區塊鏈與醫院科研管理平臺耦合性探究
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醫學科技創新發展是改善民生福祉的重要環節，也是人類文明賴以延續的重要基礎。近年來新興科學技術的普及和應用，如5G、物聯網、人工智能等極大地推動了醫學科技的進步，但醫學科研管理工具則較長時間地止步于信息化初級階段，與現有科技生產力不相匹配。作為科研管理工具的依托載體，科研管理平臺的建設是否可以充分利用新興技術完成升級，對促進醫學科技的創新發展有著重要意義。區塊鏈技術作為近年來的新興技術，憑借其獨有的信任建立機制，正在改變諸多行業的應用場景和運行規則，是未來構建新型信息體系不可或缺的技術之一?？倳浽鴱娬{區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用，要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，加大投入力度，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。從區塊鏈技術中索求當前科研管理痛點的解決方案，既是積極響應國家的號召，也是順應生產力發展的時代要求。
（一）現有狀況
我國醫院信息系統的開發和實施源于20世紀80年代初，經歷了近30年的建設，醫院信息化已經逐步由最初的單機操作、局部網絡化逐漸發展至全員醫療信息網絡化的階段。傳統意義上的醫院科研管理信息化往往存在項目實驗結果數據零散、數據質量不高和信息化數據利用率低等問題，醫院科研交流的載體主要是管理文件和科研文檔，管理手段以統計為主，大部分工作局限于以Word或Excel文檔進行科研數據信息的管理，導致科研管理工作創新不足、成果水平低、低水平重復研究。在對科研管理平臺的現代化實踐上，國內諸多醫院做出了許多杰出、有益的探索。以中國醫學科學院阜外醫院為例，其在2011年上線了科研信息共享平臺，包含科研信息公告、縱向課題庫、橫向課題庫、匹配經費庫、庫、獲獎成果庫、專利庫等21組模塊，實現了科研信息及各類數據庫功能，為科研管理工作提供了便利。
（二）平臺的組成機制
在“硬件”構成上，醫院科研管理平臺的主體是人，載體是信息化設備，核心是科研數據流。從使用主體來講，科研管理平臺的使用者一端是科研人員，另一端是科研管理人員，科研人員是平臺的數據生產者，平臺上的資料，無論是通過實驗獲得的數據或審批流程發起等均通過科研人員的工作產生；另一方面，他們所產生的數據傳輸至管理人員，由管理人員根據需求進行匯總統計上報等管理工作。從信息載體上講，傳統的計算機、服務器與因特網已經構成一個基本的數據交互的網絡環境，隨著需求的變化和技術的進步，媒介有所更新，例如網絡傳輸由4G升級至5G，終端由計算機擴展至智能手機等移動設備，但本質仍未脫離該框架。圖1給出了科研管理平臺的基本框架。在“軟件”組成上，醫院科研管理平臺主要包含以下兩類：一是以經費管理、課題管理為代表的流程審批賬簿；二是存儲論文、實驗數據等的數據庫功能。
（三）現階段平臺建設面臨的挑戰
現階段科研管理平臺建設最大局限性是醫院內部信息化平臺的碎片化。國內多數科研管理平臺是單獨的系統，與醫院管理信息（HIS）、財務管理、線上辦公等系統缺乏聯動，造成信息流中斷，需要手工將其他平臺數據錄入到科研管理平臺，易出錯或遺漏，給科研管理工作帶來不便。此外，在科研管理平臺內部亦有功能性模塊碎片化的問題，如數據庫與審核流程未統一，不能形成全鏈條管理，不能滿足現代化的科研管理需求。其次是系統架構落后。傳統的框架往往以單位內部的服務器為中心，管理權限集中于某些管理員，此類中心化架構不能排除服務器被攻擊或者管理員惡意損壞或操作失誤使平臺數據遭受篡改，嚴重的會使科研成果遭受巨大破壞，浪費科研經費和科研人員的心血。尤其是在“百年未有之大變局”的時代背景下，大國之間的博弈愈加激烈，醫學科研數據的安全性更要站在總體國家安全觀中去衡量。
二、區塊鏈
