共区块链相比，许可的区块链是限制性的，并且中央权威机构授予对区块链的访问权限。因此，许可区块链失去了去中心化的一些优势，但在参与医疗保健利益相关者之间安全共享和管理实时数据方面更有效。Embleema和Synaptic Health Alliance是医疗保健区块链联盟的例子，它允许选定的医疗保健利益相关者(包括患者、倡导团体、生命科学公司、支付款人、当局和护理中心)在网络上形成节点，并在没有中央权威的情况下安全地管理健康数据。

研究人员正在认识到区块链作为医疗保健领域颠覆性技术的潜力，并开始研究如何利用区块链。我们试图了解区块链医疗保健研究取得了哪些进展，以及研究人员在用例实现中正在解决和遇到哪些问题。我们通过文献综述和综合实证区块链医疗保健研究来回答这些问题。本系统综述的格式遵循综述方法的文献综述标准，即系统综述和荟萃分析的首选报告项目( 多媒体附录1) [ 5]．

这一分析表明，医疗保健研究人员正在关注互操作性和平台问题，并正在探索使用区块链来增强隐私和安全性以及提高数据完整性和透明度的机会。我们还确定了不同类型的区块链健康信息技术(HIT)，并讨论了它们对患者参与和授权、提供者访问个人健康信息(PHI)以及医学或临床研究的影响。我们讨论了使用和实施区块链HIT的障碍和挑战，并提出了新的研究方向。

本文的其余部分组织如下。首先，在 方法第一部分，我们描述了搜索过程和选择标准。在 结果第一部分，我们通过强调区块链解决的HIT挑战，基于区块链的不同类型的HIT，区块链HIT研究如何随着时间的推移而发展，以及实施的障碍和挑战来总结我们的发现。在 讨论部分，我们提出了潜在的研究领域。在 结论第一部分，我们通过总结和强调我们的主要发现的含义来结束我们的审查。

本综述的目的是评估当前关于区块链技术在医疗保健中的应用的文献，重点是患者护理，评估当前的研究状况、相关挑战和未来研究的潜在领域。根据我们的目标，研究问题如下:

合格的论文以英文发表在同行评审的学术期刊和会议论文集上。

我们检索了文献数据库，如Web of Science, PubMed, Cumulative Index of Nursing and Allied Health Literature (CINAHL)和abstrpta Medica dataBASE (EMBASE)。由于PubMed, CINAHL和EMBASE主要关注医疗内容，因此我们使用搜索词“blockchain”来查询这些数据库，以执行广泛的搜索，以免错过重要的结果。由于Web of Science提供与更广泛的主题相关的内容，我们使用搜索词“区块链”和“健康”或“区块链”和“医疗”来查询该数据库。我们检索了截至2019年12月12日发表的所有论文。搜索结果确定了800篇潜在的文章:Web of Science, 298篇;PubMed, 184;CINAHL, 129;EMBASE, 189分。为了验证我们的结果，我们使用搜索词“区块链”和(健康或医疗或生物医学或诊所)进行了另一项搜索。备选搜索词来自先前的研究[ 6]．与最初确定的800篇潜在文章相比，这种替代搜索只确定了652篇潜在文章，没有新的结果:Web of Science, 264篇;PubMed, 146;CINAHL 9;和EMBASE, 151。

两名审稿人使用Rayyan(一款用于系统评审的网络应用程序)独立审核所有标题和摘要。共发现并删除了342篇重复论文，从而选出458篇论文进行全面审查。审稿人对29篇论文意见不一致，审稿人间信度为93.7%(429/458)。所有的分歧都在协商一致的会议上得到解决。在此评估之后，458项研究中有83项有待分析。大多数被排除的论文(n=231)与患者健康数据无关。例如，一些研究侧重于区块链在供应链或加密货币中的应用。我们将62篇被排除的论文标记为有远见/编辑/评论论文，这些论文涉及对健康行业未来区块链技术项目的猜测。我们主要关注同行评议的出版物，也排除了新闻报道、文献综述、工作论文和研究方案。在筛选全文合格性后，我们确定了70项研究进行最终审查。 图1介绍了我们的研究鉴定和选择过程。

