区块链在流行病病人护理中的应用动因、困境和对策

摘要介绍区块链技术以及流行病的相关概念，分析区块链技术应用于流行病病人护理中的必要动因和优势动因，并提出现阶段研究与应用中存在的困境和对策，以期为推动区块链在流行病病人护理中的应用提供参考。关键词区块链；流行病；护理；应用动因；困境；对策近年来，随着疾病暴发和大流行，新疾病的出现变得越来越普遍，呈现繁殖快、周期短、高攻击率和爆炸性、新颖性等特点。人类历史上记录了多次重大流行病，包括天花、艾滋病、流感、严重急性呼吸系统综合征（SARS）等[1]。随着流行病在世界各地蔓延，流行病重症病例数和大量相关护理数据增加，护理团队在管理和控制大量病人时面临许多困难，并且无法有效收集和分析大量数据以此获得有意义的见解，帮助临床护理人员满足病人的关键支持护理需求。而随着区块链技术在医疗领域的应用，为这些难题带来了新方案。区块链是一种可以存储、监测、共享、管理这些海量数据，同时保护所有利益相关者隐私的技术。区块链可缩短管理时间，并能够转向病人护理[2]，有利于实现针对不同流行病重症病人的个性化，动态化、智能化的优质护理。1相关概念界定1.1区块链技术的定义区块链是近年来热门的新兴技术，其起源可以追溯到2008年。区块链技术提供了各种功能，允许用户和实体更好地处理流行病相关数据。区块链具有数据持久性的特征。交易一旦提交到链中，将被记录下来，并可由授权人员日后访问[3]。此外，区块链技术的一个核心原则是使个人或组织之间能够分散和安全地共享经验证的信息，且区块链能够以高效、透明的方式管理数据，并保护所有利益相关者隐私[4]。事实上，区块链已经被应用于一些流行病，如埃博拉病毒，进行实时埃博拉接触者追踪、传播模式监测和疫苗接种等[5]。目前，区块链也在护理领域提供了多种可行的解决方案来应对流行病。1.2流行病大流行来自希腊语“pan”和“demo”，通常是指傳染病在整个国家或一个或多个大陆同时广泛流行[6]。流行病是指可以感染众多人口的疾病，它能在人与人、人与动物之间相互传播，且传播途径多样化[5]。历史上记录了许多重大的流行病，包括西班牙流感、香港流感、严重急性呼吸系统综合征、H7N9、伊波拉、寨卡等。目前，国内各类流行病发病率逐年上升，其中新型冠状病毒感染是21世纪以来最为严重的公共卫生事件[5]。这种流行病的严重性如此之大，以至于世界卫生组织被迫在其大规模扩张的1个月内宣布其为疫情。2区块链应用于流行病病人护理实践的动因分析2.1区块链应用于流行病的必要动因2.1.1流行病毒株变异迅速，感染者临床症状复杂多变流行病毒株（如冠状病毒）每隔几年就会出现一种高致病性菌株[7]。猿猴免疫缺陷病毒（SIVs）的一些毒株已经跨越了类人猿和人类的物种障碍，产生了多种新病原体[8]。感染不同流行病毒株导致的临床症状也复杂多样。Jiang等[9]总结了新型冠状病毒、中东呼吸综合征病毒、严重急性呼吸系统综合征冠状病毒等流行病在不同感染时期的临床症状，如感染HPCoVs、H1N1pdm09和H3N2IAV会出现肌痛、而感染HPHTs会出现呼吸困难[9]。新型冠状病毒感染的常见症状包括发烧、疲劳、干咳/鼻塞等症状，危重病人可能迅速进展为急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、感染性休克等。区块链是记录识别这些复杂多样性的有效数字工具。2.1.2流行病感染者个人病史多样，护理措施需个性化研究表明，6.7%的传染性非典型肺炎病人有急性肾功能损害，84.6%的病人有蛋白尿[10]。对于病情严重的病人，鲍曼不动杆菌的高耐药率会导致发生感染性休克的可能性增加。当免疫功能低下的人群，如老年人、糖尿病病人、艾滋病毒感染者感染新型冠状病毒时，及时给予抗生素以预防感染和加强免疫支持治疗可能会减少并发症和死亡率[11]。因此，基于流行病病人的病情状况差异，在开展护理时应该根据病人实际需求，应制定个性化护理措施。如国际糖尿病联盟发布了针对感染新型冠状病毒的糖尿病病人的特别指南，要求护理人员管理病人的食物供应和水摄入（饮食），以确保足够的药物供应，并监测血糖[12]。通过提供量身定制的诊断和确定最合适的循证治疗，以供护理人员和病人查看和遵循，实现个性化护理。区块链的分布式记录特征则有利于实现重症病人的个性化诊断、治疗和护理。