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Mohsen Attaran (2020): Blockchain technology in healthcare: Challenges and opportunities, International Journal of Healthcare Management, DOI: 10.1080/20479700.2020.1843887
作者：
Mohsen Attaran（加利福尼亚州立大学）
摘要
患者和医疗从业者面临着如何安全访问、管理、整合和共享医疗记录的挑战。患者应当能够在全球范围内管理个人医疗记录、追踪医疗背景、授权数据访问并安全地与任何医疗专业人士分享。患者直接获取数据的权利以及更完善的数据共享基础设施，能够帮助医疗系统更好地应对诸如COVID-19等致命疾病爆发期间的公共卫生威胁。当前医疗行业采用的技术由于隐私保护、安全性和全生态系统互操作性方面的局限，未能充分满足这些需求。本文通过文献综述，揭示了区块链技术在解决医疗行业面临的最关键、最具挑战性问题中发挥的核心作用，分析了医疗领域应用区块链技术所面临的挑战与机遇，并总结了医疗相关的区块链产品及不同应用场景下的主要解决方案提供商。通过这一研究，我们的工作延伸并补充了现有医疗区块链研究体系。
https://doi.org/10.1080/20479700.2020.1843887
本期看点：
●区块链的独特优势在于：能在不可篡改的点对点网络中实现数据与交易的共享，从而提升透明度、安全性。
●科技巨头正积极进军医疗领域，旨在通过战略性举措控制医药成本增长，重塑医疗服务可及性与质量体系。消费者健康正成为这些企业巨额研发投入的新焦点。
●医疗行业面临的核心挑战在于：能否以简便经济的方式记录存储信息，并在不同应用与系统间实现安全共享。同时，跨系统工作时数据的可移植性与统一兼容性也至关重要。
●目前区块链技术正被应用于以下医疗数据保护领域：DNA数据加密存储、个人信息安全管理、医疗记录与关键病史信息保护。医疗机构可利用区块链存储患者病历详情，使医患双方能够随时随地通过网络直接查阅记录。
●智能合约的重要特性在于其无需第三方介入、可提升追溯能力并增强安全性。运用智能合约的区块链技术可推动更高效的按价值付费医疗模式，消除医患与支付方之间常见的不信任问题。智能合约还可自动向患者保险公司同步账单与理赔信息，从而提升欺诈检测与定价效率，降低管理成本。最后，区块链技术通过提供透明的交易信息建立信任机制，助力保险行业发展。
●医疗领域区块链技术的实施主要解决四大问题：数据碎片化、医疗数据获取效率低、系统互操作性不足、患者自主权缺失，以及医学研究数据质量与规模的提升需求。
●区块链的另一缺陷在于其不适用于高时间分辨率数据。该技术在处理多维数据（如复杂文本、图像与图表）方面存在局限。
1 引言
医疗行业面临的一个重大挑战，是如何妥善管理和安全检索在日常运营及提供服务过程中产生的大量个人健康数据。包括可穿戴设备在内的健康监测技术也产生了海量的个人健康数据。当前健康数据普遍存在获取困难、系统间标准不统一、难以理解使用与共享等问题。这些数据源自多样化的采集渠道，存储于集中式信息技术系统中，使得数据管理与共享成为艰巨任务。患者数据的调取、传输、接收与整合过程不仅耗时，且消耗过多资源。对这些数据的有效管理与安全检索，有助于医疗系统构建患者全景视图、提升诊疗质量、加强医患沟通并改善健康结果。
医疗行业面临的另一难题在于系统互操作性不足、医疗记录难以获取，以及缺乏全面可靠的人口健康数据。近期公共卫生危机进一步突显了现有医疗系统互操作性的缺失。最后，医疗数据安全是该行业面临的重大议题。许多医疗机构将宝贵的健康信息储存在传统老化IT基础设施的集中式系统中，这些系统极易成为勒索软件及其他网络攻击的主要目标。
