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由于影像和数字化的进步,数字病理学最近取得了进展,增加了疾病诊断的病理学的便捷性和可用性,特别是在肿瘤学、泌尿学和胃肠病学诊断方面。然而,尽管有可能包括低成本的诊断和可行的远程医疗,但由于昂贵的存储、数据安全要求以及传输高分辨率图像和相关数据的网络带宽限制,数字病理学还无法实现。关于数据收集和诊断的存储、传输和安全复杂性的增加,使得使用人工智能算法进行机器辅助疾病诊断更具挑战性。我们设计并原型化了一个数字病理系统,该系统使用基于区块链的智能合约,使用不可替代令牌(NFT)标准和星际文件系统进行数据存储。我们的设计弥补了现有的集中式数字病理系统基础设施的不足。该设计可扩展到其他需要高保真图像和数据存储的医学领域。我们的解决方案是在数据系统中实现的,可以提高医疗服务的访问质量,降低专科病理诊断的访问成本,减少诊断周期。
本研究的主要目的是强调数字病理中的问题,并建议基于软件架构的区块链和星际文件系统创建低成本的数据存储和传输技术。
我们采用设计科学的研究方法,分为6个阶段来指导我们的整体设计。我们对现有的区块链公私合作设计进行了创新,但采用了两层的方法,将实际文件存储与元数据和数据持久性分开。
在这里,我们确定了采用数字病理学的主要挑战,包括与长期存储和信息传输有关的挑战。接下来,使用基于nfs的智能契约中的公认框架和分布式安全存储中的最新创新,我们提出了一个去中心化、安全和隐私保护的数字病理系统。我们使用Solidity、web3.js、以太坊和node.js进行设计和原型实现,帮助我们解决了数字病理学面临的几个挑战。我们展示了我们的解决方案如何将非ft智能合约标准与持久分散文件存储相结合,解决了数字病理的大部分挑战,并为降低成本、提高患者护理和诊断速度奠定了基础。
我们发现了增加成本和减少数字病理学大规模采用的技术限制。我们提出了几个设计创新,使用非功能性分散存储标准来原型系统。我们还介绍了一种用于数字病理系统的独特安全体系结构的实现细节。我们演示了这种设计如何克服隐私、安全、基于网络的存储和数据传输限制。我们说明了如何改善这些因素为提高数据质量和对这些数据进行机器学习和人工智能的标准化应用奠定了基础。
数字病理学是病理学的一个分支领域,研究由高分辨率成像、计算机存储和网络连接等数字技术实现的信息管理[
此外,幻灯片和诊断结果可以与其他资深专家共享,以确认诊断。这些专家可以进一步建议和批准患者的治疗方案,从而通过远程诊断缩短周期,提高诊断准确性[
数字病理学使用的技术包括高分辨率远程和基于互联网的显微镜和高分辨率玻片扫描,这有多重优势。首先,数字病理学有利于在医疗保健难以获得、临床医生、医生、合格病理学家和医院系统数量稀缺的地区的患者[
合作作者(SS)在实际诊断中使用的幻灯片中的数字病理图像说明。图像来自高分辨率显微镜扫描和数字化幻灯片,在计算机屏幕上呈现给临床病理学家,以便进一步诊断。
然而,采用数字病理学以使其广泛可访问还存在一些挑战。这些挑战涉及传输、存储、检索和使用从组织和生物样本扫描中提取的幻灯片和图像的算法进行统一的临床诊断。数字图像扫描可以通过远程和基于网络的显微镜或通过高分辨率扫描显微镜载片到更高分辨率的图像(100,000 dpi到1,000,000 dpi)。这样的扫描图像也需要高分辨率的存储,以便数据不被压缩。在传输这种高分辨率图像时,如果图像被压缩和解压,传输可能导致数据丢失,可能影响整个网络的诊断共识。数据的压缩和解压会导致信息的丢失,这可能会导致从这些样本中不准确的诊断或不准确的数据训练[
在集中式系统中,云提供商或数据库网络管理员控制网络和患者数据的安全性。这种集中的数据控制通常会侵犯患者隐私,容易受到安全漏洞、勒索软件攻击和其他数据安全问题的影响。因此,这种高分辨率图像的存储和基于网络的传输都具有挑战性。其次,在集中式系统中很难获得此类算法的必要审计或数据传输日志,因为集中式系统以数据库为中心,经常需要在不同实体管理的不同医院和临床系统之间进行接口[
