如何利用区块链技术优化我国传染病监测预警体系？

回顾2020年的不平凡之年，从2019年12月不明原因肺炎的出现，到2020年1月新冠状病毒的确认和爆发，再到3月国内疫情基本控制，再到年底全国各地疫情零星回升，可以说，未来很长一段时间，我国将处于疫情防控的新常态、新形势。在全球范围内，新冠状病毒肺炎的控制尚未见报道。

新冠状病毒肺炎在2020年1月29日不是一个流行的想法。当我在互联网上发表文章《用区块链完善全国传染病监测预警网络》时，我从未想到新的肺炎疫情会对国内和全球环境产生如此深远的影响。后来，我（黄睿）与四川大学、西华大学的教授一起，致力于区块链技术在我国传染病监测预警系统中的应用研究，并成功获得了《管理学杂志》上发表的“国家自然科学基金资助项目”，第17卷第12期成功发表论文《基于区块链技术的中国传染病监测预警系统优化研究》。接下来，我将全文转载并与读者分享。

新冠状病毒肺炎可能在2021年底远离我们，并期待2021年。1背景：2020年初爆发的新冠状病毒肺炎暴露了中国传染病预警的问题。我国新的疫情虽已得到控制，但传染病监测预警体系中存在的问题，我们是否要反思？如何提高监测预警系统的有效性？

2020年5月6日，**中央政治局常委会召开会议，明确提出要改革疾病预防控制体制，增强疫情监测预警能力，完善重大疫情和公共卫生应急管理体系。在分析我国传染病监测预警系统现状及存在问题的基础上，提出了利用区块链技术对现有系统进行改进的思路。目前，我国疾病预防控制信息系统是一套强有力的中心化协作模式。在这种模式下，信息管理的责任和风险非常大。一旦监测预警系统出现任何信息障碍，都将影响到国家传染病预警和防控工作。因此，在传染病监测预警系统的规划和建设中，需要找到一种管理责任和风险较小、信息时效性相对较高的架构模式

1区块链技术的应用有利于实现这一目标。本研究拟在现有国内外研究的基础上，探索如何利用区块链技术构建我国四级防疫链网络和信息共享平台，优化设计国家传染病自动预警信息系统、网络直报系统、网络直报系统等，医院传染病报告系统、基层实时预警系统和基于大数据的分布式联动响应机制，为完善我国传染病监测预警系统提供一定的理论参考。

2我国传染病报告监测预警体系的现状与问题。2008年4月，我国开始运行国家传染病自动预警系统，建立了自动预警和应对机制，实现了法定传染病监测数据自动分析、时空聚集实时识别等功能，预警信号传输和响应结果实时跟踪

[2、3]我们还建设了网络直报系统，实现了以医疗卫生机构为依托的法定传染病实时在线直报，统一规范收集电子病历、电子病历等数据，试点运行了区、市、省四级，国家）人口健康信息数据交换平台[4]，并开通医院信息管理系统（his）和网络直报系统，病历自动弹出或手动打开填写页面，传染病报告单半自动提交[5]。

但在此次疫情爆发的初期，我国传染病监测预警系统暴露出以下问题：（1）现有系统难以对新发传染病进行预警。我国传染病监测预警体系主要针对法定传染病的分级监测预警，但对不明原因的新发传染病缺乏统一、系统、透明、规范的应对方案。尽管传染病报告单上有“其他”选项，但医生、医院和疾控中心每次报告都要承担报告准确性的巨大责任压力，报告疑似病例需要极大的勇气。② 新发传染病需报临床科室批准。在中国，新发传染病的会诊和确认通常有三级人工审批流程：医院、区、市或省[4,6]。

这不仅需要较长的时间，而且要求审计师具有较高的职业判断能力和勇于承担责任的勇气。因此，三级人工审批可能造成新发传染病预警的延误或受阻。③ 预警数据来源单一，信息孤立。我国传染病自动预警系统主要依靠传染病报告数据作为预警数据源。但从大数据监测预警的角度看，传染病报告只是一种临床诊断结果数据，还需要结合临床症状、实验室病原体数据、互联网流行关键词、社会和自然疫病数据等多种数据[7]。只有综合利用，大数据才行。然而，这些多重数据广泛分布在各种社会资源中，利用强大的中心化式数据采集机制很难实现多重数据的采集和汇总[8]。④ 医疗机构和疾病控制中心缺乏信息共享和联合预警机制。我国现有的传染病监测预警体系，不能真正形成各级、各部门、各事业单位、基层一线人员和高层决策者之间的信息共享机制，疫区之间也不能有效地联合预警和处置，难以有效实施利用现有资源，在中央当局干预疫情早期阶段之前，及时控制疫情蔓延。

