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观点和观点(353) 2022世界杯预选赛

发表在在第22卷第7期(2020年):7月

本文的预印本(早期版本)可在https://preprints.www.mybigtv.com/preprint/17199，首次出版．
医疗保健中的区块链:希望还是炒作?

医疗保健中的区块链:希望还是炒作?

医疗保健中的区块链:希望还是炒作?

本文作者:

拉尼娅El-Gazzar1 作者Orcid图片； 凯伦Stendal1 作者Orcid图片
文章 作者 引用自(4) Tweetations (18) 指标

    的观点

    东南挪威大学，赫内弗斯，挪威

    通讯作者:

    Rania El-Gazzar博士

    东南挪威大学

    Bredalsveien 14

    Hønefoss, 3511年

    挪威

    电话:47 31009151

    电子邮件:Rania.El-gazzar@usn.no


    在过去几年里，医疗保健部门对区块链技术的兴趣越来越大。在医疗保健部门使用区块链技术的价值主张是在医疗保健实体之间安全地共享敏感的患者数据，并增强患者的能力。区块链技术允许患者在开发和更新自己的患者数据方面发挥积极作用。然而，区块链技术真的是看起来的银弹吗?通过本文，我们旨在了解区块链技术在医疗保健领域的好处和挑战。我们讨论了区块链技术在医疗保健中的创新和安全影响。此外，我们还表明，需要更多的用例来确保卫生保健部门内数据的安全共享。在我们看来，区块链技术并不能解决医疗行业所遇到的问题;事实上，它所引起的问题可能比它所能解决的要多。

    中国医学杂志，2020;22(7):e17199

    doi: 10.2196/17199

    关键字

    区块链； 卫生保健； 创新； 安全； 影响


    除了作为点对点支付系统比特币的第一个应用，区块链技术预计将彻底改变行业和部门[1，2］．区块链技术的实施在金融行业已经明显占据主导地位[3.]、供应链行业[4]、支付业[5，6]，以及电子贸易[7］．卫生保健部门可能受益于区块链技术，使卫生保健信息系统以患者为中心，并促进安全有效地共享卫生数据[8］．大量研究提出了在医疗保健中使用区块链的各种潜在用例[8-10];然而，绝大多数提议的用例都没有实现[10］．在最近的文献综述中，Hasselgren等人[8]分析了39项关于区块链在医疗保健领域的研究，这些研究提出了解决方案，并作为概念证明予以实施。

    受益于以患者为中心的医疗保健信息系统的基于区块链的解决方案的常见用例包括患者管理的健康记录，增强的保险索赔流程，增强的医疗保健研究，以及患者和医疗保健提供者之间共享的高级医疗记录[11］．尽管区块链解决方案适用于卫生保健信息系统中的问题和创新需求，但全面实施这些解决方案的可行性尚不足[8］．即使某些解决方案已被证明可付诸实施，但它们需要减少数据量和运营成本，以及更好地保护个人信息，以维持隐私和安全[12］．

    此外，全面实现以患者为中心的区块链电子医疗记录的可行性障碍包括互操作性和可伸缩性问题[9］．互操作性问题体现在各种基于区块链的解决方案之间缺乏标准[9］．不过，当局已就这些问题提出建议[8］．由于临床数据量大，出现了可伸缩性问题，因为基于区块链的解决方案有数据大小限制[9，13］．患者参与似乎是基于区块链的解决方案在医疗保健领域的一个好处;然而，并非所有类型的患者都是如此，因为并非所有患者都热衷于管理自己的数据[9］．

    基于区块链的解决方案尚未充分评估其是否符合《通用数据保护条例》(GDPR)保护的个人权利[8，14］．上述的机会、障碍和担忧对患者、卫生保健提供者和研究人员都有影响。此外，法律、安全和隐私方面的影响值得进一步探讨。这可能会导致一些变通办法，使区块链架构符合GDPR，这还没有产生具体的结果[14-16］．

    通过这篇观点文章，我们旨在讨论区块链给医疗保健行业带来的创新和安全影响。我们没有试图对该主题进行全面的文献综述，因为已经有关于医疗保健领域区块链的全面文献综述[8-10，14］．相反，在现有文献的支持下，我们讨论了关于区块链对医疗保健部门影响的观点。

    因此，我们的目标是回答我们的研究问题:区块链技术可能会给医疗保健行业带来什么影响?