本文强调了数字病理学中与安全数据存储、安全数据传输、数据隐私、高分辨率图像的存储和传输以及来自医生的相关诊断相关的挑战。此外,我们提出了一个独特的设计与智能合约和以太坊区块链,它使用以太坊请求评论(ERC)-721标准来存储和传输图像,同时跟踪所有权[
执业病理学家的主要责任是维护患者资料和诊断的机密性。在数字病理学中,一个典型的模式是,多个病理学家和诊断程序可以访问从以下来源之一上传的数据:(1)高分辨率组织摄影,(2)构成显微镜图像的扫描载玻片,或(3)对人体组织样本进行成像并存储和传输这些图像的远程和基于互联网的显微镜。病人的医疗记录和诊断结果应与医院共享
此外,这些图像应只按法律规定储存较长一段时间,并为参考[
在数字病理学中,含有组织或其他人体样本(如血管)图像的载玻片的图像分辨率相对较高。在非数字病理中,用传统显微镜获得的玻片通常在1× ~ 400×之间[
人工智能算法可以帮助医生从图像中检测模式,特别是在病理学中,癌症的生长会在身体组织中产生模式。深度学习模型可以用足够的样本进行训练,以检测和编码具有特定诊断的图像片段[
这种数字病理学的目标可以通过适当的训练数据集和人类分类算法的积累实现自动诊断。当这样的数据集可用,深度学习算法根据人类分类的数据进行适当训练时,诊断的时间自然会减少。此外,来自数字病理学的数据可以用于多种目的,如教学、研究和继续医学教育研讨会。在这里,数据检索非常快;访问是在一个兼顾隐私和安全的分布式平台上提供的,以传统病理学中使用的数字格式搜索、检索和显示数据是合适的。
病理学家可以选择以更高的分辨率扩展和关注切片的某些部分,以诊断所涉及的疾病,并通过对扫描图像的部分进行注释在这些切片上创建注释。之后,多个病理学家或其他专家可以查看相同的幻灯片,以做出诊断并讨论治疗途径。这些经过修改的附有专家注释的幻灯片被存储在集中系统中,以便检索和使用,在其他情况下,用于研究或教学目的。
数字病理学的技术挑战。
数字病理系统工作流程。
区块链解决了系统互操作性、安全、隐私、不可否认性、存储持久性、去中心化存储、交易的去中心化验证以及所有数据的可访问性方面的挑战[
区块链已经进化到支持编程逻辑,通过使用Solidity等高级编程语言包括变量和循环结构[
这是因为即使在公共或私有区块链(即链上)上存储少量二进制数据,作为一个交易记录也要花费几百美元。尽管医疗信息学领域的几篇论文选择了这种昂贵的方法在区块链上存储数据(或使用了带有私有区块链或财团区块链的超级账本框架来存储数据),但这种存储机制对于数字病理学是低效的,这需要更广泛的存储和其他挑战,如
这是因为图像存储需要大量高性价比的数据存储。考虑到今天的电子邮件客户端和其他网络协议(如简单邮件传输协议),使用如此大的图像在网络上传输几乎是不可能的。唯一可能的是从本地存储库存储图像,该存储库将图像分发到网络文件存储中,并使文件可寻址。
这种方法的另一个挑战是,存储在区块链中的数据是公共信息,任何用户都可以在存储数据时从远程和基于internet的机器上有效地下载数据。因此,除非存储的数据使用发送方和接收方的用户标识符以不可识别的方式加密,否则这些数据是没有用的。在本研究中,我们为不可替代令牌提出了一个2层区块链解决方案,使用不可替代令牌的ERC-721标准(nft),将元数据与文件存储分离,并承诺真实性、安全性、分布式存储和易用性[
尽管区块链技术提供了上述的几个优点,并且可以在医疗保健系统中的同行(医院或医生)之间有效地共享医疗保健,但从来没有理由在链上存储此类医疗保健数据[