近年来，医疗领域正积极推动以患者为主导的互操作性发展，即由患者驱动健康数据交换的模式。然而，医疗行业在开发基础设施、计算机程序和战略方法方面仍处于起步阶段，这些技术需要能够在可靠、安全、持续的基础上整合各类可用数据。现有医疗数据系统存在若干局限性，包括患者隐私保护、数据完整性、质量与准确性等问题。医疗行业正寻求通过不同技术提供的机遇来解决部分关键挑战。因此，市场对能够促进向以患者为中心的互操作性转变的新型技术需求迫切。区块链技术有助于解决医疗互操作性难题，并在构建以患者为核心的生态系统中发挥关键作用。
2 区块链技术定义
区块链技术是本世纪最重要的创新之一。它不仅提高了运营与监管验证的效率，还增强了众多行业供应链的可追溯性与透明度。被称为"区块链"的分布式账本技术（DLT），已成功激发了金融服务机构的想象力并吸引了大量资金投入。区块链是一种去中心化且持续增长的记录列表，这些被称为"区块"的记录通过挖矿过程相互链接成链。该过程将待处理交易转化为数学难题，矿工通过计算机系统解题后生成称为"哈希值"的字符序列——这是每个区块独有的数字指纹。每个区块包含前序区块的加密哈希值、时间戳及交易数据，同时汇聚所有历史区块信息形成网络链式结构。若任意区块数据被篡改，将引发连锁反应导致整个区块链冻结。当区块链完成信息处理，网络中所有计算机将同步锁定数据，形成永久不可篡改的数字记录。各区块链系统自主决定新区块的添加权限与执行机制。区块链的独特优势在于：能在不可篡改的点对点网络中实现数据与交易的共享，从而提升透明度、安全性。虽然区块链已广泛应用于加密货币和金融交易领域，但娱乐、制造、医疗等行业正积极采用该技术，以发挥其增强安全性与隐私保护的优势。
在医疗健康领域，区块链将助力解决互操作性难题，推动以患者为中心的生态体系建设。它能增强安全性、隐私保护与系统互操作性，真正实现患者主导的医疗生态系统。总体而言，区块链可应用于医疗记录访问共享、移动医疗与远程监护，以及让患者掌控个人病历的医疗数据管理系统。
3 关键挑战与区块链解决方案
美国医疗保健产业规模全球居首，年耗资超1.7万亿美元。当前美国人均年医疗支出达10,739美元，高于任何其他国家。医疗支出已占国内生产总值（GDP）近18%，若维持现状，预计到2027年该比例将攀升至20%。医疗行业正在推行多项战略举措，以应对医疗和药品成本上涨的压力，并着力提升医疗服务质量。
面对技术发展带来的关键挑战、现实问题与历史机遇，医疗行业正在多个维度发生深刻变革。首先，行业格局已突破传统医药巨头、政府机构与专业医疗人员的三方联盟。科技巨头正积极进军医疗领域，旨在通过战略性举措控制医药成本增长，重塑医疗服务可及性与质量体系。消费者健康正成为这些企业巨额研发投入的新焦点。其次，现行医疗体系主要关注病后治疗而非根源预防。新冠疫情可能加速了持续健康管理的发展趋势，多层次数据驱动的决策模式正在取代传统医疗方式。最后，苹果、谷歌、亚马逊等科技公司推出的可穿戴设备能通过传感器全天候监测体温、心率、呼吸音、心率变异性、步行数等个人健康参数。这些设备采集的数据可与饮食、睡眠及行为模式结合进行分析。相关企业开发的健康管理软件致力于全面改善患者生活，通过数字健康研究实现生活方式监测、日常行为分析及预防性指导。在新冠疫情防控的最新举措中，苹果与谷歌即将推出基于蓝牙技术的自愿参与式接触者追踪系统。该计划拟通过用户自愿共享的海量消费数据，跟踪个体行动轨迹，精准记录被追踪用户间的接触行为及其健康数据关联。
任何旨在改善医疗保健的技术方案，都必须从消费者、患者、医疗服务提供者和监管机构等多方视角审视实际需求，并应对医疗行业相较于其他经济领域所面临的独特挑战。各利益相关方正积极探索区块链技术，以期优化业务流程、降低成本、改善患者预后、提升合规性，并促进医疗相关数据的更有效利用。对区块链赋能的医疗系统的关注度正在急剧上升。在一项针对18个国家200多位生命科学领域高管的IBM研究中，超过70%的受访者预期区块链将帮助他们克服低效的官僚流程和遗留系统问题，这些问题长期拖累着行业的创新与适应能力。2019年，美国第二大健康保险公司Anthem宣布，将采用区块链技术为4000万患者存储健康数据。表1总结了区块链技术在医疗保健和生命科学领域的潜力与应用。
