基于区块链技术的儿科区域医疗数据共享平台建设

傅唯佳 冯瑞 葛小玲 叶成杰 张帆 王桢絮 蒋龙泉 张晓波*

1 国家儿童医学中心复旦大学附属儿科医院 （上海 201102）

2 复旦大学计算机科学技术学院 （上海 200433）

内容提要： 目的：构建可实现区域医疗数据互联互通的医疗数据共享平台，并融合区块链技术保障平台数据共享的安全性。方法：组建数据平台构建团队，对数据平台构建相关文献及政策法规进行研读分析；通过开展区域合作医疗机构的医疗业务调研，并经审议专家修订，构建儿科区域医疗数据集体系框架并确定数据平台内所含业务域及基本数据集表单；融合区块链技术在平台内机构设置节点，使上传的数据加密存储，“增删改查”等操作留痕，保障平台数据的安全。结果：构建包含数据来源、数据采集、数据安全、数据治理、数据中心、数据管控、数据应用的多层架构的区域数据共享平台，包含5项业务域，45个文本数据集表单，5个影像数据集表单，设置对外数据交换、运营决策支持、临床门户应用、专科科研等4个应用板块。数据在采集、获取、校验、上传过程通过区块链实现规范存储和管理。结论：儿科区域医疗数据共享平台的建设，可大大提升机构间数据互联互通的效率，为医院及分院间的运营管理提供便利，体现医学中心的信息化建设水平。

区域医疗指在完整的医疗卫生体系的行政区划地区，可能是区、县，也可能是更大的地级市、直辖市、甚至全国，所开展的跨不同业务平台、互通不同系统之间信息的医疗服务行为[1]。医疗数据来源于患者诊疗与治疗过程，主要包含医学管理、医学影像数据、患者基本数据、医嘱数据、出入院数据、病历信息、诊疗数据、成本核算数据等[2]。有报道，区域医疗数据共享能够有效改善医疗机构服务质量，减少医疗差错、降低患者医疗成本、提高患者满意度[3]。2019年，《国家卫生健康委办公厅关于印发全国医院数据上报管理方案（试行）》[4]，为实现与医院的互联互通，形成稳定的数据报送、分析、反馈机制，有力支撑国家卫生健康委管理与决策，服务医院的科学管理，规范数据报送渠道与口径，避免重复报送，实现“一次采集，多次应用”。然后，医疗数据中含有的患者隐私数据高度敏感，因此安全共享区域内医疗数据已成为亟待解决的问题。针对国内当前儿科区域医疗数据共享的薄弱环节，复旦大学附属儿科医院（以下简称“儿科医院”）作为国家儿童医学中心，基于厦门分院、海南分院、安徽分院医疗数据，结合区块链技术，实现同一数据在不同地域、不同医疗机构医疗数据共享问题，建立了基于区块链技术的儿科区域医疗数据共享模式，现对此做一全面介绍。

1.儿科区域医疗数据共享平台的总体构建策略

基于区块链的儿科区域医疗数据共享平台的构建，首先要统一儿科区域医疗数据集体系框架，构建儿科区域医疗领域信息模型，整合儿科区域医疗信息基本数据集编制，在此基础上，结合区块链技术，实现儿科区域医疗数据安全共享。数据集体系构建过程首先由核心研究小组成员于中国知网、万方数据、维普网等数据库进行系统文献检索，了解医疗及其他行业数据集体系构建的标准、理论及方法。并根据相关标准及法律法规，调研院内医院实际业务需求，将业务域的基本数据集细化，形成区域数据平台的数据集体系框架。根据区域数据平台的总体框架结构设计方案，进行数据平台的开发。

1.1 研究团队

首先进行多学科团队的构建以开展研究。团队包括核心研究小组、院外审议组二部分。核心研究小组负责研究资料及文献的检索和收集、数据共享平台构建策略的设计和实施工作，以及儿科医院信息业务域的调研、汇总及划分；院外审议组负责选择和优化构建信息模型的数据集表单以及数据平台构建。其中：①课题组成员共10人，主任/副主任医师2人，医师2人；主任/副主任护师1人，主管护师2人；技术人员3人，包含信息网络管理中心、数据和统计管理中心、药剂师，中级职称2人，初级1人。②院外审议专家：选取上海、浙江、福建、安徽、江苏、海南等地6所医疗机构及高等学校的审议专家10人。其中教授/正高职称4人；副教授/副高职称6人，医疗专家3人，护理管理专家3人，信息化专家2人，药学专家1人，教育专家1人。