    首先，我们介绍了区块链技术的背景。其次，我们讨论了区块链在医疗保健领域的创新意义。第三，我们讨论了区块链在医疗保健领域的安全影响。第四，总结我们的讨论，最后对本文进行总结。


    区块链技术被描述为颠覆性创新，为各个行业和部门带来机遇和挑战，值得进一步探索[17-19］．关于区块链和比特币孰先孰后，一直存在争议。1，2，20.］．区块链是底层技术，具有更广泛的功能和特点。比特币只是一个继承区块链特性的交易应用领域。21］．Stuart Haber和W Scott Stornetta首先发明了区块链背后的概念，当时他们提出了一个“时间戳数字文档”框架，用于计算唯一标识文档的哈希值，并将它们保存在带有时间戳的证书中[22］．这些文档通过数据结构与以前记录的哈希值链接起来。纳库姆托(2]采用了Haber和Stornetta提出的框架，创建了第一个基于带时间戳的交易区块的比特币点对点支付系统，这些交易区块使用之前区块的哈希值进行链接。比特币后来成为众所周知的加密货币交易手段[23］．

    天鹅(13]将区块链定义为具有交易记录的去中心化透明账本。区块链包含一组数据块，每个数据块包含多个交易的数据(即，交易列表、时间戳、nonce、交易及其根哈希或块哈希，以及前一个块的哈希)。随着越来越多的区块被添加到链中，分布式账本就变成了一本完整的交易历史书[24］．在将新的交易添加到分类账之前，多个参与者应用共识机制来验证交易和区块。事务在指定的时间内驻留在区块中，直到达成共识的过程完成。然后，交易块存储在分类账中，其中的信息无法更改[24］．如果块的哈希值被修改，该块将不再有效[25]，这使得后续的区块也无效，这将需要在重新计算区块的哈希值和后续区块的哈希值后验证区块[26］．

    区块链有两种基本的部署形式;这些是公共无许可和私人许可的区块链[1，27］．无公共许可的区块链是开放和去中心化的，任何人都可以在任何时候以读者和作者的身份加入和离开网络(例如比特币)。网络没有中央机构来监控它，也没有人拥有和控制网络。私人许可的区块链只授权有限的一组读取器和写入器(例如超级账本)。网络有一个中央权威机构，它将读写操作的权利分配给个人。

    区块链的几个定义主要是指无公共许可区块链的特性，如绝对不可变性、匿名性、运行共识机制去中心化、开放性[1，21，26］．这些定义没有提供私有许可区块链的描述，这些区块链由控制共识过程的中央可信机构管理，其中参与者的身份是预定义的，访问权限受到限制[28］．

    区块链技术被称为“创新的加速力量”，有望带来广泛的好处[17］．然而，关于区块链防篡改和提供强大安全性的说法受到了一长串安全威胁的挑战[29］．区块链声称是不可变的，无法被黑客攻击，但这已被证明是无效的。30.，31］．此外，区块链是耗能的，这需要相当大的成本(例如，网络性能问题)[25，32］．这引发了人们的担忧，即区块链带来的好处和承诺是否可以被视为理所当然，或者它们是否会成为创新和更好安全的雄心的威胁。因此，实践和学术界仍然有关于区块链带来的好处和风险的问题需要解决，包括区块链本质上是激进的还是渐进的创新[17］．


    创新及保安需求

    无论区块链是福还是祸，就创新和安全而言，关键是它为无区块链的情况增添了什么。它会增加信息技术(It)或业务成本或复杂性[33］．对于任何行业或部门来说，始终存在的挑战是在实现现代IT解决方案和保护信息资产免受安全威胁之间取得平衡。区块链技术的出现有望解决这一挑战;它通过实施现代分散的信息基础设施来实现创新[17，19，34］．

    医疗保健部门长期以来监管严格，官僚主义效率低下，阻碍了其创新[35-37]，而近年来，有关资料外泄的报告越来越多[38］．据称，区块链的创新确保了网络世界中高度脆弱和敏感的患者数据的隐私和安全[35］．然而，在医疗保健领域，区块链解决方案的实验比全面实施更多[36，39，40］．