3.1数据收集与存储
医疗监测技术（包括可穿戴设备）产生了海量的个人健康数据。这些数据的妥善管理与安全检索，对于医疗系统中数据驱动的决策至关重要。我们现有的医疗系统在日常运营和提供服务的过程中同样会产生大量数据。患者一生中会与众多医疗服务提供者互动，导致数据分散存储在各个提供者的系统中。服务提供者通常掌握着主要的数据管理权，这造成了数据轨迹的碎片化，并使得患者的访问便利性逐渐降低。医疗数据具有体量大、类型多、速度快的特点。它们通常格式不一、变量繁多，且需要实时分析。这些数据大多难以访问，跨系统缺乏标准化，并且在理解、使用和共享方面面临挑战。
3.1.1医疗记录与病史管理的现状
当前医疗记录保存与数据收集系统具有以下特征：
●其运作依赖于患者与医生之间的互动
●始终未能有效利用数据价值
●形成了漫长而繁琐的医疗保健获取流程
●关键患者信息分散在多个系统中
●缺乏关键数据的可及性，导致许多医疗系统无法为患者提供必要治疗
●对管理体系产生负面影响，因多方参与者缺乏顺畅流程所需的准确信息
●医疗数据安全性与可靠性薄弱
医疗行业目前效率低下，多数病历仍以纸质形式存储于分散地点。这些记录无法用于协调诊疗、评估质量或减少医疗差错。医疗数据虽已在不同节点实现数字化采集，但关键在于如何在不使流程复杂化的前提下充分挖掘这些数据的价值。医疗行业面临的核心挑战在于：能否以简便经济的方式记录存储信息，并在不同应用与系统间实现安全共享。同时，跨系统工作时数据的可移植性与统一兼容性也至关重要。
3.1.2区块链技术应用于医疗记录管理
区块链技术适用于任何需要数据完整性认证与共识机制的数字数据场景，尤其适合需要多方共享写入权限的领域。该技术能有效保障重要医疗数据的安全存储，为医疗行业的记录保存问题提供创新解决方案，特别适用于记录持续稳定增长的交易数据。在开放的用户交易环境中，当历史信息重要性相对较低且数据持续稳定增长时，区块链技术更具适用性。目前区块链技术正被应用于以下医疗数据保护领域：DNA数据加密存储、个人信息安全管理、医疗记录与关键病史信息保护。医疗机构可利用区块链存储患者病历详情，使医患双方能够随时随地通过网络直接查阅记录。
区块链实现了跨阶段的数据统一可移植性与多维度保护体系，助力医疗机构构建以患者为中心的综合健康记录系统。患者通过掌握数据私钥成为信息主体，自主控制数据访问与使用权限。这种区块链赋能的集成系统有助于：实现记录与活动的对账协调，有效遏制欺诈行为，支持患者全球范围内访问管理健康记录，保障患者与医疗专业人员的安全记录共享，持续跟踪过敏史、慢性疾病及疫苗接种等医疗背景信息。
最新研究提出基于区块链的医疗数据存证系统，该系统能提供可靠的存储解决方案，在确保数据原始性与可验证性的同时保护用户隐私。该数据系统支持用户永久保存重要数据，若怀疑数据遭篡改时可验证其原始性。另一项研究设计了基于区块链的安全隐私保护型个人健康信息共享系统，用于提升电子健康系统的诊断水平。凭借其不可篡改的特性，区块链有助于提高诊断准确性——这在安全和隐私保护至关重要的医疗系统中尤为关键。
3.2数据共享与互操作性
低效的互操作性主要引发两类问题：（1）患者身份识别困难，（2）信息阻塞现象——医疗服务提供者对患者数据或电子健康信息的交换施加不合理限制。缺乏普遍认可的患者标识符以及信息阻塞行为，严重阻碍了高效医疗实践的发展。特别是在新冠疫情等突发公共卫生事件中，互操作性的重要性尤为凸显。此次疫情的暴发时点，凸显出对更强大数据共享基础设施的迫切需求——这样的设施能够优化医患沟通效率，促进信息流动以应对公共卫生威胁。当患者前往非其初级保健医生的医疗机构就诊时，需要能够便捷获取自己的医疗记录。此外，改善健康数据流动将使医生能够开展远程监测和远程医疗咨询，让患者能够及时向医生提供完整的病史信息。随着新冠肺炎病例数量的攀升，高效透明的信息传递变得至关重要——包括患者如何进行风险评估、呈现症状特征以及治疗反应等信息。公共卫生危机进一步暴露出当前医疗体系中互操作性缺失的严峻现实。
