基于區(qū)塊鏈技術(shù)的體外診斷試劑全流程智慧追溯體系應(yīng)用研究

龔婭，史秋霞，段德令，劉志強(qiáng)

1 中國(guó)人民解放軍南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院白云院區(qū) 檢驗(yàn)科，廣州市，510510

2 南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院 腎內(nèi)科，廣州市，510515

0 引言

區(qū)塊鏈3.0時(shí)代，是區(qū)塊鏈技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)全面結(jié)合的時(shí)代，將鏈?zhǔn)接涃~、智能合約等技術(shù)特點(diǎn)與實(shí)體應(yīng)用領(lǐng)域充分融合，通過(guò)去中心化的智能自治，最終將徹底顛覆現(xiàn)有的社會(huì)商業(yè)邏輯，重塑社會(huì)信任體系。目前，中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)等全球主要國(guó)家都在加快布局區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展，卡位搶跑。2019年10月24日，第十八次中共中央政治局集體學(xué)習(xí)時(shí)指出，“區(qū)塊鏈技術(shù)的集成應(yīng)用在新的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中起著重要作用”，強(qiáng)調(diào)要積極推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療健康等領(lǐng)域的應(yīng)用。根據(jù)業(yè)內(nèi)推測(cè)，伴隨區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷成熟完善，以醫(yī)療服務(wù)、健康管理、醫(yī)療保險(xiǎn)等為核心的醫(yī)療健康領(lǐng)域極有可能繼金融領(lǐng)域之后，成為區(qū)塊鏈技術(shù)的第二大應(yīng)用場(chǎng)景。未來(lái)，除了電子健康病歷（EHR）、醫(yī)療保險(xiǎn)賠付、DNA錢(qián)包、蛋白質(zhì)折疊等應(yīng)用外[1]，還將出現(xiàn)更多區(qū)塊鏈與醫(yī)療健康細(xì)分領(lǐng)域緊密結(jié)合的產(chǎn)物，體外診斷試劑的防偽溯源就是其中之一。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)

區(qū)塊鏈技術(shù)，也稱(chēng)為分布式賬本技術(shù)，是一種多方維護(hù)、全量備份，使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問(wèn)安全的記賬技術(shù)，具有去中心化、去信任化、防止篡改等特點(diǎn)，是未來(lái)構(gòu)建新型信任體系的核心技術(shù)。

1.1 去中心化

傳統(tǒng)的中心式記賬網(wǎng)絡(luò)，將賬本存放在中心節(jié)點(diǎn)，由中心節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理。區(qū)塊鏈的分布式記賬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是權(quán)利和義務(wù)均等的個(gè)體，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)塊由所有節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有備份，這種分步式存儲(chǔ)、集體維護(hù)的方式確保了數(shù)據(jù)的安全可靠和公開(kāi)透明。

1.2 去信任化

目前現(xiàn)實(shí)生活中的交易基于對(duì)第三方機(jī)構(gòu)的信任完成，需要第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)（銀行、支付寶平臺(tái)等）作為信用背書(shū)。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，運(yùn)作規(guī)則基于共識(shí)算法而非信任，節(jié)點(diǎn)之間的交易規(guī)則公開(kāi)透明，因此節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換無(wú)法欺騙系統(tǒng)內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)，自然無(wú)需任何第三方介入。

1.3 不可篡改

區(qū)塊鏈基于哈希算法使用不同的秘鑰進(jìn)行加密、解密，加解密不可逆，公鑰加密的信息，即使被截獲也無(wú)法解密，只有私鑰才能夠解密，從而保證數(shù)據(jù)信息的安全。此外，區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)無(wú)法被篡改，在區(qū)塊鏈上的任何篡改都會(huì)留下密碼學(xué)證據(jù)從而被快速發(fā)現(xiàn)，由此確保區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可靠性。

