基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療信息系統(tǒng)及智能合約設(shè)計(jì)

林家茂

摘要：近年來(lái)，醫(yī)院智能化的醫(yī)療信息系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)成為每家醫(yī)院的重要任務(wù)，那么從何著手改善，就成了醫(yī)院信息科要面臨的首要問(wèn)題。該文筆者基于區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)醫(yī)療信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的同時(shí)并增加智能合約對(duì)患者詳細(xì)信息進(jìn)行管理，進(jìn)一步地改善現(xiàn)有醫(yī)療信息管理系統(tǒng)，同時(shí)針對(duì)當(dāng)前醫(yī)療信息系統(tǒng)管理中面臨的多種問(wèn)題開(kāi)展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法有效且具有較強(qiáng)的實(shí)際可行性。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈 ?智能合約 ?醫(yī)療系統(tǒng) ?基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G202文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2022）01（a）-0000-00

Design of Medical Information System and Intelligent Contract Based on Blockchain

LIN Jiamao

（Renhuai people's Hospital， Renhuai， Guizhou ?Province， 564500 China）

Abstract：In recent years， the construction of hospital intelligent medical information system has become an important task for each hospital. How to improve it has become the primary problem faced by the hospital information department. In this paper， the author stores the data in the medical information system based on the blockchain technology， and increases the intelligent contract to manage the patient's detailed information， so as to further improve the existing medical information management system. At the same time， the author has carried out relevant experiments for a variety of problems faced in the current medical information system management. The experimental results show that this method is effective and has strong practical feasibility.

Key Words： Blockchain; Smart contract; Medical system; Blockchain based medical system

醫(yī)療康復(fù)診斷、評(píng)定與治療的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)就是醫(yī)療信息的暢通和共享。需要被記錄到醫(yī)療管理系統(tǒng)中的信息主要為設(shè)備使用記錄、患者信息記錄、檢驗(yàn)治療項(xiàng)目還有具體醫(yī)療過(guò)程的花費(fèi)金額等。然而，在實(shí)際情況中，很多就診患者并不能夠真正地有效使用到醫(yī)療信息系統(tǒng)的功能，因?yàn)樗麄儗?duì)其沒(méi)有足夠的認(rèn)知，不清楚信息在其中到底如何被記錄、存儲(chǔ)，以及如何調(diào)出，從而無(wú)法有效地利用信息。之所以出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因之一在于傳統(tǒng)醫(yī)療信息系統(tǒng)對(duì)于信息隱私安全的保護(hù)，以及受限于原有存儲(chǔ)記錄醫(yī)療信息的方式。所以如何在現(xiàn)有醫(yī)療信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上革除其弊端，發(fā)展出一個(gè)新型的高質(zhì)量醫(yī)療系統(tǒng)成為了現(xiàn)在亟需解決的問(wèn)題。從以往醫(yī)療信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程看來(lái)，它面向的醫(yī)療領(lǐng)域受眾很廣，因此，未來(lái)的發(fā)展前景還是很廣闊的，特別是在克服傳統(tǒng)醫(yī)療信息系統(tǒng)難以保證靈活且安全的高度信息共享性的劣勢(shì)后，相信醫(yī)療行業(yè)在新型醫(yī)療信息系統(tǒng)的協(xié)助下能夠有著更進(jìn)一步的發(fā)展。面對(duì)這個(gè)難關(guān)，該文選擇了使用區(qū)塊鏈技術(shù)，因其具有的去中心化、可追溯性、安全性和分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等特性以及醫(yī)療系統(tǒng)的特性，針對(duì)醫(yī)療信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)安全存取問(wèn)題，設(shè)計(jì)一個(gè)具體的基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。此系統(tǒng)基于區(qū)塊鏈的去中心化以及信息加密共享機(jī)制可以很好地解決目前醫(yī)療系統(tǒng)中心化存儲(chǔ)存在的問(wèn)題，保障信息隱私安全，而且不論是對(duì)醫(yī)生還是對(duì)患者來(lái)說(shuō)，他們都能夠更加便利地獲取信息、使用信息。