    区块链在医疗保健领域的创新意义

    区块链是一种颠覆性创新，可以利用医疗保健信息系统的能力来改善患者护理;然而，这对监管、财务和运作有重大影响[41，42］．私人许可的区块链是医疗保健部门处理敏感患者数据的适当选择[8，27］．这种类型的区块链部署对区块链在医疗保健中的使用具有有益的影响。研究人员建议在医疗保健中使用区块链的用例包括患者管理的医疗记录、改进的保险索赔流程、通过使用共享的匿名患者数据加速医学研究，以及维护临床交易日志、药品供应链和同意记录的高级健康数据分类帐[8，11，43，44］．

    尽管GDPR很重要，但区块链遵守GDPR的探索却很少[8］．由于中央机构控制着网络和个人数据的访问，私人许可的区块链对GDPR有影响[45］．在使用患者数据支持卫生保健研究人员的情况下[11]，为保护病人的敏感资料，须采用化名技术[16]，这可能会带来重新识别的风险(即将假名代码或元数据与患者的健康数据联系起来)，从而与GDPR产生冲突[45］．这需要仔细考虑用例和基于区块链的健康信息系统的设计[46］．

    区块链是不可变的;因此，不可能删除一个块。因此，区块链不符合GDPR规定的要求，即数据主体有权要求删除其数据，包括健康敏感数据[9，47］．一个建议的解决方案是将患者数据存储在链下，并将假名代码存储在链上[16，47］．然而，这意味着即使删除了存储在链外的患者数据，链上存储的假名代码和患者数据上的任何交易记录仍然存在[47］．为了扭转区块链的不可变性，提出了一个“忘记区块链”的概念验证原型，从私人许可的区块链中删除旧数据;然而，该原型仍有局限性需要解决[15］．

    贝克及Müller-Bloch [19]认为区块链是一项彻底的创新，它超越了具有不同架构和特征的传统分布式系统方法[19，48］．因此，激进的创新很难实施，它们带来了更复杂的挑战，这需要组织准备就绪，并更新旧的组织知识和IT基础设施[49］．这对在保健部门使用区块链技术产生了财务影响;虽然有可能改善医疗服务质素，但可能会造成财务上的不确定性[41］．在医疗保健领域采用区块链所面临的最大挑战包括计算开销、缺乏互操作性和标准化、隐私问题以及谁负责技术实施成本和谁从中受益的不确定性[14，50］．在卫生保健部门采用区块链的障碍包括技术本身不成熟、缺乏理解和实施它的技能、缺乏买进以及缺乏明确的投资回报[51］．人们对区块链的不熟悉可以追溯到医生对区块链使用的消极态度[52]，并不是所有的病人都有兴趣管理他们的健康记录[9］．

    贝克及Müller-Bloch [19]建议，为了管理区块链的突破性创新，需要三个能力来实现其效益:发现、孵化和加速。发现指的是认识和阐明区块链机会，并建立研究社区。孵化包括设计区块链用例并对其进行实验(即概念验证)。加速包括提出区块链实施方案，并投资实施功能齐全的区块链逻辑和基础设施。区块链技术的概念验证努力复制现实世界条件，以评估区块链在医疗保健中的可行性并应对其挑战[8，12］．尽管所需的改进已经过测试并取得了成功的结果，但这些改进是以牺牲卫生信息系统的其他重要方面为代价的。基于区块链的患者和提供者之间以患者为中心的信息交换的概念证明提供了有希望的结果;然而，在现实世界中实现预期会提供不同的结果[53］．由于智能合约的动态再生，使用区块链来改善健康数据交换和患者参与可能会以牺牲性能为代价。此外，实验文件的大小永远不会与实际患者数据相同[53］．数据大小被认为是医疗保健区块链解决方案可行性的重要考虑因素之一[12］．

    在卫生保健部门实施区块链的方法可以是渐进的或革命性的。渐进方法涉及将区块链与传统电子健康记录系统集成，这可能会损害患者信息的可用性，并导致安全对策的放松[14］．革命性的方法是一种自下而上的方法，旨在将整个医疗保健信息系统构建为一个支持区块链的系统，然后迁移到它[14］．这两种方法都会在实施或集成基于区块链的医疗保健解决方案的成本方面产生不确定性，并提供不明确的投资回报。有人声称，实施基于区块链的解决方案在短期内会对财务指标产生负面影响，但从长期来看会有回报。41］．降低运营成本是测试区块链方案可行性的重要考虑因素[12］．

