35、区块链与人工智能：革新医疗解决方案

区块链与人工智能：革新医疗解决方案

1. 区块链与人工智能在医疗领域的应用

随着技术的进步，区块链和人工智能在医疗服务中的应用案例不断增加，为解决当前医疗服务框架无法满足消费者所有需求的问题提供了方案。

1.1 区块链在医疗护理中的应用

• 临床记录访问 ：区块链技术允许将所有重要的患者数据存储在一个数据集中，医生和患者都能有效利用这些数据。
• 跟踪医疗资质 ：通过区块链技术，可以查看医疗人员的资质并确认其过去的工作经验，使招聘过程更加合理。
• 安全支付 ：区块链技术与加密货币密切相关，使用加密货币可以更好地跟踪支付情况，降低黑客攻击的风险。
• 新药试验 ：区块链有助于存储大量用于研究目的的数据集，方便医生和患者快速获取。

1.2 人工智能在医疗服务中的应用

• 人工智能专家 ：作为专业医生的助手开展工作。
• 人工智能牙医 ：一些基于人工智能的机器人牙医能够自动工作，在牙齿植入等手术方面表现优于人类牙医。
• 维护医疗记录和处方 ：主要目标是识别不遵守规则的患者，人工智能算法可以轻松跟踪这些患者并提醒他们及时服药。

1.3 区块链与人工智能应用的缺点

• 成本 ：在医疗服务框架中为区块链和人工智能确定一个合适的成本是具有挑战性的。
• 认证 ：目前没有特定的系统来识别信息的所有者。
• 脆弱性 ：由于缺乏认知，医疗行业中新兴的区块链公司较少，这给区块链在医疗领域的未来带来了不确定性。
• 规则和法规 ：医疗服务框架中没有针对区块链的特定标准和指南，并且如何应用保护指南也不明确。

2. 区块链技术的特点与优势

区块链技术通过整合分布式记录、非对称加密和哈希算法，实现了去中心化、永久性、安全性和可检测性。它消除了中间人，将信任从机构转移到硬编码，被视为打破信息垄断的转折点，重新将信息控制权交还给个人所有者。智能合约为以太坊带来了现代先进技术的形象和力量，许多应用可供公众使用。

2.1 区块链在医疗领域的大规模应用

在医疗领域，集中式结构造成了数据存储的孤岛和严格的数据需求，安全问题阻碍了数据共享。而区块链在确认数据所有权和扩展空间或时间维度方面的优势，为其在医疗行业的应用带来了光明的未来。例如，Gatekeeper Time与爱沙尼亚政府合作推出了一个基于区块链的基础设施，以患者驱动的方式验证患者身份并保护全国范围内的个人健康记录。

2.2 临床试验中的区块链应用

当涉及更多的临床试验参与者和节点，且远离主要机构时，人为错误（无论是意外还是故意）更有可能发生。Wong提出了一个基于区块链的临床试验系统，要求监管机构审查链上的每次更新，包括多个参与方。药物供应链管理、临床专家资格认证和执照发放以及医疗保险索赔组织都因区块链的永久性和可识别性而受益。患者有权控制和参与其数据在数字健康环境中产生的收益。

2.3 区块链的Gartner炒作周期

根据Gartner炒作周期，区块链目前处于“膨胀预期的顶峰”和“失望的谷底”阶段。在医疗服务领域，安全和隐私是两个重大挑战。在公开链上，透明度和保密性之间的平衡可能会被混淆，而其他应用可能依赖于使用联盟链或私有链的定制解决方案。对于希望从链上删除其数据的患者来说，永久性可能是一把双刃剑。此外，将所有临床数据存储在区块链上会使其膨胀，因为它不改变数据的存储方式，而是改变数据的访问和共享方式，因此在许多应用中，数据通常存储在链外，而链上保留加密位置指针。在区块链广泛应用于医疗之前，需要对其价值进行更广泛的评估。