我们对每篇论文进行了评估，以确定以下内容:(1)研究人员关注的基于区块链的HIT应用类型，包括电子健康记录(EHRs)、个人健康记录(PHR)、健康信息交换(HIE)和远程医疗;(2)区块链用于HIT的好处;(3)将受益于其使用的卫生保健活动，包括患者参与和赋权、医疗/临床研究以及提供者获取和使用;(4)与实施和维护基于区块链的HIT相关的障碍和挑战。

分析的下一阶段是根据代表区块链技术在每篇论文中解决的问题的4个类别进一步表征这些研究:安全性、隐私性、互操作性和医疗保健结果。这些类别是根据先前的研究确定的，这些研究确定了这些是在实施和使用HIT期间遇到的主要挑战[ 7- 9]．随着分析的进行，出现了更多的子类别。我们还将数据访问、安全和隐私合并为一个类别。在评审的每个阶段，评审人员通过讨论解决所有分歧，达成共识。详情请参阅 多媒体附录2．

在下一节中，我们将报告此分析的结果。

在本节中，我们将研究区块链解决的当前HIT挑战。

医疗保健数据具有特殊属性。内容必须真实完整，数据必须可追溯，不能篡改、伪造或删除。由于保护患者隐私和受保护健康信息的法律要求，医疗保健数据在存储时也必须是安全和匿名的。医疗保健数据包含敏感的个人信息，因此必须建立预防机制，防止未经授权的人员获取和提取信息。为了促进医学或临床研究，必须使医疗保健数据可访问，同时隐藏其所属患者的身份。此外，数据应该加密，这样一旦数据被盗，不解密就无法理解。

HIT在确保数据安全、隐私和完整性方面面临挑战。共享医疗保健数据具有挑战性，因为患者数据通常存储在不同的系统中，实现互操作性带来了一些挑战，例如安全地连接异构系统、限制未授权方的访问以及维护数据完整性。卫生保健数据质量差对卫生保健结果的质量产生不利影响。

先前的研究表明，区块链可以帮助克服上述挑战。我们将这项研究分为三组，以代表区块链可以解决的主要HIT挑战:数据安全和隐私、互操作性和医疗质量结果( 表1)。

所审查的大多数研究都集中在区块链在健康数据交换或访问过程中用于加强HIT安全性或患者隐私的应用上;53%(37/70)的论文侧重于解决患者对其数据隐私和安全缺乏控制的问题[ 10- 46]， 40%(28/70)的论文讨论了区块链防止数据篡改的能力[ 10， 12， 21， 25， 33， 34， 37， 38， 40- 44， 46- 60]．37%(26/70)的论文涉及数据泄露问题[ 15， 18， 19， 22， 24， 29， 31， 32， 34， 36- 38， 43， 44， 54， 56- 66]， 9%(6/70)的论文提到了区块链可能解决的恶意攻击(例如，冒充)[ 17， 34， 44， 56， 60， 67]， 4%(3/70)的论文关注的是区块链如何在第三方访问患者的健康和医疗记录以进行医学研究等活动时保护患者的匿名性[ 41， 42， 68]．

该研究还调查了区块链如何解决HIT互操作性问题。互操作性是指不同的信息系统、设备和应用程序( 系统)以协调的方式，在组织、地区和国家边界内或跨组织、区域和国家边界内访问、交换、整合和合作使用数据，以提供及时和无缝的信息可移植性[ 69]．考虑到HIT基础设施可能因医院、科室和其他结构部门而异，当试图跨这些系统传输数据时，可能会出现HIT不兼容，就像HIE的情况一样;9%(6/70)的论文评估了区块链在解决现有HIT不兼容问题方面的应用[ 21， 22， 26， 27， 30.， 55]， 4%(3/70)的论文关注区块链如何解决来自不同来源的大量数据的不良整合问题[ 26， 37， 61]．互操作性面临的一个挑战是数据更新的等待时间，这会影响互操作性和实时访问的时间方面。6%(4/70)的论文讨论了互操作系统中缺乏实时访问[ 13， 40， 70， 71]．跨异构系统的数据结构的不一致性使得在跨互操作系统进行数据传输时难以保证数据的完整性;23%(16/70)的论文指出，区块链可以增强跨可互操作系统的数据完整性[ 16- 18， 33， 35- 37， 40， 41， 44， 49， 64， 66， 72- 74]．此外，14%(10/70)的论文讨论了跨互操作系统的数据透明度(指数据的可访问性，而不考虑其位置、数据可信度和数据准确性)[ 14， 33， 40， 47， 52， 59， 70， 72， 75， 76]．