1.2 儿科区域医疗数据集体系框架

依据《全国医院数据上报管理方案（试行）》[4]《三级公立医院绩效考核住院病案首页数据采集质量与接口标准》[5]等标准，对儿科区域医联体内多家医院临床运营数据进行分析，运用面分类和线分类相结合的方法，即从儿科医院实际业务及区域互联互通需求出发横向定界划面，围绕业务流程、数据产出源和工作范围将儿科医院信息系统业务域划分为医务、护理、医技、药品、管理五大类。从儿科信息技术体系或医院信息管理体系出发，纵向理线、分层，对业务域的基本数据集进行细化梳理，初步形成儿科医院区域互联互通信息基本数据集体系框架。由研究团队成员，即来自儿科医院及厦门、安徽、海南分院的10名多学科专家，以小组会议的形式修订数据集体系框架内容，最终会议修改业务域名称1项，删除基本数据集3项，合并基本数据集6项，初步形成儿科区域医疗数据集体系基本框架。

1.3 基于区块链的儿科区域医疗数据安全共享平台架构

区块链是将数据按区块组织并加密，然后按照生成的时间顺序形成的一种链式结构，其不可篡改性和去中心化性通过共识算法维护，是一种分布式数据库或共享账本[6-8]。融合区块链技术，对儿科区域医疗数据的共享提供安全保障，对儿科区域医疗数据集体系框架进行修改、完善，确立基于区块链的儿科区域医疗数据安全共享架构。

区块链技术采用的非对称加密算法不仅能帮助用户实现个人数据确权，还能在数据流通过程中保证隐私，预防黑客攻击；分布式存储（哈希值存储）与多方参与共识机制可以阻止任何数据侵入、存储或篡改，单向线性增长的链式结构特性保证了区块链系统运行的可靠性；而其数据信息透明可追溯的特性使得使用者可以全流程追溯区块信息的生命周期，对用户数据从采集、获取、使用各个环节实现全方位的监管与追溯。依托区块链特性，搭建儿科区域医疗数据安全共享模式，保障信息数据安全共享和访问可追溯，基于区块链技术的区域互联互通平台架构整体上分为数据来源、数据采集、数据安全、数据治理、数据中心、数据管控、数据应用，其架构如图1所示。

图1. 基于区块链的儿科区域医疗数据安全共享架构

1.3.1 业务系统

业务系统提供平台所用的系统支撑，包括临床服务系统、医疗管理系统、运营管理系统。临床服务系统包括门急诊挂号、门急诊医生工作站、住院医生工作站、住院护士工作站、住院患者入出转（入院、出院、转科）工作站、临床检验工作站、分诊管理、临床路径管理、病历质控管理等共计20个系统；医疗管理系统包括门急诊收费、住院收费、医务管理、病案管理、护理管理、培训管理、不良事件上报平台、考试管理、院感管理平台等共计19个系统；运营管理系统包括人力资源管理、财务管理、药品管理、设备材料管理、办公自动化管理、基建管理、绩效管理、物资供应管理、信息系统运维管理等共计11个系统。

1.3.2 数据采集

儿科医院及三家分院业务系统的原始数据，上传至区块链，区块链节点管理临床服务系统、医疗管理系统、运营管理系统的数据。

1.3.3 数据安全

融合区块链技术保障数据的安全共享。

1.3.4 数据治理

数据治理分为二大类文本数据治理和影像数据治理。文本数据治理进行数据整合、数据标准化、主键清洗、主索引整合；影像数据治理进行数据整合、主键清洗、影像解压、格式规范化处理。数据整合指实时生产环境数据与历史数据多表整合为一张表；数据标化指按照国家标准对字典数据标准化映射；主键清洗指对来自儿科医院及三家分院业务系统的原始数据完成主键的唯一性转换；主索引整合指对患者进行区域内唯一主索引生成，以便诊疗关联；影像解压指对已归档影像文件进行解压；格式规范化指对原始文件进行规范化转化。