当一个文件被添加到IPFS中时,它被分割成更小的块,加密散列,并被赋予一个称为内容标识符(CID)的惟一指纹。CID作为文件当前存在的永久记录。当其他节点(或使用JavaScript对象表意法和远程过程调用的程序)使用唯一CID查找文件时,它们询问对等节点如何存储该文件的CID引用的内容。IPFS提供了一种向网络上的主机识别(pin)记录的机制。如果内容没有固定,可以删除它以访问最近访问的文件。文件的版本控制是通过创建一个新的CID来维护的,因为存储在IPFS上的文件能够抵抗网络上的篡改和审查。IPFS使用分布式哈希表来识别地址和图像。IPFS有助于删除重复的文件,并允许创建版本控制历史记录[
非ft标准是存储在区块链上的唯一且不可互换的数据单元(或数据指针)。尽管其他令牌标准,如加密货币令牌标准ERC-20已经流行,但NFT标准验证并关联以太坊区块链上的可复制数字文件,如照片、视频和音频。ERC-20标准用于实现加密令牌功能。它通常用于创建代币,用于在初始代币发行期间筹集资金和其他此类用途,使代币持有人能够参与区块链治理。ERC-20的主要特点是,它可以在加密交易所或Uniswap等币交换流动性提供者平台上与任何其他eth兼容的令牌进行交易。因此,我们必须使用ERC-721或非ft标准来实现图像存储、认证、所有权和数字病理学背景下的数字权利。nft使用数字分类账提供真实性的公共证书或所有权证明。非ft标准被广泛应用于各种基于多媒体的代币创作,并在艺术收藏家中得到广泛采用。同样,最近在虚拟现实、增强现实和元宇宙领域的创新也使使用该标准的数字资产的创建和销售成为可能。
总的来说,如果我们将图像的链下特征存储在IPFS上(例如,在一个元数据文件中),并在区块链上引用元数据的唯一CID,然后将其合成到一个NFT中,那么就可以将令牌所有权与令牌访问分离开来。所有权记录在元数据文件中,而访问是通过ERC-721标准支持的功能实现的。这种体系结构为我们提供了灵活性,可以将令牌的所有权与访问属性分离。它还使我们能够在所有者签名令牌后安全地传输访问(或复制访问),启用令牌刻录,并将访问分配给其他人。此外,这种设计支持生成、复制和销毁令牌的过程。非金融标准使用了这两种技术,即以太坊区块链上的非金融标准智能合约和用于去中心化文件存储的IPFS。
在本文中,我们运用设计科学研究方法论分析了以下两个研究问题:
RQ1:区块链支持的数字病理如何改善数据的神圣性、隐私性、数据有效性以及具有成本效益的安全网络存储?
RQ2:这样的系统设计是否通过降低存储成本、提高安全诊断时间以及通过提高存储数据的准确性提高机器学习能力来改善医生的诊断?
我们使用信息系统和计算机科学学科中使用的设计科学研究过程(DSRP)方法和专家建议。我们的解决方案原型提出了一个创新的基于智能合约的数字病理系统,使用公共基础设施简化高分辨率图像存储,并提供分散的、安全的、保护隐私的数据共享解决方案。
DSRP是信息系统、计算机科学和信息技术管理领域的一种成熟的研究方法。它主要用于为实际问题创建基于设计的系统解决方案,对于这些问题之前没有解决方案。正如其名称所示,DSRP应用设计科学来创建一个基于软件或系统的原型来解决研究问题。利用这个原型,研究人员验证了他们所做的假设。我们在DSRP中使用以下步骤来实现和测试我们的原型:首先,我们描述问题并定义其重要性。数字病理学的挑战描述在
在第三步中,我们设计并实现了系统分析和设计的概念验证使用原则,用JavaScript、web3.js、node.js和以太坊栈结合IPFS创建了一个基于模型-视图-控制器体系结构的系统,用于长期数据存储。以下部分描述如何创建满足解决方案的各种目标的基于nffs的IPFS。稍后我们将讨论用于存储的元数据文件的机密性要求和应用程序级加密。在第四步中,我们演示了工件和解决方案原型。第五,我们评估工件是否确实满足了它确实要解决的问题的所有设计目标。最后,我们记录了我们的实验结果,并描述了我们的解决方案如何使更广泛的数字病理学社区受益,以及本研究的贡献。我们还相信,我们的解决方案可以适用于医疗领域的其他高密度存储需求。
