[论文解读] BlockIoT: Blockchain-based Health Data Integration using IoT Devices

Manan Shukla, Jianjing Lin+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2021

Blockchain Technology Applications and Security被引用 13

一句话总结

BlockIoT 提出了一种基于区块链、通过 API 驱动的系统，可将实时物联网健康设备数据安全、去中心化地集成到电子健康记录（EHR）中，解决了互操作性和数据碎片化挑战。该系统通过向医生提供及时、可操作且经患者同意的数据流，增强了临床决策能力，经医生调查验证，显示在多个专科中均提升了护理效率和决策质量。

ABSTRACT

The development and adoption of Electronic Health Records (EHR) and health monitoring Internet of Things (IoT) Devices have enabled digitization of patient records and has also substantially transformed the healthcare delivery system in aspects such as remote patient monitoring, healthcare decision making, and medical research. However, data tends to be fragmented among health infrastructures and prevents interoperability of medical data at the point of care. In order to address this gap, we introduce BlockIoT that uses blockchain technology to transfer previously inaccessible and centralized data from medical devices to EHR systems, which provides greater insight to providers who can, in turn, provide better outcomes for patients. This notion of interoperability of medical device data is possible through an Application Programming Interface (API), which serves as a versatile endpoint for all incoming medical device data, a distributed file system that ensures data resilience, and knowledge templates that analyze, identify, and represent medical device data to providers. Our participatory design survey on BlockIoT demonstrates that BlockIoT is a suitable system to supplement physicians' clinical practice and increases efficiency in most healthcare specialties, including cardiology, pulmonology, endocrinology, and primary care.

研究动机与目标

• 解决医疗系统中医疗设备数据分散且互不兼容的严峻挑战。
• 克服因医疗设备中专有协议和集中式数据存储导致的 EHR 集成障碍。
• 在不修改设备固件的情况下，实现实时、安全且经患者同意的生理数据从物联网设备到 EHR 系统的传输。
• 通过向医生提供持续、可操作且整合的患者数据流，改善临床决策。
• 支持可扩展的去中心化健康数据交换，以增强人工智能/机器学习训练，减少健康差异，并实现及时的临床干预。

提出的方法

• 采用基于区块链的架构，确保健康数据交换中的数据完整性、不可篡改性以及去中心化的信任机制。
• 使用通用应用程序编程接口（API）作为中间件层，标准化来自多样化物联网医疗设备的数据摄入。
• 集成分布式文件系统，确保网络中各节点间的数据弹性和可用性。
• 应用知识模板对原始设备数据进行语义分析、归一化和表示，转化为具有临床意义的洞察。
• 支持患者同意管理机制，以控制数据共享的持续时间和范围，确保符合隐私合规要求。
• 支持与人工智能/机器学习系统集成，基于持续数据流实现自动警报、患者提醒和预测分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不修改现有设备固件或协议的前提下，实现物联网健康设备与 EHR 系统之间的互操作性？
• RQ2 基于区块链的系统在多大程度上能提升医疗数据交换中数据的安全性、完整性与可信度，惠及各医疗利益相关方？
• RQ3 医疗保健提供者如何评价实时、集成的物联网设备数据在日常临床实践中的可用性与临床价值？
• RQ4 去中心化的健康数据集成在哪些方面能够增强临床决策、减少诊断延迟并改善患者结局？
• RQ5 在真实临床环境中部署此类系统时，面临的主要可用性与实施挑战是什么？

主要发现

• 超过一半的受访医生在临床实践中无法访问医疗设备数据，通常依赖患者手动提供数据，或仅能通过有限的供应商专用方式访问。
• 医生表示 BlockIoT 可显著提升门诊就诊效率，增强医患互动，并支持更明智的临床决策。
• 该系统在心脏病学、肺病学、内分泌学和初级 care（初级保健）领域被认为尤为有益，因为持续监测数据可指导及时干预。
• 参与者对将 BlockIoT 与人工智能/机器学习系统集成以实现自动警报和患者提醒表现出强烈兴趣，这可能提升药物依从性并减少不必要的急诊就诊。
• 主要担忧集中在用户界面设计和数据可访问性方面，表明需进一步优化可用性，并针对专科特定需求进行定制化改进。
• 由于系统具备客观、可审计的数据追踪，其在减少诊断延迟、支持报销认定以及降低医疗过失风险方面的潜力已获认可。