基于区块链技术的体外诊断试剂全流程智慧追溯体系应用研究

龚娅，史秋霞，段德令，刘志强

1 中国人民解放军南部战区总医院白云院区 检验科，广州市，510510

2 南方医科大学南方医院 肾内科，广州市，510515

0 引言

区块链3.0时代，是区块链技术与实体经济全面结合的时代，将链式记账、智能合约等技术特点与实体应用领域充分融合，通过去中心化的智能自治，最终将彻底颠覆现有的社会商业逻辑，重塑社会信任体系。目前，中国、美国、英国等全球主要国家都在加快布局区块链技术发展，卡位抢跑。2019年10月24日，第十八次中共中央政治局集体学习时指出，“区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用”，强调要积极推动区块链技术在医疗健康等领域的应用。根据业内推测，伴随区块链技术的不断成熟完善，以医疗服务、健康管理、医疗保险等为核心的医疗健康领域极有可能继金融领域之后，成为区块链技术的第二大应用场景。未来，除了电子健康病历（EHR）、医疗保险赔付、DNA钱包、蛋白质折叠等应用外[1]，还将出现更多区块链与医疗健康细分领域紧密结合的产物，体外诊断试剂的防伪溯源就是其中之一。

1 区块链技术的核心优势

区块链技术，也称为分布式账本技术，是一种多方维护、全量备份，使用密码学保证传输和访问安全的记账技术，具有去中心化、去信任化、防止篡改等特点，是未来构建新型信任体系的核心技术。

1.1 去中心化

传统的中心式记账网络，将账本存放在中心节点，由中心节点对数据进行存储管理。区块链的分布式记账网络，每个节点都是权利和义务均等的个体，系统中的数据块由所有节点共同维护，每个节点都有备份，这种分步式存储、集体维护的方式确保了数据的安全可靠和公开透明。

1.2 去信任化

目前现实生活中的交易基于对第三方机构的信任完成，需要第三方权威机构（银行、支付宝平台等）作为信用背书。区块链系统中，运作规则基于共识算法而非信任，节点之间的交易规则公开透明，因此节点之间的数据交换无法欺骗系统内其它节点，自然无需任何第三方介入。

1.3 不可篡改

区块链基于哈希算法使用不同的秘钥进行加密、解密，加解密不可逆，公钥加密的信息，即使被截获也无法解密，只有私钥才能够解密，从而保证数据信息的安全。此外，区块链上的数据无法被篡改，在区块链上的任何篡改都会留下密码学证据从而被快速发现，由此确保区块链的数据稳定性和可靠性。

2 体外诊断试剂追溯体系需求分析

体外诊断试剂，是指在疾病的预防、诊断、治疗监测、预后观察、健康状态评价以及遗传性疾病的预测过程中，用于对人体样本（各种体液、细胞、组织样本等）进行体外检测的试剂、试剂盒、校准品、质控品等。体外诊断试剂产业属于多学科交叉、知识密集、资金密集型的高新技术产业[2]。

2.1 现实需求

近年来，基于市场需求的不断扩增，体外诊断行业发展迅猛，在疾病预防、临床诊断、健康监测和指导治疗中的作用日益明显。据统计，临床诊断信息的80%左右来自体外诊断，体外诊断与检验医学的有机融合，成为保障人们生命财产安全的重要组成部分。检验医学中使用的体外诊断试剂的质量和安全问题也随之而来，如何验证体外诊断试剂的真伪，发现假冒、伪劣、过期试剂如何追根溯源，出现试剂质量问题如何倒查问责，如何利用技术手段确保试剂相关信息的真实、健壮，这一系列问题都有待构建一套覆盖体外诊断试剂全生命周期的智慧追溯体系来实现。从当前的现实情况看，体外诊断试剂无论是在注册、原材料采购、试剂生产、物流运输、实验室应用等各个环节，均有违规生产、假冒调包、存储不善、操作不当等风险。

2.2 政策要求

根据《体外诊断试剂注册管理办法》规定，体外诊断试剂必须根据产品风险程度的级别进行注册，方可进入市场销售和用于临床诊断。然而，有些企业抓住“仅用于研究、不用于临床诊断的产品不需要申请注册”的空子，将用于研究的试剂用于临床。这些未依规取得药品监督管理部门颁发的注册证书的试剂如果流入市场，必定给管理者和使用者带来不确定的风险[3]。再如，2018年5月发布的《医药产品冷链物流温控设施设备验证性能确认技术规范》（GB/T 34399—2017）国家标准，给医药冷链物流体系建设提供了精细化的标准。国家有标准，但实际执行却走了样。体外诊断试剂大多为生物制品，其生产、运输、储存都有一定要求，生化、免疫试剂盒等环境温度均要求在2～8oC，而目前我国冷链物流市场化程度还不够完善，公路冷藏保温车仅占货运车总量的0.3%[4]，而且冷链运输成本相对较高，导致体外诊断试剂通常只是使用冰袋进行温控，温度高低起伏不定，为试剂的质量和有效性埋下隐患。这些违规操作从一定程度看，是体外诊断试剂产业链条上客观存在却难以克服的痼疾，区块链技术的出现使得这样的问题运用技术手段予以解决成为可能。