1區(qū)塊鏈技術(shù)概述

區(qū)塊鏈的概念的第一次被引入是在基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的比特幣電子現(xiàn)金系統(tǒng)中[1]。經(jīng)由區(qū)塊鏈的運(yùn)行方式之所以能夠破解多方信任危機(jī)，是因?yàn)榛趨^(qū)塊鏈進(jìn)行的交易將會(huì)被記錄，不可篡改、不可刪除。所以，區(qū)塊鏈最初的應(yīng)用是作為一種達(dá)成多方信任共識(shí)的多人共享交易記錄平臺(tái)，基于它進(jìn)行比特幣交易的節(jié)點(diǎn)能夠中轉(zhuǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，有效地解決了現(xiàn)金被多次重復(fù)用于花費(fèi)的問(wèn)題。隨著該領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，相關(guān)研究者對(duì)其的認(rèn)識(shí)更加深刻，探索出了區(qū)塊鏈能夠應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的廣闊前景，目前在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域以及公共建設(shè)等領(lǐng)域已經(jīng)有著對(duì)區(qū)塊鏈進(jìn)行嘗試性探索應(yīng)用。

該文基于區(qū)塊鏈的運(yùn)作機(jī)制的結(jié)構(gòu)式特征，提出幾種較具備可行性的運(yùn)用思路：區(qū)塊鏈能夠通過(guò)有效不變性以及共識(shí)機(jī)制共同驅(qū)動(dòng)的信任方式來(lái)減少中間人環(huán)節(jié)、利用自動(dòng)化智能合約設(shè)計(jì)促進(jìn)跨鏈的無(wú)接觸式交互的同時(shí)為用戶提供靈活互通性。從這些運(yùn)用思路延伸來(lái)看，區(qū)塊鏈前沿技術(shù)的探索性運(yùn)用無(wú)論是對(duì)于個(gè)人、企業(yè)還是世界都具有劃時(shí)代性的技術(shù)革命潛力。

2 基于區(qū)塊鏈醫(yī)療系統(tǒng)的體系架構(gòu)

2.1區(qū)塊鏈實(shí)際應(yīng)用的基本框架

區(qū)塊鏈最開(kāi)始的應(yīng)用是作為底層技術(shù)，對(duì)比特幣系統(tǒng)進(jìn)行高效管控與二次開(kāi)發(fā)。

該研究基于區(qū)塊鏈基本架構(gòu)設(shè)計(jì)搭建了一個(gè)更加便于修改的具有共識(shí)機(jī)制的安全信息共享平臺(tái)，即智能合約。智能合約在分散式記錄存取、對(duì)稱式加密算法、P2P網(wǎng)絡(luò)和多方信任機(jī)制等多個(gè)核心技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)了在存取相關(guān)數(shù)據(jù)信息的同時(shí)能夠達(dá)成醫(yī)療信息系統(tǒng)內(nèi)部人員無(wú)接觸式交互的便利功能。

以圖1所示的是智能合約的功能層級(jí)架構(gòu)。

2.1.1物理節(jié)點(diǎn)層

這一層最顯著的特點(diǎn)就是以去中心化的方式管理分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其節(jié)點(diǎn)之間兩兩互相連接，而且任意節(jié)點(diǎn)都可以等效地實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的作用[2]，將整個(gè)信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交易進(jìn)行安全共享。

2.1.2平臺(tái)層

分為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層以及共識(shí)層。數(shù)據(jù)層是專門搭建的用于存儲(chǔ)信息系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的空間，在此區(qū)塊內(nèi)存儲(chǔ)了一般交易記錄或者基本醫(yī)療信息等數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層則是用于搭建新節(jié)點(diǎn)以及保障系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接的安全性，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建靈活互通的消息傳播方式以及具備高度安全性的數(shù)據(jù)驗(yàn)證方式。共識(shí)層則是通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)在各節(jié)點(diǎn)間維持?jǐn)?shù)據(jù)信息的一致性，為可建立信任的共識(shí)機(jī)制打下基礎(chǔ)。搭建在上一層的是虛擬機(jī)以及無(wú)接觸式遠(yuǎn)程控制的通信訪問(wèn)協(xié)議，為實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的靈活互通提供了基礎(chǔ)。

