区块链技术的医学应用现状与前景

谢毅 叶哲伟

自区块链技术不断被计算机科学、金融、房地产、医疗卫生、交通、能源等多个行业提及，我国相关政府部门积极重视其行业发展，相继发布了相关的文件来引导。2016年12月发布的《“十三五”国家信息化规划》，该文件中提出需要加大区块链等新技术的创新应用；2018年8月，国家卫健委医政医管局发布《关于进一步推荐以电子病历为核心的医疗机构信息化建设工作的通知》，要求发挥区块链等新技术在医疗信息管理中的优势，促进互联网医院的发展[1-2]。作为目前医疗改革背景下的新技术，可以预见区块链与医学领域的结合将成为一种新的应用模式，有效改善当下临床医疗工作的环境。

一、区块链相关知识介绍

1.区块链技术简介：区块链(blockchain)也叫分布式总账技术，是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。该技术方案主要让参与系统中的任意多个节点，通过一串使用密码学方法相关联产生的数据块(block)，每个数据块中包含了一定时间内的系统全部信息交流数据，并且生成数据指纹用于验证其信息的有效性和链接(Chain)下一个数据库块[2]。目前，区块链技术的概念公认为《中国区块链技术和应用发展白皮书》中对其的解释，将其定义为：分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型互联网应用模式[3]。

2.区块链技术特征及其优势：区块链的特征可以概括为以下几点：(1)去中心化：整个网络中不存在中心化的管理机构，而是一种分布式端到端的网络结构，网络中各节点的权限对等；(2)自治性：采用基于协商一致的规范和协议使得整个所有节点能够在去信任的环境自由安全地交换数据；(3)安全可信：采用非对称密码学技术对交易数据进行加密，同时借助工作量证明机制保证数据理论上难以篡改；(4)公开透明：所有的交易记录在全网公开透明，打破了信息不对称[4]。

二、区块链技术的医学应用

1.医疗数据储存与共享：在诊疗过程中，病人的医疗数据涉及生命安全和个人隐私。传统的病历储存在各个医院的中心数据库，在一定程度上导致了“信息孤岛”现象。区块链允许病人掌握自己的医疗信息，利用区块链技术来保存电子病历、检查数据和可穿戴设备上的健康数据，形成个人医疗健康记录的历史数据库，病人根据自己的意愿向第三方授予访问其电子健康记录的权限。Esmaeilzadeh等[5]从病人角度出发，研究结果显示参与者对实施基于区块链的交换机制以保护隐私、协调和信息交换持积极态度，提出了基于区块链的电子病历系统的潜力和限制，倡议医疗保健组织应该解决这些限制，以安全和私人的方式交换个人健康信息。Yue等[6]提出了一种基于区块链的医疗数据网App(Healthcare Data Gateway)，可以用于医疗数据分享。利用区块链技术的去中心化可以安全地保存个人医疗信息，让病人拥有个人完整医疗记录的历史数据库，而不是把信息交付于某一个机构来保管，可以解决各个医院医疗数据不互通、数据伪造更改等问题。这种基于区块链技术的数据保存方式不仅有利于病人隐私的保护，同时也有助于医疗去中心化和信息共享的实现。

2.基因诊疗：运用区块链可以开发DNA信息存储数据库，对基因和医疗数据进行有效地存储并通过对存储的信息进行秘钥加密，在保证DNA信息存储的同时也保证了私人信息的安全。这种使用DNA信息获得登录查看个人健康信息的方式可以更方便地对基因信息进行数据共享，便于生物医药公司进行数据采集，提高研发效率。区块链去中心化的特性，对基因大数据库收集有着天然的优势。基于区块链去中心化建立的大规模安全数据库，利用强大的计算能力，在基因诊断上区块链技术的使用将会成为工业化基因测序的技术基础。如此，区块链DNA测序技术将会使测序速度大大提升，最终惠及人类。

3.临床实验研究：临床实验研究对实验结果的记录要求苛刻，而区块链技术能够为研究人员提供可追踪的实验结果记录和临床报告，这对于实验结果的保存和减少临床实验记录造假具有重要作用。据统计，当前的实验研究中有一半的实验结果未被报告，区块链技术可以解决临床实验中存在的选择性报告和不真实结果，从而减少学术不端的发生。基于区块链的研究数据将有时间戳并且公开透明，甚至在临床实验开始之前，所有的计划、同意、方案和可能的结果都可以存储在区块链上。区块链还可以将临床实验的几个阶段联系在一起，只有在遵循所有步骤并正确验证所使用的方法的情况下，实验才会进入下一阶段，从而确保临床实验的透明度和可信度。Nugent等[7]通过使用智能合约来扩展这一想法，这些合约驻留在区块链中的一个特定的地址上，其执行权限通过网络密钥进行密码验证，以展示如何更好地强制执行对临床实验的信任，以及如何消除数据篡改。他们证明，现代协议提供的加密保证可以超越“存在的证明”，并用于复杂的临床。Engel[8]等认为区块链技术可以显著改善手术结果研究和实验设计，改变我们对实验设计的想法，并可能产生真正可验证和不可变的数据。当然，区块链技术进入手术结果研究还为时过早，但不可否认其作为公共密码控制的数据存储的基本属性，可以提高实验数据的真实性。