    使用区块链技术，交易由自动可编程逻辑处理和验证，并具有预定义的规则，从而降低了交易成本(即在官僚机构上花费的精力和时间)[17，54］．区块链的共识机制保证了数据的完整性，但计算链中单个区块的哈希值费时耗力[13，25，32］．因此，复杂或计算密集的系统不是区块链的最佳用例[18］．对于卫生保健信息系统，性能、实时通信、协调、数据共享和医疗服务可用性在危及生命的情况下至关重要[55］．

    当前健康信息系统的一些主要挑战是互操作性、集成复杂性以及当前遗留系统无法直接通信和共享健康记录[40，56，57］．然而，区块链在医疗保健中的使用被发现存在互操作性挑战，区块链作为一种激进的创新，带来了集成和实现的复杂性[9，10，19］．即使有概念验证的建议和实验来提高互操作性，挑战仍然存在[8］．这意味着无区块链和区块链情况之间存在不明确的区别。

    区块链在医疗保健中的安全影响

    据称，私人许可的区块链部署为医疗保健应用程序带来了最大的好处[8，9];但同时也带来了安全风险[11，41］．私有许可的区块链仅限于受信任和预定义的参与者，中央机构管理区块链的读写操作权限[27］．此功能确保只有授权的参与者才能对患者数据执行读写操作，从而提供了更多的控制[9］．这对数据的保密性和完整性有积极的影响。此外，不可变性还可用于医学研究目的跟踪患者生成的数据，用于检测欺诈的保险索赔流程交易，以及用于质量保证的药品供应链[11，41］．私有许可的区块链还可以启用审计跟踪和进度可跟踪性。

    在使用患者生成的健康数据用于研究目的的情况下，智能合约使患者能够同意并允许研究人员访问他们的健康数据[58］．然而，数据完整性可能会受到损害，因为患者数据入口点(即患者的设备)可用于模拟患者[59］．与研究人员共享患者健康数据会对患者的隐私构成威胁;即使数据是化名的，也有被重新识别的风险[60］．然而，在区块链环境中加强患者隐私的尝试和设计区块链的隐私功能仍处于试验阶段，并不能保证它们会保护隐私[60，61］．

    私人许可的区块链最容易受到51%的攻击[21］．当中央可信节点被攻击者破坏时，就会发生这种情况;由于事务的验证是集中的，攻击者获得了控制网络计算能力的权限，导致事务发生两次。从而影响交易数据的完整性，耗尽网络资源。这对对医疗保健应用至关重要的数据完整性和服务可用性产生了负面影响[11］．

    私有许可的区块链在将患者数据与交易数据保存在一起以防止分布式拒绝服务(DDoS)攻击方面存在局限性[12］．这代表了一个障碍，因为患者健康数据量随着时间的推移而增长[12］．解决私有区块链中的数据大小限制需要适应患者数据量的增加，使网络暴露于DDoS攻击[12］．此外，验证一个大数据块会消耗大量电力，并带来进一步的操作成本[12］．在任何一种情况下，对卫生保健服务至关重要的服务可用性都将受到影响。

    区块链技术对患者健康数据的安全性目前还处于概念验证阶段，安全性和隐私性目前还没有得到充分的保障。试图解决区块链在医疗保健领域的安全和隐私问题，似乎是以牺牲区块链技术本身的其他重要特性或医疗保健部门的需求为代价的[62］．


    在这篇观点文章中，我们研究了在医疗保健部门使用区块链技术的各种创新和安全影响。基于此，我们重新审视了我们的研究问题:区块链技术可能会给医疗保健行业带来什么影响?

    区块链技术并不新鲜;然而，探索区块链在保健部门应用的可行性尚处于起步阶段。区块链在医疗保健领域的创新目前处于概念验证阶段[8，58］．区块链是一项带来利益和挑战的技术创新[42］．预计卫生保健部门将从区块链中受益，这将增强患者的权能，并提高不变性和可追溯性[11，41，58］．医疗保健部门的需求包括在相关实体之间共享大量的患者健康数据(即互操作性)、法规遵从性(如GDPR)、数据机密性、数据完整性、隐私以及数据和服务可用性。在医疗保健中使用区块链的可行性取决于存储和处理大量患者健康数据、确保隐私和降低运营成本的能力[12，46］．定制私人许可的区块链解决方案以满足卫生保健部门的需求可能会导致操纵区块链技术的特性[15]或操纵卫生保健部门的需求[12，46］．这是一种已知的权衡方法，发生在概念验证尝试中，试图将区块链解决方案应用于医疗保健[62］．这种权衡涉及在两个可取但不兼容的特性之间进行折衷。例如，遵守GDPR要求涉及操纵区块链的不变性。另外，区块链的块大小限制是为了降低性能开销，防止DDoS攻击。然而，这降低了容纳大量患者健康数据所需的可伸缩性[12]，而且很难控制病人健康数据的大小。另一方面，如果区块链是为处理大数据而设计的，则会由于性能开销而增加额外的运营成本，并且会使网络容易受到DDoS攻击。