2.1.3流行病感染者后期临床护理治疗需要连续性数据支撑流行病病人后期护理治疗需要病情拐点、感染症状、基本传染数（R0）以及各种流行病重症病人诊治经验等不同类型的流行病相关连续性数据[5]。但鉴于人类未能完全了解目前新型突发的流行病病毒，特别是在许多流行病早期，临床护理治疗缺乏相关流行病数据支撑，护士无法提供准确、科学的护理方法。虽然大量流行病病人拥有由临床病史（遗传、生活方式、药物和血液生化）组成的综合数据集[13]，但是传统的医疗保健系统将流行病病人数据分散存储在一个集中的系统中，利益相关者之间不能共享数据，因此，无法通过该系统激励持续的护理。医护不能全面考虑各种参数，为病人提供准确、全面的护理诊断。如对于新型冠状病毒感染重症病人，由于不能活动，护士应采取静脉血栓栓塞预防措施；然而，假设存在高凝血症，或许还应考虑抗凝治疗[14]。2.2区块链应用于流行病病人护理实践的优势动因2.2.1分布式数据储存，促进高效护理区块链技术针对流行病防治过程中的医疗碎片数据，提供了访问纵向、完整、不可篡改的医疗记录的机会，这些记录以安全、伪匿名的方式存储在分布式的数据系统中，提高了流行病等的防治效率：一是实现高效存储[15]。Shah等[4]使用超级账本结构来收集和存储有关新型冠状病毒感染的数据。这将便于通过护理点识别流行病重症病人，且不需要填写多种表格和携带文件来预约医生[16]，最大限度地减少了数据收集重复工作，减少过度测试和实验室工作的需要。二是实现高效决策。区块链记录整合了以前参与护理路径的合作伙伴提供的整体数据，为现在的护士提供了分析流行病重症病人长期完整健康记录[17]，有利于护士作出更高效、精确的护理决策，实现高效护理。如区块链+流行病新型冠状病毒防治系统平台将病毒和医患等完备的医疗信息整理并存[1]；数字化保存感染记录可以作为早期预警系统[18]。护士可以采取一系列护理措施，在对症治疗流行病重症病人的基础上，积极防治并发症，治疗基础疾病，预防继发感染，及时进行器官功能支持。2.2.2实时数据监测，实现动态护理目前，流行病病人的数据逐步呈现动态性的特点，以病人为中心的护理需要密切监测，以应对流行病重症病人的动态护理需求。Abdellatif等[19]设计了基于区块链的自动病人监测方案，能够及时发现、远程监测和快速应急响应关键医疗事件，如新出现的流行病。例如，一般情况下新型冠状病毒感染重症病人多在感染后1周出现急性呼吸窘迫综合征等。通过评估各种临床参数，从而支持临床决策，为流行病重症病人提供适当且动态的护理。Ali等[20]将区块链与医疗物联网相结合，以提供远程流行病重症病人监护，如心脏监护、睡眠呼吸暂停测试和脑电图监护等。智能设备调用智能合同向病人和医疗专业人员发送通知以支持实时流行病重症病人监控和医疗干预[13]，减少服务中断或延迟，并根据病人需求的变化快速调整，从而实现动态护理。Sylim等[21]提出了一种基于BC技术的药物供应链管理系统。病人用药情况也可通过链上进行追踪。护士可以查询药品的动态流程，从而实现临床安全用药，并为选择护理干预措施提供依据[22]，实现用药动态护理。2.2.3有效数据共享，推进优质护理在流行病等疫情防治过程中，各主体需通过交换资源、共享知识、互通有无、相互补足才能在流行病疫情防治中协同有效治理公共事务[1]。有学者提出一种使用IOTA和QR码技术的IOTAtangle平台，每当用户在平台上访问流行病重症病人的信息时，所有类型的数据都将从行政管理到医疗见解进行重新收集，以支持个人与不同实体的交互式操作，从而使医务人员能够专注于最重要的事情，即提供有效、高质量的病人护理[1]。此外，ssHealth系统利用区块链技术可以实现多个国家和国际实体的流行病数据整合共享[23]。在流行病的治疗阶段，不同医疗机构角色可以通过这些平台进行治疗资源、信息资源等数据的共享协作，从而有利于为流行病重症病人提供优质的护理服务。Akkaoui等[24]提出了一个基于混合边缘区块链的健康数据交换框架，医疗机构等可以利用这些数据来研究某些药物对流行病重症病人整体康复和健康的影响，以及治疗过程中可能出现的副作用。基于共享的数据和识别的问题，有利于创建更优化、更准确地针对不同副作用的护理措施。因此，资源和信息将始终可用，以支持个人与不同实体的交互式操作[17]，并推进临床优质护理。