基于区块链技术的电子处方研究与设计

陈明阳，蔡映雪，陈伽

（1.广东工业大学自动化学院，广州510006；2.惠州学院，惠州516007）

0 引言

健康是人类永恒的追求，也是社会进步的重要标志[1]，随着国民经济水平的不断提高，民众对医疗健康的要求也越来越高，传统简单的医疗服务已经不能满足民众的需求[2]。计算机、移动终端技术和网络通信技术等的迅速发展，推动着“互联网+”时代的来临并对医疗健康服务产生深刻影响，社会上出现了“互联网+医疗健康”新的消费生活方式，即以互联网为载体和技术手段的健康教育、医疗信息查询、电子健康档案、疾病风险评估、在线疾病咨询、电子处方、远程会诊、及远程治疗和康复等多种形式的健康医疗服务，“互联网+医疗健康”的出现为解决医疗资源供需失衡、医疗服务效率低下、病人问诊流程繁琐等提供全新思路[3]，而电子处方在这过程扮演着十分重要的角色。

2008 年，由一位化名中本聪的人在《比特币：一种点对点的电子现金系统》文章中提出了去中心、工作量证明和非对称加密等技术的数字货币比特币[4]。随着数字加密货币比特币（bitcoin）深入人心，其背后的技术——区块链技术引起大家的关注。区块链技术所具有分布式去中心、透明化、不可篡改、易于审计等优势，天然适用于数据安全共享和隐私保护。

党和国家对人民医疗健康事业高度重视，习总书记多次强调，没有全民的健康就没有全面小康，国家正在积极进行医疗体制的深化改革，制定和出台了《国务院办公室关于促进“互联网+医疗健康”发展意见》[4]、《关于印发互联网诊疗管理办法（试行）等3 个文件的通知》[5]和《“健康中国2030”规划纲要》[6]系列文件，旨在为规范互联网医疗诊疗行为，促进“互联网+医疗健康”发展，使其合法化。因此，在医疗服务不断升级以应对新的挑战和区块链技术发展的背景下，提出研究出一种基于区块链技术电子处方使其能在互联网中的医生、药企和病人安全、可靠、完整共享的研究具有十分重要的现实意义，将有望解决诸如“以药养医”、“看病难、看病贵”等社会疟疾，促进医疗服务升级，同时，电子处方在安全共享过程还表现出增加病人在诊疗过程的主动权和知情权，减少医患矛盾和药物的监督和回馈等方面具有突出的作用，为医疗信息化发展提供动力。

1 电子处方需求

处方作为联系医生、病人、药房的医疗文书，贯穿问诊、配药、核药、发药、计费等流程[7]，如图1 所示。

随着计算机技术和网络通信技术的发展，处方从手写纸质处方到数字化的电子处方的发展。电子处方到目前还没有官方定义，是指依托网络传输，采用信息技术编程，在诊疗活动中填写药物治疗信息，开具处方，并通过网络传输至药房，经药学专业技术人员审核、调配、核对、计费，并作为药房发药和医疗用药的医疗电子文书，是数字化的处方。在实际的使用电子处方在医生、药企和病人共享过程，存在以下几个需求。

图1 开具处方过程

1.1 电子处方流通

小部分医疗机构在诊疗全程采用无纸化形式在医生、药剂师、药房流转，到了最后环节才打印出来签上签名赋予法律效力，最后交给病人，而大部分医疗机构则是在医院信息系统（Hospital Information System，HIS）电子处方模块生成，然后打印出来，在每次流转中签名使得该电子处方具有法律效力，因此目前的电子处方的法律地位需要依附纸质处方和电子处方受限某家医疗机构所有，很难在医院之外在互联网上和病人、药企等进行流通，这会限制对互联网医疗健康发展。

1.2 电子处方储存

电子处方不同于供电、供水等公共事业服务的电子文书，是关乎人民生命健康的，特别在医患产生纠纷时强而有力的证明材料，因此如何保证电子处方在医院、病人和药企共享过程中保证其存储的真实性和有效性至关重要，传统的电子处方都是将电子处方储存在医院内部局域网，从而保证电子处方不会被篡改和破坏以达到满足电子处方存储需求，但是这样子势必导致看病人电子处方存储的碎片化以及受限于中心化系统，单点故障容易造成电子处方的丢失，不利于互联网医疗健康的发展。