图表代表了设计科学研究方法中的步骤。
问题定义和目标。
问题定义 | 重要性和业务结果 | 解决方案的目标 |
多用户提供的高分辨率图像、元数据和诊断的长期分布式和高性价比存储 | 降低采用和利用的成本 | 评价提供这种储存的替代技术;可能将存储与数据传输机制分离 |
网络传输或共享此类高分辨率图像和相关数据的能力 | 提高疾病的诊断速度 | 通过互联网与他人安全共享数据的机制 |
数据安全 | 提高所有临床数据的安全性并提供访问控制 | 防止未经授权访问数据的机制 |
数据隐私 | 提高系统中数据的私密性,以便只有医生、病理学家和患者可以访问这些数据 | 在需要知道的基础上共享数据的机制 |
能够维护审计数据传输或来自共享访问日志的数据 | 利用《健康保险可携性与责任法案》、《通用数据保护条例》和《隐私法》提高合规性 | 追踪数据如何在不同用户之间共享的机制;木材应常年储存 |
能够保持准确性,为未来的人工智能或深度学习模型应用创建高质量的训练数据集 | 更好的训练数据可以存储在网络上,这样的数据可以促进更好的机器学习和人工智能预测 | 上述机制应该能够由独立于系统的第三方进行审计、验证和分析 |
减少病人的费用 | 具有完善的加密协议的公共基础设施可以使解决方案显著扩展;通过设计避免了网络传输 | 该解决方案降低了网络连接的存储成本;远程医疗和远程诊断很容易实现 |
提高对病人的护理质量 | 一旦训练数据建立了更高的准确性,对患者的护理质量将得到显著改善 | 机器辅助诊断是可能的 |
能够将工件所有权与令牌访问分离 | 病理数据记录应明确表明患者是数据所有者,而不管其他个人是否访问该记录 | 元数据总是通过存储患者的假名信息,如患者唯一的ID或钱包地址,显式地记录数字图像的所有权 |
根据法律和监管条件,在预先指定的时间间隔后删除访问的能力 | 在预先指定的间隔之后,所有非所有者的记录应该自动被烧毁;那些收到该记录的医疗保健专业人员不应再获得该记录 | 此功能提供了删除对特定记录的访问并遵守医疗保健数据存储和检索规则的能力 |
数字病理系统的软件架构,其中区块链和IPFS用于令牌化、存储和共享对医疗保健系统数字输出的访问。星际文件系统;非功能性测试:nonfungible令牌。
我们使用模型-视图-控制器软件体系结构模式[
关于扫描和病理学家或其他专业人员所做的任何修改的高分辨率图像文件,如注释和图像标记,以确定特定的疾病模式,和
JSON文件包含关于存储在web上的扫描数据或医生提供的诊断的元数据。
IPFS提供了数据的分散存储,它基于缓存数据,其中文件访问频率为用户提供了性能文件存储。
我们使用Solidity编程语言对智能合约进行编程,该智能合约运行在以太坊测试网络上。我们使用几个JavaScript工具包,即web3.js, node.js,以及与HTML5和bootstrap.css相关的基本库来编写前端代码。为了测试原型,我们使用了Ganache命令行工具包(CLI)、Solidity、HTML5和JavaScript的VSCode库扩展,以及使用Remix智能合约编辑器进行编程的集成开发环境。我们使用以太坊的Kovan和Ropsten测试网络来实现原型,并根据本文中设定的目标验证我们的解决方案。