第三类包括HIT与卫生组织目标的一致性，以实现特定的卫生保健结果，如卫生保健质量和系统满意度;10%(7/70)的论文侧重于解决当前卫生系统效率低下的问题，例如处理时间过长和无法同时处理大量数据[ 16， 24， 28， 37， 55， 67， 77]．在病人护理质量方面，健康数据的缺失或不正确常常导致重复的实验室测试或诊断错误，这可能对病人的健康有害;9%(6/70)的论文讨论了区块链如何减少误诊和过度治疗[ 27， 32， 35， 40， 78， 79]．数据疏浚可能发生在临床试验中，研究人员可能会改变或省略数据，以在实验中获得统计显著的结果;4%(3/70)涉及数据挖掘的论文[ 32， 52， 70]．另一个问题是利益相关者(患者、提供者和研究人员)之间缺乏信任，因为利益相关者有能力修改和编辑健康数据，这可能导致错误。共有4%(3/70)的论文研究了区块链如何促进健康记录更新的不变性和可追溯性[ 32， 61， 80]．3%(2/70)的论文提到了维持现有卫生系统的高成本[ 37， 73]．区块链技术可以通过提高医疗保健数据管理的效率和速度来降低维护成本。

在下一节中，我们将讨论区块链如何解决当前在广泛的医疗保健应用和活动中围绕数据安全和隐私、互操作性和医疗保健结果的挑战。

表2说明了研究人员关注的不同类型的区块链hit。区块链HIT研究主要集中在改善医疗信息管理系统(MIMS)，如电子病历(ehr)、电子病历(emr)和PHRs。

我们分析了区块链HIT研究的首次提及年份( 图2)。2016-2017年，研究人员致力于在医疗卫生应用程序(如EHR、EMR、PHR、移动医疗(mHealth)、远程患者监测(RPM)、普及社交网络(psn)和临床试验系统)中提供全面、安全的患者数据实时访问。这一时期的研究重点是提高数据安全性和隐私性，并利用区块链的去中心化、不变性、匿名化和交易同步等独特属性，提供患者数据的单一视图。2018年，区块链HIT研究扩大到包括改善远程医疗、医疗图像共享、数据保存系统(dps)和HIE中分散节点之间的健康信息管理、交换和同步。2019年，区块链HIT研究扩展到利用区块链的去中心化属性来消除单点控制，同时跨多个机构进行预测分析和分类建模。

区块链HIT改善了患者参与和授权，研究质量和流程，以及提供者信息的访问和使用( 图3)。在下一节中，我们将进一步详细描述区块链如何改善这些领域。

如图所示 表3尽管区块链在医疗保健应用方面具有多种优势，但研究表明了各种缺点。这些限制指出了研究的开放领域;16%(11/70)的论文认为区块链技术具有增强安全和隐私的能力，但存在安全和隐私漏洞，访问控制机制薄弱[ 23， 24， 32- 34， 41， 57， 58， 70， 75， 79]．例如，基于区块链的结构健康监测系统没有机制来保证放置在区块链上的数据的安全性，尽管预计区块链将增强整个系统的安全性[ 75]．此外，研究表明，尽管在EMR系统中几乎不可能更改和修改区块链记录，但有可能篡改和破解智能合约[ 40]．

研究人员在16%(11/70)的论文中讨论了高计算能力和实现成本[ 12， 23， 25， 29， 47， 48， 52， 57， 61， 76， 79]．先前的研究表明，基于区块链的电子病历消耗了大量的计算能力，并且需要大量的时间来执行任务[ 29]．利用以太坊区块链技术的基于区块链的临床试验平台也很昂贵[ 52]．

研究人员在7%(5/70)的论文中提出了对冗长的响应和事务处理时间的担忧[ 12， 32， 36， 41， 57]．例如，区块链RPM系统依赖于基于传感器的数据，这些数据必须被积累、处理并添加到区块链中，这可能会导致延迟[ 41]．

7%(5/70)的论文提出了患者和提供者采用区块链的潜在阻力[ 11， 24， 32， 48， 70]．公众对区块链技术的看法可能会阻碍基于区块链的电子病历的成功实施，因为区块链刚刚诞生，并且与黑市中加密货币等基于区块链的技术的负面使用有关[ 11]．

