[論文レビュー] FHIRChain: Applying Blockchain to Securely and Scalably Share Clinical Data

Peng Zhang, Jules White+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 28被引用数 47

ひとこと要約

FHIRChain は、ONC の相互運用性要件を満たすブロックチェーンベースのアーキテクチャを提案し、FHIRベースの臨床データを安全かつスケーラブルに共有することを可能にする。デジタル健康IDを用いた遠隔がんケアの分散型アプリ DApp によって実証されている。

ABSTRACT

Secure and scalable data sharing is essential for collaborative clinical decision making. Conventional clinical data efforts are often siloed, however, which creates barriers to efficient information exchange and impedes effective treatment decision made for patients. This paper provides four contributions to the study of applying blockchain technology to clinical data sharing in the context of technical requirements defined in the "Shared Nationwide Interoperability Roadmap" from the Office of the National Coordinator for Health Information Technology (ONC). First, we analyze the ONC requirements and their implications for blockchain-based systems. Second, we present FHIRChain, which is a blockchain-based architecture designed to meet ONC requirements by encapsulating the HL7 Fast Healthcare Interoperability Resources (FHIR) standard for shared clinical data. Third, we demonstrate a FHIRChain-based decentralized app using digital health identities to authenticate participants in a case study of collaborative decision making for remote cancer care. Fourth, we highlight key lessons learned from our case study.

研究の動機と目的

• ONC の技術要件を特定し、相互運用可能な健康ITシステムとそれらのブロックチェーンへの影響を分析する。
• 共有データ交換のために HL7 FHIR データ要素を包摂するブロックチェーンベースのアーキテクチャ（FHIRChain）を設計する。
• 認証とアクセス制御のためにデジタルヘルスアイデンティティを使用した FHIRChain ベースの分散型アプリ（DApp）を実証する。
• 遠隔がんケアのケーススタディから得られた教訓を強調し、将来の拡張の可能性について議論する。

提案手法

• ONC Shared Nationwide Interoperability Roadmap 要件を分析し、ブロックチェーンベースのシステムに対するアーキテクチャ上の影響を導出する。
• セキュリティ・プライバシー・スケーラビリティのバランスを取るため、オフチェーンデータ参照とオンチェーントークンを用いるFHIRChainアーキテクチャを提案する。
• 参加者認証と認可管理のためにデジタルヘルスアイデンティティ（公開鍵暗号）を使用するDAppを実装する。
• FHIR API 標準に対して参照ポインタを検証することでFHIRデータ形式を強制する。
• システム適応性を維持し情報ロックインを減らすため、MVC風のモジュラー設計を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ONC の相互運用性要件は、ブロックチェーンベースの臨床データ共有アーキテクチャによってどのように満たすことができるか？
• RQ2 機微な患者情報をオンチェーンで露出させることなく、FHIRベースのデータを安全かつスケーラブルに共有するためのどのようなアーキテクチャ上の決定が有効か？
• RQ3 トークンベースの権限モデルとデジタルヘルスアイデンティティは、共同意思決定のためのDAppにおける検証可能なアクセス制御を支援できるか？
• RQ4 ブロックチェーン対応アーキテクチャ内でFHIR標準を適用することは、共有データの読みやすさと相互運用性を向上させるか？
• RQ5 遠隔がんケアのシナリオで FHIRChain ベースの DApp を展開することでどのような教訓が得られ、将来の研究の方向性は何か？

主な発見

• アイデンティティ、データ、権限を分離しつつ機微情報をオフチェーンに保持することで、ブロックチェーンベースのアーキテクチャは ONC 要件を満たすことができる。
• 署名→暗号化トークンを用いたトークンベースの権限モデルは、臨床医に対する安全で取り消し可能なアクセス制御を可能にする。
• 共有層でFHIRデータ形式を適用することは、臨床医のための相互運用性とデータの読みやすさを向上させる。
• 公開鍵暗号によるデジタルヘルスアイデンティティの使用は、特定可能でありつつプライバシー保護を行う参加者認証を可能にする。
• DApp プロトタイプは遠隔がんケアにおける実用的な協働を示し、モジュラー設計の利点と将来の拡張可能性を強調する。