1.3.5 区域平台

区域文本数据分医护技药管五大类，数据分为医生工作站、临床路径、护理工作站、检验检查、药品管理、处方点评、挂号收费、院感管理共计45张表单；区域影像数据分为放射影像、超声影像、脑电图波形、心电内镜等共计5张表单。

1.3.6 数据应用

通过对数据加密、脱敏、追溯、设置开通权限来进行数据管控。数据应用提供数据展示，有对外数据交换、运营决策支持、临床门户应用、专科科研支持四大应用版块。

2.儿科区域医疗数据共享平台的实施方式

2.1 实施环境

本研究在以儿科医院为核心，以厦门分院、海南分院、安徽分院为平台的研究环境中开展。儿科医院系国家儿童医学中心、三级甲等教学医院，核定床位600张，实际开放床位737张，平均床位使用率97.45%，年门急诊量150万余人次，年出院患者3.9万余人次。厦门分院即复旦大学附属儿科医院厦门医院、安徽分院即安徽省儿童医院、海南分院即海南省儿童医院，均为三级甲等教学医院。

2.2 儿科区域医疗信息基本数据集编制

构建文本数据基本数据集，通过文献查阅与资料收集等方式，参照相关国家标准、行业标准、教材以及医院医务、护理、医技、药剂、管理表单，项目组收集到相关表单60张；按照构建的儿科区域医疗数据集体系框架，对60张表单进行归纳总结、聚类合并，形成相对规范的表单60张。课题组采用德尔菲专家咨询法，以信函形式征求6所医院及高等学校的10名专家，收集专家的意见和建议，共进行2轮专家咨询，2轮问卷调查总时间为4周。每轮共发出问卷10份，收回有效问卷20份，有效率为100%；收集意见23条，经整理分析，经分析整理，共采纳19条，据此对60张相对规范的表单进一步的修改与完善，形成45张优化表单。项目组对优化表单数据集进行分析，归类整理数据项，从儿科区域医疗数据管理的实际出发，按照科学性、实用性及规范性的原则，根据儿科区域医疗领域信息模型构建了基本数据集。

2.3 儿科区域医疗数据集业务域分布及数量

初步建立的基于区块链的儿科区域医疗数据集，将儿科区域医疗信息分为5个业务域，建立45个基本数据集，其中涵盖45个数据子集，共提取1774个数据源、99个值域代码等（见表1），覆盖儿科医务、儿科护理、儿科医技、儿科药剂、儿科管理大类，每个大类中又建立了不同的基本数据集。

2.4 基于区块链的儿科区域医疗数据共享的应用模式

类似于数据库的“增、删、改、查”四种常见操作，儿科区域医疗数据共享包括数据的“增加”“删除”“修改”和“查询”操作，通过区块链技术可以有效提升数据交互过程中的安全性[9]；但区域数据共享平台需要存储和交互的数据量巨大，所有数据均上链并通过区块链进行交互的效率很低，所以需要对应用模式进行优化创新，在保证数据原有存储方式不变且不影响交互效率的前提下，充分发挥区块链的优势。拟在各医院分别构建区块链结点，区块链中的数据更新需要各个结点确认，四个应用模式的操作过程均在区块链中留痕，见图2所示。数据在全生命周期中的所有使用记录都将通过区块链进行存储，且不会被篡改，便于对规范使用数据的科学精准管理。

图2. 基于区块链的儿科区域医疗数据集数据应用模式

2.4.1 新增数据

当各个分院需要向区域数据中心新增数据时，系统采用数据摘要算法将新增的数据生成一个固定长度的摘要值，在数据入库的同时，将该摘要值写入区块链，用于后续对数据操作时进行校验。