2.4 技术的演变

随着技术的进步，区块链不仅可以用于分散信息，还可以分散模型和处理能力，降低将数据置于链上的风险。AI Record Organization for Medication Disclosure项目计划利用其专门的基于区块链的药物应用，在不修改数据存储或损害数据所有权的情况下，使用不同的数据集训练人工智能模型。量子计算也可能引发底层加密的重大变化，使未来的加密技术难以理解。

3. 区块链在临床数据共享中的未来

在先进的医疗服务时代，利用分散在医疗服务机构中的临床信息进行内外数据分析至关重要。然而，医疗服务供应商的网络基础设施限制了信息的交换。

3.1 临床研究质量的提升

传统生物医学研究领域存在一些问题，如科学不当行为，从人为疏忽导致的错误到欺诈行为，小错误都可能影响临床研究的质量。区块链的特性可以保护临床记录中数据的违规和时间顺序历史，确保临床试验中的每个事件都按正确的时间顺序被跟踪。通过使用加密原则进行验证，可以保持临床试验数据的完整性，防止数据伪造或编造。区块链有助于保持数据不受操纵，并维护数据的保密性。

3.2 社区驱动医疗中的数据共享

区块链是一个无需信任的系统，信任内置在系统中。因此，临床研究人员可以利用社区管理让人们参与研究协议。在爱沙尼亚，研究人员成功实施了一个基于区块链的存储系统，数百万患者可以通过“无密钥签名基础设施”系统存储和访问他们的医疗健康记录。对于研究人员来说，区块链可以用于共享匿名的原始数据，并实现安全的云共享，使研究人员能够分析数据集并在多个用户（包括研究人员、出版商和患者）之间共享信息。

3.3 区块链上关键信息的共享

在试验开始之前，可以将所需的同意书、研究领域和研究结果存储在区块链的数据结构中。由于区块链是去中心化的，信息不能被删除，只有当大多数用户投票支持某个事件时，该事件才会被添加到链上。

3.4 基于云的方法

自云计算出现以来，在分布式环境中安全地共享信息一直是一个热门且困难的问题。由于用户和云服务提供商通常处于不同的管理或安全区域，基于云的信息共享的复杂性取决于用户对云服务提供商的信任程度。在基于云的临床信息管理方面，挑战变得更加复杂。允许用户管理密钥可以提高信息安全性，但这对用户来说是一种成本，并且会限制大量研究机构之间信息共享的灵活性。而向云服务提供商索取密钥控制权可能会增加信息泄露的风险，因为云管理员可以更改密钥甚至解读信息。

4. 区块链技术的解决方案

4.1 区块链的互操作性

区块链可以实现集中式分布式认证管理机制，避免互操作性问题。Gordon等人提出了两种方法：一是通过建立API连接到系统来实现互操作性；二是利用患者身份，即如果两个系统要交换患者数据，首先需要解决患者身份的问题。

4.2 维护成本

区块链的分布式性质、开源创新和其他特性可以从根本上降低资产成本。基于区块链的应用需要大量的计算，计算成本取决于交易的数量和规模。然而，在企业层面确定区块链的运营成本是困难的，因此需要进行目标分析和制定通用规则来预测基于区块链技术的全面扩展框架的成本。

4.3 建立基于物联网的医疗保健

物联网在医疗保健领域有巨大的应用潜力，它可以通过各种传感器提供实时的医疗数据。但目前数据存储在集中式数据库中，存在数据丢失和安全威胁的问题。将物联网系统与区块链技术相结合，可以实现系统的去中心化，并使用区块链中的共识算法验证医疗信息。

4.4 区块链在电子医疗保健中的有用特性

• 信息存储去中心化 ：在现状下，所有存储的信息由单一实体控制，所有者可以转移或操纵数据。而去中心化后，每个用户可以直接通过互联网安全地保存他们的合同或医疗文件，无需中间人。
• 透明度 ：区块链上的每个交易都需要网络中的每个用户进行验证，因此所有的交易记录都是公开可见的。
• 不可变性 ：区块链是不可变的，无论用户的权力有多大，都无法更改交易。如果出现错误，可以发起一个新的交易来纠正错误，并且两个交易都会在记录中可见。