2 體外診斷試劑追溯體系需求分析

體外診斷試劑，是指在疾病的預(yù)防、診斷、治療監(jiān)測(cè)、預(yù)后觀察、健康狀態(tài)評(píng)價(jià)以及遺傳性疾病的預(yù)測(cè)過(guò)程中，用于對(duì)人體樣本（各種體液、細(xì)胞、組織樣本等）進(jìn)行體外檢測(cè)的試劑、試劑盒、校準(zhǔn)品、質(zhì)控品等。體外診斷試劑產(chǎn)業(yè)屬于多學(xué)科交叉、知識(shí)密集、資金密集型的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)[2]。

2.1 現(xiàn)實(shí)需求

近年來(lái)，基于市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)增，體外診斷行業(yè)發(fā)展迅猛，在疾病預(yù)防、臨床診斷、健康監(jiān)測(cè)和指導(dǎo)治療中的作用日益明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，臨床診斷信息的80%左右來(lái)自體外診斷，體外診斷與檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)的有機(jī)融合，成為保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全的重要組成部分。檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中使用的體外診斷試劑的質(zhì)量和安全問(wèn)題也隨之而來(lái)，如何驗(yàn)證體外診斷試劑的真?zhèn)?，發(fā)現(xiàn)假冒、偽劣、過(guò)期試劑如何追根溯源，出現(xiàn)試劑質(zhì)量問(wèn)題如何倒查問(wèn)責(zé)，如何利用技術(shù)手段確保試劑相關(guān)信息的真實(shí)、健壯，這一系列問(wèn)題都有待構(gòu)建一套覆蓋體外診斷試劑全生命周期的智慧追溯體系來(lái)實(shí)現(xiàn)。從當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)情況看，體外診斷試劑無(wú)論是在注冊(cè)、原材料采購(gòu)、試劑生產(chǎn)、物流運(yùn)輸、實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)，均有違規(guī)生產(chǎn)、假冒調(diào)包、存儲(chǔ)不善、操作不當(dāng)?shù)蕊L(fēng)險(xiǎn)。

2.2 政策要求

根據(jù)《體外診斷試劑注冊(cè)管理辦法》規(guī)定，體外診斷試劑必須根據(jù)產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)程度的級(jí)別進(jìn)行注冊(cè)，方可進(jìn)入市場(chǎng)銷(xiāo)售和用于臨床診斷。然而，有些企業(yè)抓住“僅用于研究、不用于臨床診斷的產(chǎn)品不需要申請(qǐng)注冊(cè)”的空子，將用于研究的試劑用于臨床。這些未依規(guī)取得藥品監(jiān)督管理部門(mén)頒發(fā)的注冊(cè)證書(shū)的試劑如果流入市場(chǎng)，必定給管理者和使用者帶來(lái)不確定的風(fēng)險(xiǎn)[3]。再如，2018年5月發(fā)布的《醫(yī)藥產(chǎn)品冷鏈物流溫控設(shè)施設(shè)備驗(yàn)證性能確認(rèn)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 34399—2017）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，給醫(yī)藥冷鏈物流體系建設(shè)提供了精細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家有標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際執(zhí)行卻走了樣。體外診斷試劑大多為生物制品，其生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存都有一定要求，生化、免疫試劑盒等環(huán)境溫度均要求在2～8oC，而目前我國(guó)冷鏈物流市場(chǎng)化程度還不夠完善，公路冷藏保溫車(chē)僅占貨運(yùn)車(chē)總量的0.3%[4]，而且冷鏈運(yùn)輸成本相對(duì)較高，導(dǎo)致體外診斷試劑通常只是使用冰袋進(jìn)行溫控，溫度高低起伏不定，為試劑的質(zhì)量和有效性埋下隱患。這些違規(guī)操作從一定程度看，是體外診斷試劑產(chǎn)業(yè)鏈條上客觀存在卻難以克服的痼疾，區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)使得這樣的問(wèn)題運(yùn)用技術(shù)手段予以解決成為可能。

2.3 倒查追責(zé)