    我们认为有必要区分区块链独有的好处和挑战，以及其他技术创新普遍存在的好处和挑战。例如，互操作性本身并不是区块链特有的挑战;相反，在采用任何技术创新时，这都是一个共同的挑战。

    基于本文中讨论的主题和观点，我们总结了区块链对医疗保健在患者和医疗保健提供者方面的影响表1）.

    表1。对卫生保健部门的影响区块链。
    集团 好处 挑战
    病人
    • 通过自我管理患者生成的个人健康数据，赋予患者自我自主权
      • ‎
    • 病人的身份是匿名的
      • ‎
    • 一些患者可能对自我管理他们的健康数据不感兴趣
      • ‎
    卫生保健提供者
    • 提供一个分散的数据库，其中包含相同完整的健康信息的相同副本，卫生保健链中的所有各方都可以访问
      • ‎
    • 促进协作和数据共享
      • ‎
    • 声称事务历史的不可变性
      • ‎
    • 互操作性是一个挑战，复杂的系统并不是区块链的最佳用例
      • ‎
    • 分布式拒绝服务一个攻击可能会发生，并影响患者健康数据的可用性
      • ‎
    • 针对区块链的51%攻击会影响交易数据的完整性，消耗网络资源
      • ‎
    • GDPR合规问题b
      • ‎
    • 当链中的所有实体都必须批准一个大型数据块时，区块链可能会消耗资源
      • ‎

    一个DDoS:分布式拒绝服务。

    bGDPR:通用数据保护条例。

    我们认为区块链技术被市场炒作和现实批评之间的争议所包围。营销炒作表现在声称区块链对威胁数据机密性、完整性和可用性的常见安全攻击免疫。与此同时，也有现实的批评表明，区块链在很多方面都是可以被黑客攻击的[21］．有关区块链的安全威胁及其成因的全面清单已呈报[29］．这将激励人们对区块链以及医疗保健的安全性改进进行研究[14，21］．

    在医学研究方面，区块链技术有应用的潜力。可以存储参与者的知情同意，以确保医学研究的研究方法更加透明、可追溯和防篡改[63］．

    这项工作对进一步的研究具有启示意义。卫生保健研究人员可以从匿名的健康数据中受益，这些数据可以共享和汇总，从而在维护患者隐私的同时，为改善患者健康或卫生保健服务提供新的见解。需要进一步的研究来提高人们对区块链的认识，并消除围绕它的误解和炒作。需要设计更多特定于上下文的用例，以避免关于区块链跨部门适用性的一般性争论。未来的研究工作可以帮助卫生保健提供者培养必要的能力，以区块链(即发现、孵化和加速)进行创新[19］．


    在这篇文章中，我们提出并讨论了关于区块链技术的各种观点以及与之相关的积极和消极问题。区块链技术被认为是一种很有前途的健康数据安全共享技术。然而，目前还不清楚区块链是否真的能解决有关高度敏感数据的所有问题。

    在整个工作中，我们强调了关于区块链技术的神话和重要挑战。此外，我们对区块链技术在医疗保健部门的适用性提出了质疑。各国政府不妨审查在保健部门使用区块链的可行情况，以及与这一部门的传统主义和区块链的不成熟有关的挑战。这需要仔细考虑在设计和实施医疗保健区块链解决方案时可能做出的权衡。

    在本文中，我们确定了区块链技术对患者和医疗保健提供者的积极和消极影响，这为未来的研究提供了无限的机会。

    利益冲突

    没有宣布。

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    DDoS:分布式拒绝服务
    GDPR:一般保障资料规例
    它:信息技术

    G·艾森巴赫(G Eysenbach)编辑;提交25.11.19;同行评议:T Clohessy, A Hasselgren;对作者16.12.19的评论;修订版收到07.02.20;接受13.05.20;发表10.07.20

    版权

    ©Rania El-Gazzar, Karen Stendal。最初发表于《医疗互联网研究杂志》(//www.mybigtv.com)， 10.07.2020。

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