2.2.4高效数据管理，強化智能护理目前传统的流行病数据库已经较为成熟，使大量流行病重症病人数据的协调和管理成为必要[25]，区块链技术有效地实现了高效的健康数据管理。有学者将区块链技术与深度学习技术相结合，以管理多个医疗保健实体之间共享电子病历[26]。这有助于构建智能的上下文感知疾病诊断、分析和预测性治疗建议解决方案[27]，从而有利于为流行病重症病人提供智能化护理方案。Alsamhi等[28]提出区块链与机器人结合可以对抗流行病。区块链技术可以分散的方式管理数据指导多机器人协作[29]，以改善任务的公式化、分布式决策、认证、自动化任务和动作验证，实现更有效的医疗保健服务，帮助医疗保健人员治疗住院病人，特别是对于那些处于隔离状态或危重状态的流行病病人。护士机器人可以向区块链更新感染者状态，并向智能合同建议适合当前状态的药物[28]。如果病人因病情危重而无法打开房门，智能物联网设备可以提供帮助[28]。在执行任务时无需人工干预，减少了临床护理人员与流行病重症病人的接触，实现了临床护理服务的智能化。3区块链应用于流行病病人护理实践的困境及对策区块链的出现与应用改变了人们的生产和生活方式，为流行病重症病人的护理实践带来了优势，包括促进病人数据储存、监测、共享、管理等方面，有利于实现更完善的护理。但随之而来，有效数据收集机制欠缺、共享平台及技术支撑薄弱等困境也逐步显现出来。对其进行深入“探究”，并提出制定标准化的数据收集机制、打造可互操作的云系统等针对性策略，旨在为区块链能更好地应用于流行病重症病人提供指导与借鉴作用。3.1区块链应用于流行病病人护理实践的困境3.1.1有效数据收集机制欠缺数字技术是建立在纯科学基础上的标准化产品。目前的医疗设备以检测为主，对流行病重症的护理决策是基于从传感器和其他纳米设备收集的数据做出的，区块链从传感器收集来的数据缺乏验证机制[30]，不能保证区块链收集到的数据有效、可靠。流行病重症病人的数据类型与来源多样，完成完全的收集存在困难，护士等各方的记录数据不能全面收集，同时病人较少参与医疗记录[31]。Yadav等[32]指出，区块链在数据收集过程中缺乏常规医疗数据标准。在收集的流行病重症病人数据中，数据质量良莠不齐，数据录入主体多样，缺乏统一标准规范，给数据标准化带来困难。因此，整合不同的流行病重症病人数据类型至关重要。3.1.2共享平台及技术支撑薄弱目前，大量临床流行病重症病人的护理数据未得到有效处理，分散于不同的数据库中，未能有效录入区块链中，形成信息孤岛，导致医疗资源不能共享，不能有效发挥一线实践数据对护理科学发展的推动效用[31]。并且许多医院没有在全球范围内共享不同病历的通用系统下工作[33]，缺乏共享数据的平台，尤其是缺乏关于模板和标准的系统共识。并且由于协议多样，将典型的集中式国家卫生系统迁移到区块链兼容系统非常具有挑战性[18]。另一个关键问题是运行共识进程所导致的大量能耗和高网络延迟。数据系统庞大，久而久之，块大小增大，效率变低，可扩展性差，无法满足一些数据共享要求，从而导致互操作性不强[34]。3.1.3数据分析和挖掘不足由于早期流行病重症病人的数据数量较少，有时与允许进行统计显著性分析的属性数量相比数据集不够大[35]，导致数据分析和挖掘困难，从而影响临床护士作出科学、合理的护理服务。流行病后期的重症病人数据是丰富的，用户容易出现选择偏差[35]，难以提取必要信息。在这2种情况下，大数据分析的敏锐度及其结果会受到影响。同时，由于数据质量的恶化，恶意攻击注入错误的数据或敌对的样本输入，难以保证数据的安全性和完整性，从而使人工智能学习无效[36]。实时数据挑战了当前的基础设施，需要开发考虑离线和在线数据的新算法[37]。探索系统中的数据分析仪器不足，不断增长的图像数据对现代图像分析和挖掘带来了重大挑战。3.1.4安全隐私保障机制不健全区块链技术具有增强安全性和隐私的能力，但也存在安全性和隐私漏洞以及薄弱的访问控制机制[38]。使用网络交换医疗信息，可能会导致临床数据泄露的风险[39]。从流行病重症病人、临床实验室和医院收集的数据可以被数据威胁修改，引起隐私泄露问题。Tu等[40]指出，基于流行病的更新协议在不可信的P2P环境中运行时，可能暴露于安全威胁，阻碍数据传输和更新。区块链的所有成员节点都可以访问数据并添加另一个数据，而无需任何外部源监视[4]。