4.医药市场溯源：据美国公共利益医学中心(Center for the Public Interest in the Public Interest in the United States)估计，今年全球假药销售额可能超过750亿美元，5年内增长90%。世界卫生组织统计全球有10%的药品是假冒药品，其中发展中国家的假药比例高达30%。这类假药不仅包括影响生活方式产品，如肌肉增强剂、功效兴奋剂、减肥药等，还包括治疗心血管疾病和癌症的药物、抗生素、止痛药、避孕药和其他处方药。这类假药含有正确的活性成分，但在大多数情况下，显示的剂量太高或太低，或者是以不纯的方式生产的。当伪造的药物中没有预期活性物质的踪迹时，它对人体就变得极其危险。医疗器械和医药追溯系统，可利用区块链上不可篡改、信息真实、灵活的可编程等特性，构建不可篡改的设备身份信息，以解决医疗行业中难以监管的痛点问题。利用区块链来追溯设备的申请、采购及使用情况，将使得设备信息更加公开透明，设备维护更加及时，从而实现医疗设备器械的流程信息化管理目标。区块链本身的链条特性意味着，药品公司可以创造一个围绕药品物流的“单一真实来源”药品供应链条，并通过追踪这个药品供应链，确保链条的完整性，全流程终身管理。Radanovi等[9]通过区块链追踪药企供应链来鉴别消费者手中的药品是否是正品，使用近场通信技术嵌入胶封，已经在伪造、调换、被偷商品以及虚假交易等方面取得突破。Tseng等[10]建议以区块链作为药品数据追踪的基础，创建透明的交易数据。此外，药品供应链的监管模式可以从单纯的检验审查模式转变为监督网络模式，参与药品供应链的每个单位都可以同时参与，保护包括病人在内的公众健康。

5.可穿戴设备健康监护：全球可用的健康应用程序和健康可穿戴设备的丰富导致了强大的数据洪流，这些数据可用于医疗问题相关研究。区块链在病人生成的健康数据领域提供了各种应用可能性，例如，全球瑞士数字健康银行HealthBank开始在处理数据交易和共享个人健康数据方面为用户提供了一个平台，他们可以在这个平台上存储并在安全环境中管理他们的健康信息，并实施区块链技术，由此数据主权完全掌握在用户手中。在将来，使用区块链病人生成的个人健康数据(如心率、血压、服用的药物、睡眠模式、饮食习惯等)可以从健康应用程序、可穿戴设备或就诊中检索，并安全地存储在健康银行区块链中。当运动量超过身体负荷时适时地将信息反馈给用户以调整作息和运动方式，这对于体育竞赛中运动员的保护具有重要作用。另外，中国乃至全世界都存在慢性病控制效果不佳的情况，在智能可穿戴设备普及的将来，区块链的引入将会更加紧密而精准地记录慢性病病人的健康状况，这对慢性病的控制和预防猝死具有重大意义。

6.医药支付和理赔：随着疾病发生率的增加，全球医疗经济支出增加，由此引发的医疗经济纠纷也不断增多。区块链的发展对于医药支付账单透明化以及医疗纠纷索赔可能起到一定作用。有资料显示，运用区块链技术设计一个医药支付平台可以帮助病人预先了解住院费用和额度剩余，也可以选择合适的药品进行治疗。该平台基于多家医院的共享信息，为病人提供医疗信息咨询，还可以提供预付账款等服务。由此，病人对于医疗费用的预估会更加准确；同时，在发生医疗纠纷获得理赔时可以得到相对合理的赔偿，对于保证病人权益实现个性化服务具有显著意义。

7.医学教育：随着互联网技术的不断发展，医学教育的发展模式也在不断演进。网络课堂的兴起为广大医疗工作者提供了更好地获取知识的平台，与此同时，各种平台的局限性和不可获取成为了学习的绊脚石。基于区块链技术的去中心化和分布式储存可以让广大的医学人员共享医学信息资源，同时还可以建立可靠的学生诚信体系，用于考试作弊和学历造假等的查处。麻省理工学院(MIT)已于2017年夏天在111名毕业生中启动了一项试点计划，包括向他们的智能手机发放数字文凭(除了传统的纸质证书之外)，他们可以轻松地与任何人-潜在的雇主、朋友和机构共享[11]。利用区块链技术的不可篡改还可以实现技术成果及专利权益的维护，这对于实现社会公正意义深远。