溯源是安全管理的重要手段，我國(guó)二十年前已經(jīng)建立可追溯管理體系，但對(duì)體外診斷試劑的追溯還是一片空白。目前針對(duì)體外診斷試劑溯源的辦法不多，過(guò)分依賴(lài)渠道的可靠性，沒(méi)有真正意義上的強(qiáng)監(jiān)管手段，多為依靠事后責(zé)任追究進(jìn)行壓力傳導(dǎo)，從而遏制一定程度的制假售假和違規(guī)操作。試劑溯源的根本目的是確保試劑的安全性、有效性、質(zhì)量可控性，建立對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的信任，為臨床診斷提供真實(shí)可靠依據(jù)。試劑的供應(yīng)鏈由監(jiān)管部門(mén)、原材料提供商、試劑生產(chǎn)商、試劑經(jīng)銷(xiāo)商、物流企業(yè)、醫(yī)療檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)等眾多參與主體構(gòu)成，存在大量的交互協(xié)作，但由于相關(guān)信息離散分布保存在各個(gè)環(huán)節(jié)的各自系統(tǒng)中，各參與主體信息不全面、不對(duì)稱(chēng)，嚴(yán)重影響供應(yīng)鏈協(xié)同效率。更為嚴(yán)重的是，由于信息缺乏透明度，當(dāng)各個(gè)參與主體發(fā)生分歧、糾紛時(shí)，舉證追責(zé)耗時(shí)費(fèi)力。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)在體外診斷試劑全流程智慧追溯體系中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用原理

（1）“一劑一碼”，試劑來(lái)源可追。每盒體外診斷試劑均擁有獨(dú)立的二維碼，二維碼與區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合，完整記錄試劑在監(jiān)管部門(mén)、原材料提供商、試劑生產(chǎn)商、試劑經(jīng)銷(xiāo)商、物流企業(yè)、醫(yī)療檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)等多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)均在前一節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成，行成鏈狀數(shù)據(jù)生態(tài)，成為標(biāo)識(shí)每盒體外診斷試劑的唯一“身份證”，可以通過(guò)“身份證”溯源試劑的整個(gè)注冊(cè)、生產(chǎn)、流通、使用過(guò)程[5]。

（2）“分步記賬”，試劑質(zhì)量可查。每盒試劑從原材料采購(gòu)到醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)使用全流程的所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，即賬本，不會(huì)保留在一個(gè)或幾個(gè)機(jī)構(gòu)中，而是由所有節(jié)點(diǎn)共同保存、共同維護(hù)、查詢(xún)和監(jiān)管，信息公開(kāi)透明。而且，每個(gè)參與的節(jié)點(diǎn)均擁有完整的、實(shí)時(shí)的賬本，確保數(shù)據(jù)庫(kù)可靠、健壯。

（3）“時(shí)序不逆”，安全責(zé)任可究。區(qū)塊鏈技術(shù)保證了節(jié)點(diǎn)時(shí)序不可逆、數(shù)據(jù)不可改等特征。一方面，運(yùn)用時(shí)間戳（Timestamp）記錄某一時(shí)間內(nèi)發(fā)生在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的事件，時(shí)間戳成為完整性和可驗(yàn)證性的標(biāo)記。試劑在各個(gè)節(jié)點(diǎn)加載的數(shù)據(jù)嚴(yán)格按照時(shí)序安全可靠地進(jìn)行記錄，可對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行回溯和定位，從而鎖定責(zé)任主體；另一方面，運(yùn)用區(qū)塊鏈的去中心化的共識(shí)機(jī)制，確保維護(hù)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的同步，也在技術(shù)邏輯上確保了整個(gè)溯源鏈條上的記錄不可篡改，從而避免了在未來(lái)真正發(fā)生安全事故或有溯源要求時(shí)可能出現(xiàn)的非法操作。