但经常由于缺失数据、从一个实体传递到另一个实体时的数据丢失或者由于数据窥探而使数据不可信而被破坏[4]，因此，在提供透明度和维护病人隐私之间的访问机制有待加强。3.2区块链应用于流行病病人护理实践的对策3.2.1制定标准化的数据收集机制卫生机构之间的数据收集、积累、访问和信息交流是全球应对流行病的一个重要机会。一是规范标准。国际严重急性呼吸系统疾病和新发感染联盟等平台（ISARIC）和急性护理试验者国际论坛（InFACT）使大型研究网络能够共享共同目标，并在全球范围内标准化数据[41]。Shah等[4]组织和构建了标准化国际护理实务分类系统危重新型冠状病毒感染病人术语子集，与新型冠状病毒感染相关的重症护理环境中的护士诊所相关，代表世界范围内的护理实践，促进了护理数据的有效收集，通过应用专业语言术语来加强安全和整体护理。二是提供综合日志。Azaria等[42]提出MedRec用于合并所有碎片化的数据，记录在网络中，并为病人提供其病史的综合日志。三是融入数据验证机制。SEMRES框架将区块链体系结构和数据验证方法结合起来，区块链中的数据并非以原始形式保存而是经由哈希算法将任意长度的数据转换为固定长度的二进制数据信息载入区块[43]，验证机制可以检测块中的数据是否有效，并将有效信息添加到主区块链中。此验证机制可以减轻护士数据收集验证负担，保证了收集到的流行病重症病人相关数据的有效性。3.2.2打造可互操作的云系统在当前流行病和大流行病发生期间和之后分享数据被认为对有效应对的流行病，减少后代痛苦十分重要：一是打造云系统。Cernian等[44]介绍了PatientDataChain，可以将流行病重症病人的信息输入到统一的个人健康记录（PHR）系统中。二是创建共享平台。XMEDChain是第一個依赖区块链和大数据等技术开发的全球医疗区块链平台，可以在不侵犯流行病重症病人隐私的情况下在全球范围内共享数据[45]。HashLog是由Acoer推出的一个平台，其可视化处理器能够与HederaHashgraph的区块链进行实时通信，以确保实时访问、流行病传播数据的可视化以及跟踪感染动态[7]。三是优化子程序。Agrawal等[46]提出可以考虑具有优化的块验证低延迟挖掘机制来减轻延迟在块处理中实现快速数据共享服务，这是流行病数据高效分析所必需的，优化验证操作时间来缩短处理时间，同时充分发挥护理人员的主动性，从而实现良好的护理效果。3.2.3加强大数据精细化管理，构建个性化护理方案传染性流行病的爆发在未来是不可避免的[47]。为了更好地精细化管理大数据，构建个性化护理方案，可以从以下几方面入手：一是开发数据分析工具。如Supriya等[48]开发了一个采用数据挖掘和人工智能用于分析病人数据的系统，可以评估不同数据集并发现异常。采用先进的分析工具可以深入了解流行病重症病人的数据，从而为他们提供更科学、合理的个性化护理服务。二是保证采集的数据质量。统计人员可以发挥重要作用，重点关注设计问题，阐明监测和其他系统应收集哪些数据，以减少不确定性，而不是集中分析现有数据[49]。三是融合新算法。Abdellatif等[19]基于区块链提出BCO算法，其可以根据获取的数据特征有效地调整不同的信道配置，使得流行病重症病人的紧急数据以最低的延迟和计算成本发送。Hasan等[50]开发了利用不同算法的智能合同，可以更新有关流行病重症病人的相关数据，从而有利于研究更适合病人类型的药物以及监测病人相关风险和健康状况，并构建个性化护理方案。3.2.4加强“医?护?患”主体信息协同在全球发生流行病情况下，可以通过基于区块链构建的流行病病人大数据平台上共享信息，凭借着区块链的去中心化和智能合约特征，促进流行病病人，尤其是重症病人的数据高效共享，以此加强“医?护?患”主体沟通协调，并由此提供更加人性化的护理服务。Alsalamah等[12]提出基于区块链的eHomeCaregiving，以帮助医生、护士、病人和缺乏经验的护理人员轻松地与更有经验的护理人员交流护理经验，以此来为患有基础疾病的流行病病人提供更加人性化的护理。此外，区块链技术还可以实现流行病数据的差异化授权管理。有学者提出，HyperledgerFabric的区块链应用系统可向不同的人员提供不同级别的访问权限[51]。并且智能合同允许交易与区块链分类账连接，医生护士等可以在文档上添加反馈，并且反馈交易记录在区块链分类账中，