3.2.1现有数据共享模式的问题
当前医疗记录主要存储在集中化的信息技术系统中，这种架构导致数据共享困难重重。患者数据的申请、发送、接收与整合流程繁琐耗时，成本高昂。由于行业监管限制、后端系统互不兼容以及医疗信息碎片化等因素，医疗数据管理领域的技术发展进展缓慢。医疗存储系统之间缺乏有效的协作与数据共享机制，导致数据难以传输、检索和分析。其结果是，大部分数据被困于孤立的数据孤岛中，严重限制了患者获取和利用自身医疗历史记录的能力。
3.2.2区块链数据共享解决方案
区块链技术能够显著简化医疗数据共享流程，并有望终结医疗行业的互操作性问题。在许可型医疗区块链中，患者通过哈希ID进行身份识别，该ID将成为其唯一标识符。哈希算法既能保证ID的唯一性，又能有效保护用户隐私。患者可自主掌控解密密钥，选择性地与指定医疗服务提供者共享相关数据区块。这种模式能同时增强安全性、隐私保护与互操作性，真正实现以患者为中心的生态系统建构。精确、实时、完整的医疗记录将使患者和医疗服务提供方共同受益。
3.3数据安全与身份管理
近期医疗记录安全漏洞事件加剧了人们对数据安全和患者隐私的担忧。全球网络安全保险公司Beazley数据显示，2017年45%的勒索软件攻击以医疗机构为目标。医疗记录遭黑客入侵和医疗数据泄露事件呈上升趋势。根据《HIPPA期刊》统计，医疗行业报告的数据泄露事件从2009年的不足20起激增至2017年的350多起。美国卫生与公众服务部指出，2018年医疗行业数据泄露事件导致总计1300万条医疗记录暴露。2016年平均每天至少发生一起健康数据泄露事件，影响超过2700万份患者记录。2018年，黑客窃取了UnityPoint健康医院网络中140万名患者的敏感医疗记录，这被认为是当年美国最大规模的医疗数据泄露事件。被入侵的记录包括化验结果、治疗方案、患者社会安全号码及保险信息。
3.3.1现存数据安全问题
众多医疗机构将宝贵的健康信息存储于中心化的老旧遗留IT基础设施中，这类系统正是勒索软件及其他网络攻击的首要目标。由于医疗服务机构储存的信息极具深度，它们往往成为复杂网络攻击的目标。患者病历及其他关键信息的访问一旦中断，将对任何医疗机构造成致命打击，导致受害机构损失数百万美元。为防患于未然，医疗机构正投资于先进的安全技术，包括完善数据备份、强化数据加密、人工智能应用及实时安全平台等，以在威胁演变为严重问题前加以遏制。当前数据安全与患者隐私的隐忧，叠加网络攻击数量的激增，使得提升IT安全水平成为紧迫需求。为此，医疗机构持续投入先进安全技术建设，例如优化数据备份体系、部署高级数据加密方案、运用人工智能及实时安全平台，旨在从源头阻止威胁演变为重大安全事件。
3.3.2面向数据安全与身份管理的区块链解决方案
区块链技术能为医疗数据安全和身份管理领域提供多重优势。该技术可有效遏制安全威胁，防止私人数据落入非授权方手中。数据在加入区块链时即被加密，确保其不可篡改且无法被破解。系统通过仅由个人持有的私密识别密钥对交易进行授权。因此，与当前医疗数据技术不同，医疗机构必须获得明确的区块链记录访问权限，方能获取患者的医疗数据。医疗机构间更优质的数据协同能提升诊断准确率与治疗成功率，并使医疗机构得以提供高性价比的医疗服务。区块链可在确保患者信息安全的前提下，允许患者自主选择向任意医疗服务方共享数据。该技术可提供医疗记录的所有权证明，并通过防伪技术保障数据的真实性。
根据BIS研究机构的最新报告，到2025年，医疗行业通过引入区块链技术每年最高可节省1000亿美元。这些节省将体现在数据泄露相关成本、运营成本、IT成本、仿制药相关欺诈及保险欺诈的减少。报告指出，2018至2025年间全球医疗市场区块链应用的复合年增长率预计将接近64%，市场规模到2025年有望达到近60亿美元。
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