2.3 倒查追责

溯源是安全管理的重要手段，我国二十年前已经建立可追溯管理体系，但对体外诊断试剂的追溯还是一片空白。目前针对体外诊断试剂溯源的办法不多，过分依赖渠道的可靠性，没有真正意义上的强监管手段，多为依靠事后责任追究进行压力传导，从而遏制一定程度的制假售假和违规操作。试剂溯源的根本目的是确保试剂的安全性、有效性、质量可控性，建立对检验结果的信任，为临床诊断提供真实可靠依据。试剂的供应链由监管部门、原材料提供商、试剂生产商、试剂经销商、物流企业、医疗检验机构等众多参与主体构成，存在大量的交互协作，但由于相关信息离散分布保存在各个环节的各自系统中，各参与主体信息不全面、不对称，严重影响供应链协同效率。更为严重的是，由于信息缺乏透明度，当各个参与主体发生分歧、纠纷时，举证追责耗时费力。

3 区块链技术在体外诊断试剂全流程智慧追溯体系中的应用

3.1 应用原理

（1）“一剂一码”，试剂来源可追。每盒体外诊断试剂均拥有独立的二维码，二维码与区块链技术结合，完整记录试剂在监管部门、原材料提供商、试剂生产商、试剂经销商、物流企业、医疗检验机构等多个节点的数据，每个节点的数据均在前一节点数据的基础上生成，行成链状数据生态，成为标识每盒体外诊断试剂的唯一“身份证”，可以通过“身份证”溯源试剂的整个注册、生产、流通、使用过程[5]。

（2）“分步记账”，试剂质量可查。每盒试剂从原材料采购到医学检验使用全流程的所有节点数据，即账本，不会保留在一个或几个机构中，而是由所有节点共同保存、共同维护、查询和监管，信息公开透明。而且，每个参与的节点均拥有完整的、实时的账本，确保数据库可靠、健壮。

（3）“时序不逆”，安全责任可究。区块链技术保证了节点时序不可逆、数据不可改等特征。一方面，运用时间戳（Timestamp）记录某一时间内发生在区块链数据库的事件，时间戳成为完整性和可验证性的标记。试剂在各个节点加载的数据严格按照时序安全可靠地进行记录，可对每个节点进行回溯和定位，从而锁定责任主体；另一方面，运用区块链的去中心化的共识机制，确保维护分布式数据库数据的同步，也在技术逻辑上确保了整个溯源链条上的记录不可篡改，从而避免了在未来真正发生安全事故或有溯源要求时可能出现的非法操作。

3.2 应用模型

区块链的开放式节点信息数据，使得各参与主体可以平等地实时掌握每盒试剂的所有信息。同时，区块链运用的非对称加密、智能合约等技术，彻底改变了防伪溯源领域的流程，再造了底层框架。在搭建的“体外诊断试剂全流程智慧追溯区块链平台”（见图1）中，根据体外诊断试剂的生产流通环节，试剂溯源二维码依此写入数据包括但不限于：①试剂注册信息等；②原材料提供商身份信息、原材料信息等；③试剂生产商身份信息、原材料出入库信息、试剂生产信息、操作人员信息等；④试剂经销商身份信息、试剂批次信息、交接信息等；⑤物流企业身份信息、运输条件信息、运输车辆GPS定位信息、试剂保存物理条件信息等；⑥医疗检验机构身份信息、试剂操作人信息等。

图1 体外诊断试剂全流程智慧追溯区块链平台Fig.1 Blockchain Platform of Whole Process Intelligent Tracing for IVD Reagents

3.3 建设讨论

体外诊断试剂全流程智慧追溯体系不仅仅只是试剂追溯区块链平台的建设，还包括一系列有效的防伪溯源机制，包括建立试剂防伪溯源联盟链，政府监管部门和质检机构加入，建立强有力的事前监督机制、事后惩罚机制，一旦发现节点造假，依法严惩不贷，同时实现试剂的精准召回，全面提升整个体外诊断试剂产业链的公信力。

未来，区块链技术与试剂追溯应用的充分结合绝非一蹴而就，还有一段较长的路程。从技术层面看：一是区块链中的共识算法并发能力不足、效率不高，成为制约系统性能的重要方面；二是区块链每个节点都是全量存储，包含了全网交易数据，数据只增不减，数据存储需求受到客观条件限制。从应用层面看，一是政策监管相对滞后，监管合规性的探索应用还需要时间的积累；二是链上节点如果上传假信息，那么溯源防伪也就无从谈起，目前很难从源头上阻止信息造假；三是目前区块链数据采集、记录方式的通用标准尚未形成，难以形成多样化业务需求和跨链数据共享，通用兼容性不足问题亟待解决。

4 总结

总的来看，虽然目前区块链的概念比较火热，但其打破了中心化集权束缚，势必对传统业务造成冲击，老观念的“破”与新技术的“立”之间的交锋还将持续，所以这项颠覆性新技术的广泛落地开花还需假以时日。同时，体外诊断试剂全流程智慧追溯体系的构建亦不是一朝一夕之事，需要区块链技术专家、监管部门以及试剂生产、流通、使用各环节人员的通力协作，还必须依靠AI、大数据、云计算等技术的同步发展来构建完整的追溯能力，充分发挥业务驱动、技术引领的作用，形成“技术系统+管理机制”的应用场景，从而促进体外诊断行业的持续健康发展。