尽管研究人员已经指出，基于区块链的电子健康(eHealth)结构可以解决现有电子健康结构的不兼容性[ 21， 22， 26， 27， 30.， 55]，新的区块链卫生系统可能与医疗保健遗留系统不兼容[ 13， 48， 52， 61， 76]．因此，需要更多的研究来研究解决遗留系统和区块链系统之间互操作性的方法。

共有6%(4/70)的论文指出了与区块链共识算法相关的问题[ 33， 36， 51， 75]．例如，在对等节点数量有限的小型网络中，如果超过三分之一的对等节点同时离线，则可以禁用实用拜占庭容错算法，该算法旨在防止恶意节点导致的灾难性系统故障。因此，增加对等体的数量，防止恶意对等体占用整个系统是非常重要的。

将参与者与其数字身份联系起来是主要关注的问题[ 10， 13， 25]．保证区块链举报人的身份和真实性并不是万无一失的，无论举报人是病人、医生还是与病人相连的传感器。虽然区块链技术有助于防止数据块欺诈，但要确保只有真实的举报人才能访问健康记录并防止对区块链的攻击是具有挑战性的[ 55]．尽管区块链展示了保护患者隐私的潜力，但还需要进一步测试安全性、隐私性和用户身份验证。

另一个制约因素是数据存储的限制，在4%(3/70)的研究中讨论过[ 23， 25， 60]．利益相关者受到他们可以存储在区块链中的数据量的限制。此外，欧洲通用数据保护条例(GDPR)中的第17条擦除权等立法赋予公民要求修改和删除个人数据的权利，鉴于区块链上记录的数据的永久性，这是很困难的[ 19]．

我们介绍了区块链技术在患者护理方面的研究现状。我们确定了3个主要研究类别:数据隐私和安全、互操作性和医疗保健结果。我们重点介绍了利用区块链技术的医疗保健应用。这些医疗保健应用包括MIMS (EHR和EMR)、PHRs、移动医疗和远程医疗、dps和社交网络、HIEs、远程监控系统和医学研究系统。这些应用程序可以改善患者的参与和授权，改善医疗保健提供者对信息的获取，并加强医疗保健信息在医学研究中的使用。然而，存在一些挑战和实施障碍，例如安全和隐私漏洞，用户阻力，高计算能力和实施成本，低效的共识算法，以及将区块链与现有HIT集成的挑战。尽管区块链具有颠覆性的潜力，但重要的是，在开始任何大规模区块链实施之前，进一步检查和理解区块链的局限性，并考虑可用的替代方案。

以下是一些在文献中受到最少关注的挑战。因此，研究人员应重点调查以下研究问题。

组织需要了解如何将其HIT区块链连接到兼容的区块链、不兼容的区块链或非区块链平台。研究应侧重于确定有效的集成治理模型和新的互操作性和数据标准，并探索性能优化方法。研究人员还应该探索医疗保健系统集成方法的可行性，例如交叉认证(用于兼容的区块链)、oracle(将外部数据传输到区块链以供链上使用)或应用程序编程接口(用于不兼容的区块链)。使用开放标准(如Health Level 7和Fast Healthcare Interoperability Resources)的翻译器的可行性 开放EHR或将专有系统连接到区块链HIT的等效本体是一个开放的研究领域[ 13]．不同利益相关者创造的区块链孤岛目前的复杂性和互操作性挑战应该进行调查。需要了解区块链互操作性的法律和监管影响，因为安全和隐私问题是相关问题。

HIT研究人员开始意识到区块链上数据存储的技术限制，研究人员开始探索符合GDPR的替代方法。建议包括在区块链上记录元数据，如地址、哈希值和时间戳，同时将PHI存储在链外的其他地方，如云或医院服务器上[ 23]．分割存储可能会降低系统性能。未来的研究应该确定可行的方法来优化在区块链上和区块链外分离数据存储的实现的成本、性能和效率。