综上所述，我国现行传染病监测预警系统在新疫情爆发初期存在的核心问题是：基于大数据的自动预警系统数据来源单一，信息孤立，传染病数据网络直报不自动化，不同人员、不同机构之间不能真正形成横向信息共享。要解决这个问题，我们需要在原有的大数据预警和网络直报之外引入区块链技术，整合现有去中心化的疾控资源（医院、疾控中心、药店、卫生院、实验室等），打破原有的信息壁垒[9]，形成基层实时联动防控与顶层统筹防控相结合的传染病双层监测响应模式。

3国内外相关研究。目前，区块链技术在医疗防疫监测中的应用在世界范围内正处于积极探索期，主要中心化在医疗数据安全存储、医疗流程优化、供应链溯源和传染病监测四个应用方面[10~14]：

① 利用区块链技术在隐私保护和数据安全方面的优势，主要用于医疗数据的安全存储，包括电子病历和电子健康档案。

② 利用区块链分布式账本在可信协作方面的优势，将其应用于医生、科学家、实验室人员和公共卫生部门的流程优化和协作。

③ 利用区块链技术在防篡改和可追溯性方面的优势，将其应用于医疗供应链和药品可追溯性。

④ 利用区块链技术在多节点数据自动实时同步方面的优势，将其应用于传染病监测预警。全球健康与安全议程（ghsa）倡导应用区块链技术改造整个健康与安全体系，使之更加完善和有效。特别是提出了一种基于区块链技术的公共安全监控模式，避免传染病大规模爆发，具有实时响应能力[15]。然而，ghsa的方案还处于理论框架讨论阶段，对于业务流程融合和技术架构选择还没有具体的研究和实现。另一种尝试是利用区块链技术监测刚果民主共和国的埃博拉病毒[16]。我国利用智能RFID标签将疑似和确诊埃博拉病毒感染的监测数据采集到seris和智能物联网中，并通过区块链将电话公司、埃博拉病毒监测部门、埃博拉疫苗供应机构和运输机构连接起来，形成全国疫情监测系统网络。这为我国重大传染病疫情监测建设提供了很好的借鉴。

目前国内对区块链技术在医学和传染病监测预警领域的应用研究较少。在有限的文献中，我们可以看到系统介绍的两种区块链应用模

① 薛腾飞等[17]提出了基于区块链的医疗数据共享模。通过集群服务器和分布式病案共享的方案，可以达到医疗机构的共识。

② 李祖瑞等[18]提出了联盟传染病数据区块链系统。该模式整合共享大数据资源，利用智能合约实现传染病预警机制，为我国急性传染病监测预警模式建设提供传染病数据共享平台。这些有限的区块链医疗应用研究主要中心化在医疗数据信息共享方面，而缺乏对传染病早期数据采集、区域预警、政府与社会资源整合等方面的系统研究。4构建全国四级防疫连锁网络