2.1.3合約層

合約層是基于區(qū)塊鏈進(jìn)行醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)核心的部分[3]，系統(tǒng)的所有功能和業(yè)務(wù)邏輯都是經(jīng)過(guò)編寫智能合約以及前端的調(diào)用實(shí)現(xiàn)。

2.1.4應(yīng)用層

應(yīng)用層是通過(guò)系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性開(kāi)發(fā)的去中心化應(yīng)用，搭建在以太坊、EOS上的各類區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用即部署在應(yīng)用層。

2.2基于區(qū)塊鏈技術(shù)的醫(yī)療信息系統(tǒng)體系搭建

針對(duì)醫(yī)療信息系統(tǒng)目前的研究現(xiàn)狀、面向?qū)ο蠖丝谝约胺?wù)器間的連結(jié)等方面[4]，該研究在結(jié)合相關(guān)資料后基于區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新地提出了一個(gè)搭建新型醫(yī)療信息系統(tǒng)體系的構(gòu)想，具體體系結(jié)構(gòu)參考見(jiàn)圖2 。

該文提出的此體系結(jié)構(gòu)克服了現(xiàn)有B/S結(jié)構(gòu)的局限性，在結(jié)構(gòu)中新構(gòu)建了一個(gè)新的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)模塊，利用其加密算法和共識(shí)算法來(lái)更加精確靈活地記錄、存儲(chǔ)以及更新數(shù)據(jù)。

用戶在使用此基于區(qū)塊鏈技術(shù)的醫(yī)療信息系統(tǒng)時(shí)，可以自主操作向系統(tǒng)中存入信息，以及查詢自己的相關(guān)信息或者符合需求的醫(yī)生的信息，當(dāng)用戶訪問(wèn)區(qū)塊鏈中存儲(chǔ)的信息時(shí)，系統(tǒng)給出響應(yīng)，用戶就能夠得到自己想要的信息[5]。使用區(qū)塊鏈技術(shù)的一大顯著好處是它的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使得不需要特定的醫(yī)療系統(tǒng)也能夠訪問(wèn)到用戶需要的信息，這將賦予醫(yī)療數(shù)據(jù)極高的共享度。

在這個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，用戶可以直接根據(jù)自身需求將醫(yī)療信息存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈上或訪問(wèn)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)，有效提高醫(yī)療系統(tǒng)的服務(wù)能力及效率。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的去中心化讓使用的信息可以不再限制于某個(gè)特定的醫(yī)療系統(tǒng)存儲(chǔ)和管理的數(shù)據(jù)，這將賦予醫(yī)療數(shù)據(jù)極高的共享度。

將基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療信息系統(tǒng)看作一個(gè)相對(duì)孤立的系統(tǒng)，其核心功能為用戶信息管理和用戶病歷信息管理。醫(yī)療信息系統(tǒng)的具體功能見(jiàn)圖3。

醫(yī)療信息管理系統(tǒng)的用戶群體大致可以劃分為三類：醫(yī)生、患者和研究人員。醫(yī)生和患者通過(guò)在信息系統(tǒng)中注冊(cè)賬戶，完善相關(guān)資料，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式實(shí)時(shí)交互[6]。而研究人員則是一般擁有更高的權(quán)限，在征求過(guò)相關(guān)人員同意后可獲取特殊病例的醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

基于功能分類設(shè)計(jì)的區(qū)塊鏈醫(yī)療信息系統(tǒng)雖然不對(duì)實(shí)體模型有依賴性，但是醫(yī)療系統(tǒng)本身是需要一定的數(shù)據(jù)來(lái)支撐的，因此，仍然需要一個(gè)實(shí)踐的過(guò)程將醫(yī)療信息真正地與醫(yī)療信息系統(tǒng)的概念模型結(jié)合起來(lái)。