用户界面为医生、实验室技术人员和患者提供了一个可视化界面,以查看他们拥有的或与他们的钱包共享的数据。虽然医生、实验室技术人员和患者可以访问使用IPFS上CID寻址的相同图像,但主要控制文件是JSON,它与智能合约基础设施交互并生成令牌。通过使用用户的密钥加密CID,在生成的令牌中存储的地址(即包含关于图像或诊断的元数据的JSON文件的CID)对公众访问是隐藏的。拟议系统的保安方面将在下一节加以说明。然后,用户界面与由一系列智能合约方法组成的控制器交互,这些方法生成新的令牌,使用非ft协议将令牌从实验室技术人员转移到医生,从一个医生转移到另一个医生,等等。去中心化应用程序负责创建更新的图像和生成nft, nft可能生成来自医生、临床病理学家或患者的记录,以便将数据存储在IPFS中。该数据模型在JSON文件中进行了描述,并指出了这种系统使用的不同类型的文件。
因为IPFS分别存储每个图像文件(作为唯一可寻址且不可更改的散列),类似于清单1的JSON模式文件(
从代码清单1(即JSON元数据文件)中,我们获得了一个唯一的CID,该CID针对每个图像位置,以及以所有者姓名和钱包ID形式显示的图像所有者的伪身份。此信息是惟一的,用于将所有权与访问权分开。区块链为数据集中使用的图像的JSON元数据文件提供加密和安全性。
元数据文件的CID被用作NFT mint (ERC-721)的输入,并为文件的发起者提供对这个令牌的访问。然后,只需使用他们的钱包地址,就可以将这个令牌转移到网络上的其他个人。与记录关联的每个JSON元数据文件都应该包含所有者名称和ID,以及唯一标识患者的公共钱包地址。当元数据文件必须在多人之间共享时,发送方必须使用独立的元数据文件(cid)生成多个令牌,以便将令牌传输给其他个人。但是,基本文件保持不变,图像数据文件在每个JSON文件中独立引用。在Solidity中生成非ft的源代码列于代码清单2 (
可以通过将令牌发送到收件人的钱包地址来转移原始的NFT
在去中心化的应用程序中,我们使用非ft标准的智能合约代码(ERC-721)在以太坊网络上生成非ft,并使用JSON文件的IPFS URL(代码清单4)
代码清单5 (
关于数据的隐私,这个CID可以通过应用程序在铸造时存储在钱包中的一个密钥对进行加密,以便只允许所有者访问存储JSON文件的URI。
在代码片段(代码清单6)中
代码清单6显示了如何将数据所有权从发送方转移到接收方。接收方现在可以访问底层CID (IPFS)及其内容,然后检查高分辨率图像,并通过创建一个新的诊断文件或创建一个新的图像来生成NFT。
其中一个关键要求是令牌按照到期日期到期。不同的州和地方法律规定了每家医院可以存储病人记录的时间以及记录存储的条件。例如,在本文的合著者工作的医疗保健系统中,医院系统将记录(包含高分辨率显微扫描和这些扫描的数字化图像的玻片)存储3年,之后将从存储中安全地丢弃。然而,所有者或患者可以选择保留他们的拷贝,只要他们愿意。
我们选择在区块链上复制此功能的方法如下:智能合约代码支持令牌的刻录功能,这随后使系统的任何用户都无法访问该令牌。然后,web3.js应用程序扫描每条记录的创建日期和所有者的钱包ID,并为那些钱包ID与所有者的钱包ID不匹配的所有令牌所有者销毁这些记录(所有者的钱包ID在JSON记录中声明)。代码清单7 (
在每个用户(如医生或病理学家)的去中心化应用程序中执行合同后,那些创建日期超过有效期的令牌ID将被销毁,系统上的其他任何人都无法访问。只有记录所有者(或患者)永远不会执行刻录功能,从而保留对NFT的原始访问权限。
我们系统的设计和实现支持几个用例。其中一个这样的用户流显示在
使用不可替代标记应用于扫描图像的数字病理工作流程的插图。非功能性测试:nonfungible令牌。
访问控制、数据所有权和数据保密性是在区块链平台上存储医疗保健相关数据的三个挑战。由于数据驻留在区块链上,而且数据或指向数据的指针都是公开可访问的,所有用户都可以访问,因此用户如何确保只有经过授权的个人才能访问他们的数据,而其他人不能访问它?此外,由于可审计性是《健康保险可携性和问责法》或《通用数据保护条例》的法律要求之一,用户如何确保对访问的数据进行审计追踪?同样,如何将数据所有权与针对特定诊断情况与卫生保健专业人员共享数据的权利区分开来?