公众对区块链应用(如加密货币)的负面看法导致了用户的抵制[ 11]．从金融科技领域吸取的经验教训表明，当这些应用程序与用户的价值体系保持一致时，用户就会有动力采用加密货币[ 86]．为了支持这一观点，新生的HIT研究表明，患者对基于区块链的HIE机制的隐私保护、协调和信息交换持积极态度[ 32]．由于利益相关者不了解区块链技术，也可能出现用户抵制。研究人员可以探索有影响力的医疗保健参与者的行业联盟如何共同努力，教育利益相关者，并说明概念的证明可能会增加网络效应并刺激采用。进一步的研究还可以探索是什么激励利益相关者共同努力采用区块链并找到共同的解决方案。区块链HIT创业生态系统在刺激用户采用方面的作用也是一个相关的研究领域。研究人员还可以探索如何消除由1996年《健康保险流通与责任法案》(HIPAA)和GDPR等立法造成的法律和监管限制所带来的采用障碍，这些立法没有考虑区块链技术处理数据隐私和安全的独特方式。考虑应该存储在链上和链下的内容对于HIPAA和GDPR的合规性和采用非常重要。

HIT研究人员目前专注于改善医疗保健应用，但研究人员仍有空间探索区块链HIT的颠覆性潜力。大多数HIT研究都集中在HIT应用程序中智能合约的使用上。值得注意的是，智能合约是去中心化自治组织(dao)和去中心化应用程序和服务(D-APPs)的基石。dao和D-APPs有可能促进新型dao在器官和献血、电子处方、实验室和其他诊断服务等领域扰乱患者护理。

这篇综述并没有关注区块链在患者护理之外的健康行业中的使用，例如在健康保险市场、制药行业供应链或医疗保健提供者资格认证过程中，区块链被提议重塑这些行业。2019冠状病毒病大流行暴露了许多高价值的用例，在这些用例中，支持区块链的技术可以满足不断变化的社会需求，并支持对中断的加速响应，例如供应链管理，将医疗机构与必要医疗用品的可信来源连接起来，跟踪和监控药物的来源以及从药房到患者管理的过程，核实在医院志愿服务的临床医生和卫生保健专业人员的证书，以减轻劳动力需求。进一步的审查可以探索这些领域的区块链研究，作为大流行应对的一部分。

先前的审查包括概念论文、行业报告和实证研究，主要侧重于确定用例和相关挑战[ 1- 3.， 6， 87- 89]．为了确定研究的现状，本综述仅关注区块链用于患者护理的实证研究。先前的综述包括截至2018年的研究[ 1- 3.， 6， 87- 89]．在本次综述中，纳入的70项实证研究中，有58项发表于2018年和2019年。我们通过描述区块链HIT研究如何随着时间的推移(从2016年到2019年)专注于患者护理来进一步区分这篇综述。

我们基于Agbo等人对截至2018年的区块链HIT文献的系统回顾[ 6]，在重点、纳入标准、结果和研究议程方面有所不同。具体来说，Agbo等[ 6]确定了用于患者护理的4种区块链应用程序:电子病历(我们将其扩展到包括电子病历和PHRs);研究;RPM;健康分析，我们进一步将其分解为预测分析和分类建模。这篇综述更新了Agbo等人在研究中报告的区块链HIT应用[ 6]通过确定专注于患者护理的区块链HIT研究的另外5个离散类别:HIEs、医学图像共享、移动健康和远程医疗、psn和dps。Agbo等[ 6]确定了实施区块链HIT应用程序时面临的五大挑战:互操作性、安全性和隐私性、可扩展性、速度和患者参与。在我们的综述中发现的挑战，但没有包括在Agbo等人的研究中[ 6包括计算能力和实施成本、实施过程中的用户阻力、共识算法效率低下、将患者与其数字身份联系起来的困难以及数据存储限制。为了验证我们的搜索词，我们使用Agbo等人提供的搜索词对文献进行了另一种搜索[ 6]．然而，与Agbo等人的搜索词相比，我们开发的搜索词提供了与我们的目的更相关的结果[ 6]．

我们介绍了区块链技术使用的研究现状，重点是患者护理。尽管区块链具有颠覆医疗保健的巨大潜力，但大多数想法都处于起步阶段。51%的研究集中在医疗信息系统，如EHR和EMR, 53%的研究集中在数据安全和隐私问题上，这篇综述表明，HIT的研究主要集中在使用区块链技术来解决HIT当前面临的挑战。未来的研究可以集中在区块链如何通过创建新的去中心化组织、应用程序和服务来扰乱患者护理，并帮助克服covid -19后医疗保健服务中的挑战。