（一）區塊鏈的定義及類型
區塊鏈作為一種按照時間順序將數據區塊以鏈條的方式組合而成的特定數據結構，以此驗證和存儲數據，并以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的去中心化共享總賬。換言之，區塊鏈是記錄信息和數據的分布式數字賬本，該賬本存儲于對等網絡的多個參與者之間，參與者可以使用加密簽名將新的交易添加到現有交易鏈中，形成安全、連續、不變的鏈式數據結構。區塊鏈技術根據實際應用場景和需求具有公共鏈(publicblockchain)、聯盟鏈(consortiumblockchain)和私有鏈(privateblockchain)三種類型。公共鏈是完全去中心化的區塊鏈，無官方組織及管理機構，無中心服務器，參與的節點按照系統規則自由接入網絡、不受控制，節點間基于共識機制開展工作。聯盟鏈是部分去中心化的區塊鏈，由若干機構聯合發起，接入公有鏈和私有鏈之間，取舍兩者權利和義務的分配，并對分布式賬本的訪問做一定的控制，適用于多個實體構成的組織或聯盟。私有鏈則是完全中心化的區塊鏈，其寫入權限由中心機構控制，讀取權限可視需求有選擇性地對外開放，適用于特定機構的內部數據管理與審計等。
（二）區塊鏈的技術架構
2018年中國通信院的《區塊鏈白皮書（2018）》給出了一種通用型的區塊鏈系統技術架構，將區塊鏈系統劃分為基礎設施、基礎組件、賬本、共識、智能合約、接口、應用、操作運維和系統管理九部分，各層級的主要功能如表1所示，其技術架構邏輯關系如圖2。
（三）區塊鏈的主要特征
基于區塊鏈先進的設計理念與技術架構，其主要特征有：一是分布式。區塊鏈系統內沒有中心化的硬件設備和管理機構，各節點之間的權利和義務近乎均等，每個節點都能獲得完整的數據拷貝，系統由多個節點共同維護；二是多節點共識?；趨^塊鏈系統分布式的特點，各個節點之間無需相互信任，通過共識機制對入鏈數據進行驗證，數據內容和系統運作規則公開透明，節點之間通過技術手段自動實現信息關系；三是公開透明。通過共識機制，賬本和商業規則可以被所有人審閱，并可利用時間戳機制對用戶行為進行追溯，保證了系統的公開透明；四是不可篡改。區塊鏈上的區塊只能新增、不能被替換，交易可以通過新增區塊的方式予以修改，但是區塊記錄將永久保留。
三、區塊鏈與醫院科研管理耦合性分析
耦合性是指兩個（或兩個以上）系統或運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現象，常用來說明兩類現象之間的關聯程度：關聯程度越小，獨立性越強，耦合性越低；反之，關聯程度越大，獨立性越弱，耦合性就越高。能否通過引入區塊鏈技術應對醫學科研管理工作所面臨的挑戰，或者說引入區塊鏈技術能夠多大程度上緩解醫學科研管理平臺與科研管理需求之間的矛盾，是分析區塊鏈與醫學科研管理耦合性的意義所在。
（一）區塊鏈技術與醫療機構之間的耦合性
1.分布式結構與區域醫療中心。區域醫療中心是以國家醫學中心為依托，充分發揮國家臨床醫學研究中心作用，在京、滬等醫療資源富集地區遴選若干優質醫療機構，通過建設分中心、分支機構，促進醫師多點執業等多種方式，在患者流出多、醫療資源相對薄弱地區建設區域醫療中心，充分運用“互聯網+醫療健康”、人工智能、大數據等先進技術，更好滿足群眾醫療服務需求。此外，還有各地的區域醫療聯合體等機構本質上也產生并存儲醫學科學研究所需要的數據。區塊鏈的分布式結構本質上就是一種可以在多個網絡節點、多個物理地址或者多個組織構成的網絡中進行數據分享、同步或復制的去中心化數據存儲技術，因此，各區域醫療中心/醫聯體本身即可看作為區塊鏈上的節點，自然地為由各地醫療機構組成的聯盟鏈提供了基礎設施。2．醫療機構多節點共識機制。共識機制作為區塊鏈技術的基礎和核心，從根本上決定了整個區塊鏈系統的安全性、可用性和系統性能等。目前，主流的共識機制主要有工作量證明（Proofofwork,PoW）、權益證明（Proofofstake,PoS）和委托權益證明（Delegatedproofofstake,DPoS）。