为了解决这些挑战,我们描述并实现了安全体系结构的原型
在
安全层、安全体系结构的属性和实现。
堆栈的层 | 安全体系结构的属性 | 实现 |
应用层和智能合约层 | 身份验证 | 需要访问数据的用户通过他们的钱包(其中包含用户公钥和私钥的散列)进行身份验证。每次发送消息时,都使用ECDSA对其进行签名和验证一个.只有那些能够登录到自己钱包的用户,才能以NFT的形式访问相应的数据b. |
ipfc层和智能合约层 | 数据完整性 | 数据完整性由底层区块链和IPFS层管理和维护。区块链的一个特性是数据永远不能被操纵。同样,存储在IPFS中的原始图像或诊断文件也不能更改。更改文件将生成一个新的CIDd,这需要创建一个具有不同访问控制的新令牌。 |
应用层用于加密,智能合约层用于将加密的CID存储在区块链上 | 数据的机密性 | 尽管存储在区块链上的数据是公共信息,但是正在生成的非ft是从存储在IPFS中的JSON文件的CID中生成的。应用程序可以加密并将加密的CID存储在只允许钱包所有者访问的关联非ft中的块上。加密由应用程序完成,而不是由区块链或区块链的智能合约完成。每次生成一个新令牌时,生成的元数据文件就上传到IPFS上。元数据文件的CID由应用程序加密,并作为合同的一部分存储在区块链上。 |
聪明的合同层 | 公证 | 在与所有者的公钥签名后,每条信息都经过公证并存储在区块链上。每次将NFT转移到应用程序层的新所有者时,该NFT由新所有者的公共地址签名,然后使用新所有者的密钥对其进行加密,以便在应用程序级将其存储在区块链上,这样只有新所有者才能访问NFT的内容。 |
应用层和智能合约层 | 访问控制 | 令牌的访问控制目前是通过钱包(公钥和私钥)来维护的。但是,这种访问控制可以由用户维护和调节。 |
区块链和IPFS层 | 可用性 | 这是由底层区块链和IPFS基础结构调节的,它们具有99.99%的可用性。唯一的限制是网络可用性,它控制着数据从网络中存储和提取的速率。 |
一个椭圆曲线数字签名算法。
b非功能性测试:nonfungible令牌。
cIPFS:星际文件系统。
dCID:内容标识符。
在概念验证实现之后,我们测试和描述数字病理解决方案的主要目标是如何满足的。此外,利用我们的解决方案,我们评估了该解决方案如何解决与数字病理相关的存储、传输、成本效益和安全方面的挑战。
在
数字病理系统的用户界面,显示相应的医生可以访问的4个特定扫描。
解决方案需求以及在实现中如何处理它们。
要求 | 实现细节 | 好处 |
安全 | 在这样的系统中,数据有两层安全保护。首先,ipf一个这种存储图像的方式通过加密和将数据分割成存储在网络上的块,提供了高安全性。数据只能通过CID访问b,这是一个256字节的大十六进制代码。接下来,JSON元数据文件(它处理区块链中加密的CID)只能由使用密钥访问存储数据的合同地址的人访问。有关实现细节,请参见表2。 | 智能合约数据的两层安全性将只允许钱包所有者访问记录的内容。IPFS的CID是不可能随机猜测的。 |
隐私的数据 | 只有访问相应钱包的用户才能访问区块链上的数据,所有其他用户将对数据的使用一无所知。参考表2,了解如何在设计中处理数据机密性和隐私性。 | 区块链的这个特性为用户(患者)、医生和其他人提供了额外的安全层。 |
低成本,高保真的文件存储 | IPFS是由全局运行的节点保护的公共基础设施。如果合约喜欢固定(或转换为静态存储)数据,智能合约代码可以与IPFS通信。另一种公共存储机制是FileCoin,它在IPFS之上构建了一种激励机制,以补偿提供高端存储和可用性的用户。 | 不需要压缩数据或为长期存储而操纵原始数据文件。这种存储方法能够高保真地存储原始文件,以供进一步分析。 |
高性能 | 数据和智能合约访问通过IPFS和包含数据指针(即实际图像的CID)的元数据文件实现高吞吐量数据存储。我们还提到了其他去中心化存储系统,如FileCoin和Storj,它们是IPFS的付费替代品,其中加密令牌支持QoSc层,确保数据可用性。因此,实际的文件永远不会在网络上移动,只有对包含JSON文件的CID的访问控制被更改。 | 除了扫描并存储在IPFS上的图像外,数据传输不发生在网络上。数据访问是通过铸造到nft中的元数据文件提供的。 |