2.4.2 删除数据

需要删除数据时，系统首先计算该数据的摘要值，同时向区块链获取链上存储的该数据的摘要值，校验两份摘要值是否相同，若相同，则系统从数据库中正常删除该数据，同时区块链也将该数据的摘要值删除，该数据的生命周期结束；若不同，则该数据存储过程中可能存在被篡改的可能，需确认该数据的历史使用记录，排查数据使用的合法性。

2.4.3 修改数据

需要修改数据时，系统首先计算该数据的摘要值，同时向区块链获取链上存储的该数据的摘要值，校验两份摘要值是否相同，若相同，则允许修改数据，数据修改完成后需重新计算摘要值，并在区块链中更新该摘要值；若不同，则拒绝修改数据，需确认该数据的历史使用记录，排查数据使用的合法性。

2.4.4 查询数据

需要查询数据时，系统首先计算该数据的摘要值，同时向区块链获取链上存储的该数据的摘要值，校验两份摘要值是否相同，若相同，则正常返回查询结果；若不同，则拒绝查询数据，需确认该数据的历史使用记录，排查数据使用的合法性。

3.讨论

3.1 区域数据平台的构建实现对医联体临床业务的全面覆盖

建立科学的儿科区域医疗数据集体系框架是构建区域数据平台的重要前提。儿科医院及厦门分院、海南分院、安徽分院在所处地域、病种结构、业务内容、医院规模等方面均存在差异，为构建总院及分院高效协同的区域数据平台，本研究构建了来自所有相关医院的专家进行体系框架及数据集种类的调研与修订，调研团队囊括了医、护、药领域的临床专家及技术专家，形成的45个文本表单及影像表单经过科学的研讨与修订，保证了数据平台对总院及分院业务的全面覆盖，极高地提升了数据平台的可用性。运用面分类和线分类相结合的方法保证数据集体系的构建在横向，即业务覆盖面，在纵向，即数据集结构的科学，合理，无遗漏。在此基础上，保留了儿童专科医院数据平台构建的特色性，为后续类似儿童专科医院的数据平台构建提供了可借鉴可重复的范式。

3.2 区块链技术保障全生命周期医疗数据的安全与规范存储

数据安全管理是医疗大数据中心健康、稳定发展的前提和基本保障，需要在数据采集、传输、存储、处理、共享、销毁全生命周期落实安全保障[10]。部分省市已开始探索区域健康医疗大数据中心数据全生命周期安全管理策略，保障数据全生命周期的安全管理[11]。本研究运用区块链技术，保证存储的儿科区域医疗记录公共信息无法被篡改，将医疗记录加密并存储至平台，区域医疗数据记录在平台上可以实现记录之间的共享及调阅，从而将原本多地域、多中心数据实现了大规模跨模态医疗数据的全生命周期的安全管理，实现高效数据脱敏与基于区块链的数据管理全流程监控机制，对数据采集、标注、传输等关键环节的用户行为信息进行可靠记录，确保数据在各关键环节的安全性与规范性。

3.3 构建儿科区域平台支撑数据高质量运用

儿科区域医疗数据共享平台的建设，为构建科学、规范、多样、动态、安全的标准化数据库的建立和使用提供技术和平台服务支撑。改善区域医疗中心和各分院间数据结构和标准不一致、数据交换效率低、数据交换流程复杂等现状。基于标准化的数据可实现在平台间的高效无障碍共享，将分散、孤立的机构间医疗数据有效地整合，消除信息孤岛，实现多中心的数据融合。整合后的数据可实现标准、优势、规范的高质量运用，可结合数据挖掘、知识图谱、机器学习等数据科学及人工智能技术，对整合后的大数据进行高效应用，从医、教、研多领域增强区域医联体之间的联系与协作。

4.小结

儿科区域医疗数据共享平台的建设，提供了国家医学中心及区域医疗中心与分院及下级医院之间的数据互联互通的创新模式，通过诊疗数据的高效迅速共享，可实现医院运营管理、临床诊疗、科研教学等应用模式的一体化，可较大地助力区域医联体的构建。区域医疗数据共享平台的模式结合区块链技术的应用，为解决大量数据共享的效率问题及数据安全问题提供了优质的解决方案。