3.1智能合約概述及程序設(shè)計(jì)機(jī)制

依據(jù)傳統(tǒng)醫(yī)療系統(tǒng)所具有的還有區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)，將之結(jié)合，構(gòu)想出一個(gè)兼具他們二者優(yōu)勢(shì)特性的智能合約，以此搭建一個(gè)新型的基于區(qū)塊鏈存儲(chǔ)技術(shù)的醫(yī)療信息系統(tǒng)。

該智能合約有著不同于傳統(tǒng)合約的共識(shí)機(jī)制建立起的堅(jiān)固信任，其內(nèi)容模塊主要涵蓋了區(qū)塊鏈醫(yī)療信息系統(tǒng)、病歷、醫(yī)生、患者和研究人員合約這5種[7]。

圖4為醫(yī)療信息系統(tǒng)中智能合約的相互之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖。

3.1.1區(qū)塊鏈醫(yī)療信息系統(tǒng)合約

區(qū)塊鏈醫(yī)療信息系統(tǒng)合約是一個(gè)能夠調(diào)用并管理不同用戶的基本信息數(shù)據(jù)及權(quán)限的規(guī)則類協(xié)議。

3.1.2醫(yī)生合約和患者合約

這兩類合約是負(fù)責(zé)記錄醫(yī)患個(gè)人信息，同時(shí)提供給醫(yī)患溝通的渠道?；颊呖梢越柚@個(gè)合約記錄存儲(chǔ)個(gè)人醫(yī)療信息的同時(shí)，與醫(yī)生進(jìn)行無(wú)接觸式交互，隔空對(duì)醫(yī)生發(fā)起問(wèn)診申請(qǐng)，而醫(yī)生也能夠通過(guò)系統(tǒng)訪問(wèn)患者的相關(guān)歷史病歷數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)其做出回復(fù)。

3.1.3病歷合約

病歷合約是存儲(chǔ)患者病歷信息的媒介，由患者自主進(jìn)行存儲(chǔ)行為，存儲(chǔ)自己需要用到的病歷信息。一般來(lái)說(shuō)，為了保護(hù)患者隱私，只有本人能夠查看。但是在特殊情況下，通過(guò)本人授權(quán)后，負(fù)責(zé)治療的醫(yī)生可查閱病人的病歷。

3.1.4研究人員合約

該合約用于存入對(duì)應(yīng)用戶的基本信息，同時(shí)給予研究人員用戶調(diào)用信息的權(quán)限，使用該系統(tǒng)的研究人員有權(quán)限查閱病人并主動(dòng)設(shè)置公開(kāi)的信息。

智能合約中的方法就是在為使用群體提供記錄和訪問(wèn)存儲(chǔ)信息的平臺(tái)，同時(shí)也賦予了部分用戶調(diào)用信息的權(quán)限[8]，每個(gè)合約類別都對(duì)應(yīng)著一個(gè)功能的分類。所以一個(gè)有效的智能合約設(shè)計(jì)方法應(yīng)該是動(dòng)態(tài)地分析系統(tǒng)的外部行為，并且將其劃分為小的單元，對(duì)應(yīng)用戶設(shè)計(jì)功能。

（1）用例分析法。我們?cè)跇?gòu)建一個(gè)合約時(shí)，通過(guò)分析實(shí)際案例來(lái)尋找思路。比如說(shuō)先在數(shù)據(jù)上傳過(guò)程中我們先對(duì)數(shù)據(jù)上傳的不同形式進(jìn)行分析。