其中PoW共識的核心思想是通過引入分布式節點的算力競爭來保證數據一致性和共識的安全性；PoS共識是采用權益證明來代替PoW中的基于哈希算力的工作量證明，是由系統中具有最高權益而非最高算力的節點獲得區塊記賬權；DPoS共識機制的思路類似于“董事會決策”，即系統中每個股東節點可以將其持有的股份權益作為選票授予一個代表，獲得票數最多且愿意成為代表的前101個節點將進入“董事會”，按照既定的時間表輪流對交易進行打包結算并且簽署（即生產）一個新區塊。薛騰飛等人（2017）結合我國目前執行的《醫療標準機構基本標準》和《醫院分級管理辦法》改良了DPoS的初始化方法，以現階段的醫療機構評級和信息中心配置規模作為排序依據，設計了一個基于區塊鏈的醫療數據分享模型（MDSM），其共識機制以排在前101位的信息中心被指定為醫療機構聯盟服務器群，排在第101為之后的20位被指定為審計聯盟服務器群，輪流校驗每個被簽署的區塊是否真實有效，并引入了信用積分作為評分依據，為該鏈上“董事會”的更替、新增及退出提供了完整機制，保障了所有鏈上區塊功能的完整性與一致性。由此可見，區塊鏈建設所必須的共識機制也同樣具備條件。
（二）醫學科研管理需求與區塊鏈功能之間的耦合性
1．醫學科研數據可追溯性與鏈式結構。科研數據的可靠性和準確性直接影響到科研成果的產生，保障科研數據準確無誤是科研管理平臺的基本要求，也是科學研究的“生命線”。醫學科研數據不僅來自于臨床研究，也來自于基礎實驗等，不僅參與者眾、數據獲取周期長，且數據量大，復雜維度高，保障科研數據的一致與可靠并非一件易事。區塊鏈是一個鏈表的數據結構，每個區塊相互連接，存儲了一系列的有序事物，是一個特殊的數據庫。與普通數據庫最主要的區別是采用了帶有時間戳的鏈式區塊結構存儲數據給數據增加了時間維度，具有極強的可驗證性和可追溯性，既保證了科研數據的準確性，也為科研數據提供了追溯的途徑。2.醫學科研經費使用與區塊鏈賬簿屬性。科研經費使用是否合法與合規、科研經費管理監督是否科學和規范，直接影響著科研質量、科研水平和科研人員的積極性。目前科研經費使用中廣泛存在的問題除了浪費和低效外，主要是科研人員違法或違規使用科研經費。區塊鏈本身的公開透明且無法篡改的屬性使得區塊鏈自身即可作為去中心化賬簿。例如，將實驗設備、科研試劑、耗材等供應商納入以醫療機構中的科研管理、采購、財務、課題組、審計、紀檢等有關部門組成的聯盟鏈中，每筆經費支出均被記錄在區塊鏈上，公開透明且無法篡改，保障了科研經費使用的合規性與效率。曲廣強等人曾對基于區塊鏈的實驗教學經費可信任回溯機制進行研究，探索了區塊鏈技術減少實驗經費腐敗的可能性，結果表明區塊鏈技術可以消除傳統的購買、開發票報銷流程，使得經費管理更加科學有效。最重要的，區塊鏈中的共識機制為跨部門協作溝通提供了共識基礎，在對接財務等較為敏感的信息時，既保障了數據的安全可靠，同時也節省了審批時間，為科研人員提供全流程一體化的管理方案，讓科研人員心無旁騖去搞研究。圖3為借助于區塊鏈技術搭建的現代化科研管理平臺框架，相較傳統架構，新的平臺通過區塊鏈技術對數據流進行的改造，使其更加安全高效。
四、主要研究結論
本文剖析了現階段醫院科研管理平臺的組成機制與面臨的挑戰，并向以區塊鏈技術為代表的新興科技索求解決之道。通過分析區塊鏈的技術架構與主要特征和科研管理平臺之間在運行機制和功能需求上的耦合性，為醫院科研管理平臺引入區塊鏈提供理論基礎。區塊鏈技術的引進不僅能夠切實保障科研數據的安全性，并且有助于在不同機構間建立共識機制，有效降低溝通成本。更巧妙地將不同機構科研管理平臺的重復性建設轉化為區塊鏈節點，節省建設費用的同時，既維持了科研管理平臺開發的高水平與一致性，又整合了全國的醫學研究數據資源，更好地發揮我國社會主義集中力量辦大事的優勢，是提升醫學科研管理工作水平的有力工具。
作者:魏良 王曉云 賀璦 魏娜 張雪燕 曹也丁 陳敬洲 單位:國家心血管病中心中國醫學科學院阜外醫院