1.3 电子处方隐私保护

电子处方不仅记录着医生给病人的医疗用药记录信息，还记载着病人诸如身高、体重等敏感的隐私信息。在医生、药企和病人共享过程中，如何保证病人的隐私信息不被泄露是电子处方设计又一大需求，在传统的电子处方中，病人无法主动掌握自己的电子处方，因此隐私保护得不到妥善解决，常常会给病人造成不必要的麻烦。

2 区块链技术

在完成了电子处方的需求分析的基础上，介绍区块链技术重要几个概念和原理，最后设计一种整合区块链技术优势，满足需求的电子处方。

2.1 区块链的区块与链

区块是区块链的基本组成部分，它记录了被创建期间区块链中所有的交易记录，并且会在区块头中记录上一个区块的地址，通过这种方式形成一种单向的链式结构，即为区块链。区块的结构如表1 所示。

表1 区块结构表

每个区块都包括区块头、区块大小、魔法数字、交易数量和交易5 个字段，其中交易字段记录了具体的交易信息列表，魔法数字是一个固定值，区块头字段是对该区块内所有交易内容的抽象，也是构建区块链的关键。区块头的结构如表2 所示。

表2 区块头字段

区块头部中的hashPrevBlock 字段是构成区块链的关键，它始终指向上一个的区块，使得所有的区块能够连接起来，形成单向的链式结构，最终指向创世区块。除了创世区块之外，其他区块的hashPrevBlock 字段都不能为空，否则该区块就不能通过其他节点的验证。区块链的链式结构如图2 所示。

图2 区块链的链式结构

2.2 区块链的共识机制

区块链拥有众多分散的节点，节点往往分布在世界各地，且相互之间的通信存在着不同的延迟，因此需要采用一种算法来保证这些分散的节点之间区块和链数据的一致性，这种算法被称为共识机制[8]。不同的区块链项目中，根据其不同的需求选择了不同的共识机制，这些共识机制在安全性、效率、资源损耗等方面各不相同[9]。当前主流的几种共识机制，包括工作量证明、权益证明和委托权益证明机制。

2.3 区块链的智能合约

智能合约是“执行合约条款的计算机化交易协议”，最早是跨领域法律学者尼克·萨博（Nick Szabo）1995 年提出[10]，但是受限于当时的技术，没有可信化的执行环境，而区块链技术出现天然成为智能合约执行环境并且赋予智能合约新的生命力，成为区块链技术的核心构成元素。区块链因为智能合约的加入使得区块链从原有金融交易拓展到社会方方面面，甚至撼动现有的生产生活状态。基于区块链技术的智能合约是根据场景需要的，编写程序化规则和逻辑，部署在区块链上的共享程序代码，具有区块链数据的一般特征，解决目前无需信任环境下安全可靠的交互。

3 基于区块链技术的电子处方

通过前面的需求分析和区块链技术的学习，本文设计和实现了基于区块链技术的电子处方，其系统结构图如图3 所示。

该电子处方由医院、药企充当联盟链节点，负责区块生成和链式结构数据维护，而由政府机关扮演授权认证中心的角色，负责审核药企和医院的准入和合法性验证。其电子处方流通过程如图4 所示。

图3 基于区块链技术电子处方结构图

图4 药企、医生和病人流通过程

系统主要功能具体实现如下：

图5 病人签名处方界面

4 结语

医疗健康发展在我国的新时代面临前所未有的机遇和挑战，解决好人民的医疗健康有利于更快更好实现中国伟大复兴的中国梦且造福子孙后代。本文分析了电子处方在病人、医生和药企共享过程面临的需求和区块链的技术的基础上，使用软件工程设计的方法设计一种符合要求的电子处方，充分发挥区块链技术的优势，相信不久的将来区块链技术与其他实体有机的整合，加快传统产业的升级换代，为经济社会发展注入新的动力。