4.5 基于物联网区块链的电子医疗保健

传统物联网网络通常采用服务器 - 客户端模型，设备通过云服务器连接。这种模型在网络规模扩大时成本增加，且容易出现单点故障，同时也容易受到信息攻击。区块链可以通过建立点对点网络来纠正这些缺点，立即降低安装和维护成本。由于网络中的每个设备都可以通信，减少了单点故障的问题。区块链结合加密技术可以解决信息安全问题。

4.6 区块链在电子医疗保健中的具体应用

• 安全医疗记录访问 ：借助智能合约，经患者授权后，电子健康记录可以在多个组织之间共享。健康记录的信息可以通过物联网设备（如可穿戴设备或传感器）收集，区块链层可以永久公开存储患者的授权、患者的公钥以及试图访问患者数据的组织信息。
• 评估索赔和账单 ：在电子医疗保健中，欺诈性索赔和账单给行业带来了巨大损失。通过区块链，整个过程可以由去中心化系统自动化，所有参与方在提出索赔时可以共享交易和合同副本，使整个过程更加有效且无欺诈。
• 药品供应链管理 ：假冒药品会对个人健康造成严重影响，甚至导致死亡，同时也会给制药公司带来巨大损失。药品从生产到供应给患者的过程包括运输、处理、存储和销售等阶段，由于该系统高度依赖人工干预，存在人为错误或故意恶意活动的可能性。借助区块链，药品从生产到销售的记录可以被录入区块链，由于其永久性、去中心化和不可变性，药品供应过程将更加透明。

5. 区块链与医疗保健整合的挑战与解决方案

5.1 医疗数据隐私问题

每个人的在线身份都携带与自己或其组织直接相关的信息或属性。数字身份虽然有助于在互联网上验证个人身份，但也可能导致个人的所有信息和在线活动被某些实体可见。这种揭示性或敏感信息被称为个人可识别信息（PII），如登录信息、居住地址和全名等属于PII，而种族、性别、身高和体重等属于潜在PII。两种信息的组合可以准确识别一个人。有几种方法可以对这种大型医疗数据进行匿名化处理：
- 数据聚合 ：将数据聚合，使任何人都无法检测到信息的来源，从而无法挖掘有用的信息或模式。
- 去除或审查数据字段 ：去除或审查某些数据字段，使猜测缺失值变得困难。
- 故意添加虚假信息 ：向数据中故意添加虚假或无关信息。
- 近似数值 ：以一种使机器学习技术无法进行预测的方式近似所有数值。

一些国家正在通过有关信息隐私的政策或法规。

5.2 区块链在安全临床大数据中的应用

• 信任 ：区块链是一个无需信任的系统，信任内置在协议中，因此患者无需依赖数据处理者，也不用担心数据泄露和隐私问题。
• 数据挖掘 ：通过去中心化和共识机制，确保了医疗数据的隐私性。任何感兴趣的利益相关者，如研究人员、科学家、政治家和医生，都可以作为矿工加入网络并研究信息，这有助于提高研究质量。

以下是区块链在医疗保健中应用的流程图：

graph LR
    A[医疗保健数据] --> B[区块链技术]
    B --> C[临床研究质量提升]
    B --> D[社区驱动医疗数据共享]
    B --> E[关键信息共享]
    B --> F[基于云的方法]
    B --> G[电子医疗保健应用]
    G --> G1[安全医疗记录访问]
    G --> G2[评估索赔和账单]
    G --> G3[药品供应链管理]
    B --> H[挑战与解决方案]
    H --> H1[医疗数据隐私问题]
    H --> H2[区块链在安全临床大数据中的应用]