4.1基本设计思路本研究在国内外已有研究的基础上，提出利用区块链技术整合区域、市、省、国家四级传染病监测预警网络，构建四级防疫连锁网络的思路。将国家疾控中心、网上直报系统、国家传染病自动预警系统、国家三级公共卫生数据交换平台和基层医疗机构（医院）整合在四级防疫链中，实现数据加密共享，国家和地区两级自动预警机制。从信息管理的角度来看，区块链是一种共享数据库。它所存储的数据或信息具有不可伪造性、全过程跟踪性、可追溯性、透明性和集体维护性等特点。基于这些特点，BBLAST技术奠定了坚实的“信任”基础，形成了可靠的“合作”机制[19 ]。从社会治理的角度来看，区块链是一种安全的分布式计算网络，建立了一种可信的合作关系和一个去中心化的合作框架。与传统的中心化式合作机制不同，传统的中心化式合作模式有明确的协调人，负责多方协调，合作单元是一个过程；基于区块链的去中心化合作模式没有明确的协调人，并依靠分布式协商一致协议实现合作单元的多方协调和密码控制。在《公共卫生和疾病控制信息化“十二五”规划》中，我国提出了公共卫生信息化建设和发展的方向，充分利用现有的网络基础设施和环境，结合区域卫生信息平台建设，提高了全国公共卫生信息化水平卫生数据中心，逐步建立省市数据中心，进一步加强公共卫生网络和数据中心建设。目的是建立国家、省、市三级的***和地区级信息平台，形成统一业务逻辑驱动的疾病预防控制综合信息平台。但根据上述公共卫生数据交换平台的设计思想，并没有采用具有抗干扰能力的分布式共识协议协调机制来实现各级平台间的数据共享和交换，而是采用传统的中心化式协调机制，而原有的传染病网络直报流程改为逐级平台上报。这样的制度设计会增加传染病报告的不确定性和风险，逐级报告可能会因各级审批而推迟。本文从理论上探讨了区块链的防篡改技术，并对20个节点之间的数据自动传输进行了优化和防篡改等方面的研究预警系统，整合去中心化的疾病防控资源，嵌入监测哨点应用，实现疾病防控的多样化数据（医疗、社会、自我监测），传染病（如自然病、互联网、病原体等）的自动采集，提供真实可靠的数据支持传染病大数据预警；利用区块链智能合约建立区域间联动预警处置机制，疫情早期相关基础疫情数据在相邻区域共享，形成基层实时联动防控和顶层统筹防控措施应对模式相结合的双层传染病监测体系。4.2四级防疫链体系结构设计本研究设计借鉴区块链技术的碎片化机制，建立基于区、市、省、国四级**区块链[21]的自动数据同步网络，并依托四级防疫链中的各级疾控中心建立突发传染病数据采集和实时预警的自主能力，这并不完全依赖国家传染病预警体系。利用现有公共卫生数据交换平台作为各级数据交换节点，形成实时自动数据交换机制。区间传染病报告数据在市级防疫链同步，市间传染病报告数据在省级防疫链同步等，向全国防疫链同步。四级防疫链如同四个轮子，实现了各省区市内部防疫预警工作的自动化，并通过全国防疫链不断更新和补充外省共享数据，形成具有一定区域自主防疫能力的四级防疫网络（见图1）。图1传染病四级防疫链本研究提出的传染病四级防疫链本质上是区块链技术的联盟链应用。四级防疫链由四级防疫单链和跨链数据交换节点组成。每个防疫单链是一个区域联盟链，跨链数据交换节点是一个公证机制，是全网的可信节点，如疾控中心、公共卫生数据交换平台等，根据各省的实际情况，并可建立三级或四级防疫链，最终可建立三级或四级防疫链。四级防疫链通过交叉链路数据交换节点进行数据交换。除了交换各级传染病报告数据外，还可以通过健康数据节点共享个人健康档案和跨地区电子病历。通过防疫单链的数据自动加密共享技术和数据交换节点，实现数据共享和交换，实现医院、卫生机构和疾控中心之间的数据安全共享，通过智能合约实现区域传染病的自主预警。基于区块链技术的四级防疫链包括以下具体内容：
（1）建立目前病人、医生、医院、设备等的全网分布式数字身份，基于区块链技术安全的个人电子健康档案和电子病历的隐私保护是目前国际上的一个热点话题，因为患者的医疗信息一直缺乏同行和同行之间的信息共享和个人隐私保护。例如，在“健康信息交换项目”中，将患者受保护的医疗信息接入区块链认证，降低认证成本，提高所有参与者的信息安全。本研究以区块链分布式数字证书为基础，构建非对称密钥加密[22]和CA认证系统，采用椭圆曲线加密算法作为基本签名算法，几乎不需要证书颁发成本，可以实现大规模数字证书颁发和身份验证，可以应用对大量的医疗物联网设备和个人电子病历、电子病历数据进行隐私保护和传染病报告数据的网络安全传输。详见图2。从图2可以看出，患者、医生、医疗机构、设备、药店等社会疾病控制参与者可以跨平台管理自己的数字身份，多语言系统或设备通过医疗数字身份管理软件开发包（SDK）提供四级防疫链。公共卫生数据将在非对称加密算法的保护下安全传输。采用数字身份管理系统是实现传染病分布式监测预警的前提。只有充分保障个人隐私和疫情信息安全，才能打破预警数据来源单一、信息孤立的问题，调动社会资源，实现传染病监测哨点的主动数据采集。图2分布式数字认证与管理（2）国家公共卫生数据交换平台的集成目前，国家3/4级公共卫生数据交换平台正在全国推广建设，中国疾病预防控制中心于今年年初于2013年启动，以宁波市鄞州区为试点，通过区域卫生信息平台，实现医院信息系统与三级公共卫生数据交换平台的互联互通，从而实现医疗机构传染病报告信息与网络直报系统的自动交换[6]。而公共卫生数据交换平台也采用传统的中心化式协调机制，实现数据的逐级共享