（2）修改數(shù)據(jù)的方法。在區(qū)塊鏈技術(shù)中，一個(gè)顯著的特性就是數(shù)據(jù)不可篡改，而這也是保障醫(yī)療信息系統(tǒng)隱私安全的基礎(chǔ)。要對(duì)區(qū)塊鏈中的信息進(jìn)行修改，就相當(dāng)于用一個(gè)新的版本的數(shù)據(jù)去覆蓋原先版本的值。如果要直接修改其中的數(shù)據(jù)信息，一定要經(jīng)過(guò)交易這一步驟，而且大概率可能耗資巨大。那么，如果我們想要改變數(shù)據(jù)，就只能通過(guò)間接的方式達(dá)成結(jié)果，而不能夠直接進(jìn)行刪除操作。比如說(shuō)想要?jiǎng)h去這一部分的信息，可以選擇用關(guān)閉對(duì)外開(kāi)放的權(quán)限的方式達(dá)成相同的結(jié)果。

（3）注銷合約。區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)無(wú)法刪改，要想刪除數(shù)據(jù)，只能注銷合約，銷毀所有相關(guān)數(shù)據(jù)，或者將想刪去的值修改成0，表示系統(tǒng)中此數(shù)據(jù)為空。

（4）查詢數(shù)據(jù)方法。用戶可以自主在系統(tǒng)中搜索開(kāi)放的數(shù)據(jù)以了解相關(guān)信息。

3.2智能合約的設(shè)計(jì)方法

智能合約是該系統(tǒng)的核心主導(dǎo)部分?？梢哉f(shuō)，該文研究的醫(yī)療信息系統(tǒng)就是部署在區(qū)塊鏈上，由智能合約協(xié)議進(jìn)行全局管理。它可以讓醫(yī)生、患者以及相關(guān)醫(yī)療領(lǐng)域的其他用戶自行基于自身需求考慮如何訪問(wèn)系統(tǒng)，管理醫(yī)療數(shù)據(jù)[9]。

對(duì)智能合約的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，就能夠得到智能合約的一般設(shè)計(jì)方法。

（1）概念模型構(gòu)想。智能合約的概念模型可以在參考原有醫(yī)療信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合問(wèn)題域中的實(shí)體概念模型共同進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）邏輯模型構(gòu)想。基本邏輯應(yīng)該考慮涵蓋各個(gè)合約以及它們互相之間的關(guān)聯(lián)，還有合約中需要用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及映射方法等。

（3）合約的程序設(shè)計(jì)。使用更符合醫(yī)療信息系統(tǒng)生態(tài)的特定的程序語(yǔ)言來(lái)編寫合約。

（4）合約的編譯和部署。將寫好的合約代碼編譯成機(jī)械語(yǔ)言并安裝到區(qū)塊鏈層中。

該文設(shè)計(jì)的智能合約主要將功能劃分為面向用戶以及其醫(yī)療數(shù)據(jù)兩個(gè)部分。兩個(gè)部分分別以自己的功能主體對(duì)象為中心，即分別為用戶和病歷信息。

4結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)傳統(tǒng)醫(yī)療信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)難以安全有效地共享的問(wèn)題，設(shè)想一種基于區(qū)塊鏈的新型醫(yī)療信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加區(qū)塊鏈模塊，結(jié)合二者優(yōu)勢(shì)，有效保障了醫(yī)療數(shù)據(jù)信息的安全性和共享度。同時(shí)構(gòu)想出了此類醫(yī)療信息系統(tǒng)的基本概念結(jié)構(gòu)模型，并利用智能合約技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單原型系統(tǒng)。

該文提出的建設(shè)性的意見(jiàn)及對(duì)策，在一定程度上為基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療信息系統(tǒng)建設(shè)提供了一些比較現(xiàn)實(shí)的技術(shù)思路和借鑒。后期相關(guān)研究必須要關(guān)注的問(wèn)題還有建立合適的區(qū)塊鏈類型、實(shí)現(xiàn)通用的醫(yī)療數(shù)據(jù)析取模塊、提高區(qū)塊鏈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢索效率和存儲(chǔ)效率，以及基于區(qū)塊鏈醫(yī)療系統(tǒng)的前端設(shè)計(jì)技術(shù)，這些都需要在技術(shù)的不斷前進(jìn)中進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，體現(xiàn)動(dòng)態(tài)性，提高的針對(duì)性與實(shí)效性。

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