8.医疗信息化管理：目前，医院大多采用电子病历系统、医学影像系统、医院信息管理系统来记录病人信息和医院信息管理，当下的信息储存与管理模式容易造成信息泄露和共享困难等问题。利用区块链技术的信息共享平台，可以将各个医院的信息进行集成加工并打包分享到其他医院，这对于化解“信息孤岛”起到重要作用。医生在接诊病人时能够提前了解到其在别的医院进行的相关检查以及病史，同时也方便了病人对健康资料的保存。通过区块链的授权访问实现了不同医院、不同厂家、不同医疗设备的信息互通，大大节约了临床成本。

9.医疗供应链与采购：对于医院而言，最主要的支出就是采购，包括采购医疗设备和药品，采购政策也是医疗保健管理的一个方面，可以通过实施区块链来大大改善，因为这项技术将确保商品供应是透明、可验证和更高效的。所有价格、合法招标要求和某些供应商以前的做法都可以很容易地检查出来。通过引入智能合约，只要满足前提条件，交易就可以通过互联网自动进行。围绕医疗设备和药品产生的“区块链+”供应链体系将在应收账款可信交易与管理、交易的全程追溯、跨机构的互通互利等方面有很大的应用空间。同时，其落地场景也可以在设备融资租赁、供应链保理、药品溯源等方面展开。

10.公共卫生事件监管与应对：当突发公共卫生事件时，医用防疫紧急物资的供应流程与传统供应链的运作模式有着相似之处，但并不完全等同，其包含了更复杂、更分散的物资来源与特殊供给，各方信息严重不对称，相比传统供应链信息管理，其挑战更大。以此次新型冠状病毒肺炎(2019-nCoV)为例，我国针对突发公共卫生事件的应急机制缺乏综合性预案，针对本次新型冠状病毒肺炎疫情，疫情严重地区医用紧急物资的供应、调配和发放方面都出现一定的欠缺，需从制度设计上进行完善。区块链的时间戳可使物资供应过程中各时点的数据均能得到真实性认证，从而提高医用防疫紧急物资供应系统的稳定性，还可平衡各医院防疫物资存储量，尽可能将物资缺口降到最小，有利于提高政府信息发布的公信力，提升全民防疫信心[12-13]。

三、区块链技术医学应用的挑战

1.应用推广问题：目前关于区块链应用领域的标准还没有正式确立，另外，由于去中心化属性对传统医疗管理机构会带来冲击，导致相关机构和部门对区块链技术在医疗领域中的应用持谨慎态度，其推广和应用受到限制[14]。

2.数据储存空间问题：随着大数据技术在医疗领域的应用，数据量将会呈现井喷式增长，区块承载的数据信息越来越多，对区块链数据库的存储空间提出更高的要求。如果每一个节点的数据都完全同步，区块链数据的存储空间容量要求就势必成为一个制约其发展的关键问题，直接影响医疗部门更新数据信息和医患对数据获取实时性的需求。

3.隐私安全保密问题：在区块链的公有链中，每一个参与者都能够获得完整的数据备份，所有交易数据都是公开透明的，这既是区块链的优点也是其缺陷。区块链对隐私保护的解决方式是通过隔绝交易IP地址和地址持有人真实身份的关联来达到匿名效果，但是交易本身是公开的，即使用户通过使用哈希值作为地址进行“匿名化”，仍然可以通过检查和分析区块链网络上公开的交易信息来重新识别该用户，这个问题对于医疗领域的应用至关重要，因为与病人相关的个人可识别信息高度敏感，这在医疗行业是不被允许的。

4.抗压能力有限问题：尽管区块链3.0时代已经来临，但是目前没有大规模地使用区块链数据节点，如果一旦将区块链技术运用到全球几十亿数量级的人类健康数据环境，区块链将会面临巨大挑战。

四、区块链技术医学应用的前景展望

数字化、信息化和智能化时代的发展，促使世界各国积极向数字化转型，我国也在十九大报告中提出加快建设数字化中国，以信息化培育新动能。预计全球2020年区块链技术的资本投资将达到4亿美元，到2025年，医疗领域的区块链价值将达到56.1亿美元，年增长率达63.9%。虽然区块链技术还没有大范围实施，但经过此次新型冠状病毒肺炎疫情之后，不少医疗专业人员和决策者已经意识到区块链技术为医疗组织和医疗实践提供的变革潜力，相信会有越来越多的“区块链+医疗”的新概念和案例出现，使广大临床医生和病人受益。