以下是区块链在医疗保健中应用的优缺点对比表格：
| 优点 | 缺点 |
| ---- | ---- |
| 提升临床研究质量 | 成本难以确定 |
| 实现社区驱动医疗数据共享 | 缺乏认证系统 |
| 安全共享关键信息 | 行业认知不足 |
| 解决电子医疗保健中的多种问题 | 规则和法规不明确 |
| 确保医疗数据隐私和安全 | |

6. 区块链在医疗保健中的具体操作流程

6.1 电子健康记录共享流程

1. 患者授权 ：患者通过智能合约授予相关组织访问其电子健康记录的权限。
2. 数据收集 ：利用物联网设备（如可穿戴设备、传感器等）收集患者的健康数据。
3. 数据存储 ：将患者的授权信息、公钥以及请求访问的组织信息永久且公开地存储在区块链层。
4. 数据访问 ：获得授权的组织可以在区块链上访问患者的电子健康记录。

6.2 药品供应链管理流程

1. 药品生产记录录入 ：在药品生产阶段，将药品的相关信息（如成分、生产时间、生产批次等）录入区块链。
2. 运输与存储记录 ：在药品运输和存储过程中，实时记录运输条件（如温度、湿度等）和存储位置等信息到区块链。
3. 销售记录 ：药品销售时，记录销售信息（如销售时间、销售地点、购买者等）到区块链。
4. 信息追溯 ：通过区块链可以追溯药品从生产到销售的全过程，确保药品的真实性和质量。

6.3 临床试验流程

1. 前期准备 ：将所需的同意书、研究领域和研究结果等存储在区块链的数据结构中。
2. 数据记录 ：在临床试验过程中，实时记录每个事件的相关信息，确保按正确的时间顺序进行。
3. 监管审查 ：监管机构对链上的每次更新进行审查，包括多个参与方的信息。
4. 结果确认 ：当大多数用户投票支持某个事件时，该事件才会被添加到链上，最终确认临床试验结果。

7. 区块链与人工智能结合的发展趋势

7.1 增强医疗诊断能力

区块链可以确保医疗数据的安全性和完整性，而人工智能可以对这些数据进行分析和挖掘。两者结合可以提高医疗诊断的准确性和效率，例如通过分析大量的病例数据，帮助医生更快速地做出准确的诊断。

7.2 优化医疗资源分配

利用区块链的可追溯性和人工智能的预测能力，可以更好地了解患者的需求和医疗资源的使用情况，从而优化医疗资源的分配，提高医疗服务的质量和效率。

7.3 推动个性化医疗发展

区块链可以存储患者的详细医疗信息，人工智能可以根据这些信息为患者提供个性化的治疗方案。两者结合将有助于推动个性化医疗的发展，满足患者的个性化需求。

8. 总结

区块链和人工智能技术在医疗保健领域具有巨大的应用潜力。它们可以解决医疗数据共享、安全、隐私等方面的问题，提高医疗服务的质量和效率。然而，目前在应用过程中还面临着成本、认证、规则和法规等方面的挑战。未来，随着技术的不断发展和完善，区块链和人工智能有望在医疗保健领域发挥更加重要的作用，为人们的健康带来更多的福祉。

以下是区块链与人工智能在医疗保健中结合应用的流程图：

graph LR
    A[医疗保健数据] --> B[区块链技术]
    A --> C[人工智能技术]
    B & C --> D[增强医疗诊断能力]
    B & C --> E[优化医疗资源分配]
    B & C --> F[推动个性化医疗发展]

以下是区块链与人工智能在医疗保健中应用的发展趋势表格：
| 发展趋势 | 具体描述 |
| ---- | ---- |
| 增强医疗诊断能力 | 结合区块链的数据安全和人工智能的数据分析，提高诊断准确性和效率 |
| 优化医疗资源分配 | 利用区块链的可追溯性和人工智能的预测能力，合理分配医疗资源 |
| 推动个性化医疗发展 | 借助区块链存储的详细信息和人工智能的个性化分析，提供个性化治疗方案 |