3.2 應(yīng)用模型

區(qū)塊鏈的開(kāi)放式節(jié)點(diǎn)信息數(shù)據(jù)，使得各參與主體可以平等地實(shí)時(shí)掌握每盒試劑的所有信息。同時(shí)，區(qū)塊鏈運(yùn)用的非對(duì)稱(chēng)加密、智能合約等技術(shù)，徹底改變了防偽溯源領(lǐng)域的流程，再造了底層框架。在搭建的“體外診斷試劑全流程智慧追溯區(qū)塊鏈平臺(tái)”（見(jiàn)圖1）中，根據(jù)體外診斷試劑的生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)，試劑溯源二維碼依此寫(xiě)入數(shù)據(jù)包括但不限于：①試劑注冊(cè)信息等；②原材料提供商身份信息、原材料信息等；③試劑生產(chǎn)商身份信息、原材料出入庫(kù)信息、試劑生產(chǎn)信息、操作人員信息等；④試劑經(jīng)銷(xiāo)商身份信息、試劑批次信息、交接信息等；⑤物流企業(yè)身份信息、運(yùn)輸條件信息、運(yùn)輸車(chē)輛GPS定位信息、試劑保存物理?xiàng)l件信息等；⑥醫(yī)療檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)身份信息、試劑操作人信息等。

圖1 體外診斷試劑全流程智慧追溯區(qū)塊鏈平臺(tái)Fig.1 Blockchain Platform of Whole Process Intelligent Tracing for IVD Reagents

3.3 建設(shè)討論

體外診斷試劑全流程智慧追溯體系不僅僅只是試劑追溯區(qū)塊鏈平臺(tái)的建設(shè)，還包括一系列有效的防偽溯源機(jī)制，包括建立試劑防偽溯源聯(lián)盟鏈，政府監(jiān)管部門(mén)和質(zhì)檢機(jī)構(gòu)加入，建立強(qiáng)有力的事前監(jiān)督機(jī)制、事后懲罰機(jī)制，一旦發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)造假，依法嚴(yán)懲不貸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)試劑的精準(zhǔn)召回，全面提升整個(gè)體外診斷試劑產(chǎn)業(yè)鏈的公信力。

未來(lái)，區(qū)塊鏈技術(shù)與試劑追溯應(yīng)用的充分結(jié)合絕非一蹴而就，還有一段較長(zhǎng)的路程。從技術(shù)層面看：一是區(qū)塊鏈中的共識(shí)算法并發(fā)能力不足、效率不高，成為制約系統(tǒng)性能的重要方面；二是區(qū)塊鏈每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是全量存儲(chǔ)，包含了全網(wǎng)交易數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)只增不減，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求受到客觀條件限制。從應(yīng)用層面看，一是政策監(jiān)管相對(duì)滯后，監(jiān)管合規(guī)性的探索應(yīng)用還需要時(shí)間的積累；二是鏈上節(jié)點(diǎn)如果上傳假信息，那么溯源防偽也就無(wú)從談起，目前很難從源頭上阻止信息造假；三是目前區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)采集、記錄方式的通用標(biāo)準(zhǔn)尚未形成，難以形成多樣化業(yè)務(wù)需求和跨鏈數(shù)據(jù)共享，通用兼容性不足問(wèn)題亟待解決。

4 總結(jié)

總的來(lái)看，雖然目前區(qū)塊鏈的概念比較火熱，但其打破了中心化集權(quán)束縛，勢(shì)必對(duì)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)造成沖擊，老觀念的“破”與新技術(shù)的“立”之間的交鋒還將持續(xù)，所以這項(xiàng)顛覆性新技術(shù)的廣泛落地開(kāi)花還需假以時(shí)日。同時(shí)，體外診斷試劑全流程智慧追溯體系的構(gòu)建亦不是一朝一夕之事，需要區(qū)塊鏈技術(shù)專(zhuān)家、監(jiān)管部門(mén)以及試劑生產(chǎn)、流通、使用各環(huán)節(jié)人員的通力協(xié)作，還必須依靠AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的同步發(fā)展來(lái)構(gòu)建完整的追溯能力，充分發(fā)揮業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)、技術(shù)引領(lǐng)的作用，形成“技術(shù)系統(tǒng)+管理機(jī)制”的應(yīng)用場(chǎng)景，從而促進(jìn)體外診斷行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。