传播成本低 | 数据传输是通过在与文件对应的区块链上传输令牌所有权来完成的。因此,原始文件不通过网络传输;相反,JSON文件的CID所有权被转移到区块链上的另一个钱包。 | IPFS记录的网络传输意味着只有生成的令牌在所有权上被传输。令牌ID的详细信息存储在区块链上并进行加密。因此,没有实际数据在区块链上传输,显著降低和提高了带宽。 |
提高数据的准确性 | 每当医生或其他中介修改数据时,IPFS上就会创建新的版本控制文件。 | 更高的数据精度有助于训练人工智能和机器学习模型来提高预测精度。 |
所有权 | 每一个特定的时期,当非功能性d由于法律原因所有权到期,这种访问将通过智能合约的burn功能自动删除。只有拥有令牌的患者才有机会持有令牌并访问相关的数字图像。其他的所有者在token过期后将没有访问权(销毁令牌)。 | 数字资产的所有权与智能合约的功能是分离的。尽管非功能性文件可以与多个从业人员共享,但实际的访问权限由医疗保健系统对非患者访问的法律政策决定。只有患者可以在记录过期后访问他们自己的NFT,在此期间,所有其他人都被限制访问NFT。 |
一个IPFS:星际文件系统。
bCID:内容标识符。
cQoS:服务质量。
d非功能性测试:nonfungible令牌。
在这项研究中,我们引入了分散式数字病理学的几项创新,以帮助抵消用于医疗诊断的成像、共享和分发高分辨率幻灯片扫描的成本。使用私有基础设施机制负责节点的维护、共识机制和由少数公司控制的系统的管理,将违背使用数字病理学来提高诊断速度和患者护理成本的整个目的。尽管其他医疗保健应用程序已经讨论了在区块链上存储医疗保健数据或使用具有不同类型加密的许可网络的框架,但这样的设计将增加医疗保健成本和系统费用。此外,对于私有区块链或联盟区块链,维护基础设施和治理的成本将集中到区块链系统。
尽管在私有许可的区块链上,实现这样的链上存储而不增加存储成本是可行的,但我们的设计使用分散的公共存储作为后端,并结合既定的非ft标准。同时,私有或许可的区块链架构可能导致不同链之间的不兼容,并阻止外部数据共享,因为带有链上存储的私有区块链在网络边界内运行。基本上,需要在医院供应链(包括实验室、合作伙伴、核查机构和诊所)中实施这种许可区块链。这些成本将阻碍数字病理学的大规模采用,而数字病理学的承诺是降低成本、提高速度,并使用机器辅助的人工智能和机器学习算法与他人交流。此外,在私有区块链的情况下,软件和硬件升级、技术混淆、网络速度都留给了区块链维护者。因此,私人许可和未经许可的联盟区块链之间的权衡将使这里展示的设计适合。公众通过财团驱动的网络以及私人和公共网络维护基础设施。
在我们的解决方案中,我们依赖公共区块链基础设施与去中心化存储相结合,我们相信这将大幅降低存储传输成本,并为公共卫生保健提供一个具有隐私保护和安全的系统。与此同时,参与者还可以通过提供节点来为IPFS固定文件,从而为这种基础设施做出贡献。或者,可以使用廉价的去中心化存储系统(如Storj),以非常合理的成本提供对充足存储的授权访问。区块链存储的唯一数据是IPFS元数据文件的加密CID。尽管IPFS元数据文件是可寻址的,并且由那些钱包有权访问内容(图像扫描、诊断、治疗路径和其他相关元数据)的用户在区块链之外访问,但我们的安全体系结构防止公共或其他用户访问内容,从而提供了安全性。
我们建议使用IPFS,这是一种安全、分布式、高可用性的点对点网络,从而降低了高分辨率图像的存储成本。我们使用加密货币钱包和智能合约,使用广泛接受的ERC-721标准创建nft。这种设计排除了为数据存储、传输和访问添加单独安全层的需要。尽管我们将实际图像的存储与其元数据分离,但图像的传输需要通过使用接收方的密钥加密来更改访问元数据文件的权限。我们的设计方法不需要将整个高分辨率图像移动到网络上的不同地址,这可能会消耗更多的网络带宽,而且效率很低,尽管这也可以实现。
总的来说,ERC-721(NFT)标准用于病理图像存储的数据传输、数据存储和使用将改善数字病理学大规模采用的前景。这样的体系结构可以显著降低数字病理学所需基础设施的成本,并随着时间的推移,提高诊断速度和负担得起的医疗保健。
由病理学家、医生合著者(SS)回答的问题,讨论了数字病理学的挑战。
源代码清单。
内容标识符
设计科学研究过程
以太坊征求意见
星际文件系统
nonfungible令牌
研究问题
没有宣布。