传染病预警系统如何应用好区块链技术

浙江财经大学中国金融研究院

从2019年12月30日首次发布疫情相关公告算起，新型冠状病毒感染的肺炎病例数在短短30天内，确诊人数超过了2003年非典确诊病例数。据31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告，现有确诊病例53284例（其中重症病例11477例），累计治愈出院病例20659例，累计死亡病例2345例，累计报告确诊病例76288例，现有疑似病例5365例。

传染病预警不及时、疫情发现时间晚、相应预防措施不到位加剧了这次疫情的严重性。中央政府在中央全面深化改革委员会上明确指出要改革完善疾病预防控制体系，坚决贯彻预防为主的卫生与健康工作方针，坚持常备不懈，将预防关口前移，避免小病酿成大疫。要鼓励运用大数据、人工智能、云计算等数字技术，在疫情监测分析、病毒溯源、防控救治、资源调配等方面更好发挥支撑作用。我们认为在数字经济背景下，利用好区块链技术可以很好地完善当前传染病预警系统的局限性，从而打通医疗机构间数据孤岛，实现医疗信息数据共享；优化传染病预警数据源，提升疫情预警系统总体效果；推进上报系统平面化管理，提升疫情信息传达效率。

一、传染病预警系统现状与存在的局限性

目前的传染病自动预警机制主要由国家传染病监测中心数据库与自动预警系统两部分构成。国家传染病监测中心数据库是由2004年启用的基于互联网的国家疾病监测信息报告管理系统。覆盖了全国各级各类医疗卫生机构，用于传染病病例个案信息收集、病例报告的数据电子化和存储。自动预警系统采用数学算法，持续地对全国法定报告传染病监测数据进行自动分析计算，并借助现代通讯手段将探测到的疾病异常增加或聚集信号，通过手机短信及时地发送给所在县（区）疾病预防控制中心的疫情监测人员。该系统已于2008年4月在全国范围内正式投入运行。

目前我国预警系统基本实现全国范围内39种传染病数据的汇聚和监测，随着科技的发展和技术条件的成熟，国家还相继建设了国家传染病报告信息管理系统一级其核心子系统国家传染病网络直报系统，基本实现了基于医疗卫生机构的法定传染病病例的实时、在线、直接报告。虽然当前的预警系统正在不断的完善，但站在数字技术的角度，重新审视和仔细研究当前的预警系统，可以发现存在以下问题：

1．信息孤岛和跨区域管理问题。通过传染病报告上报过程的流程我们可以发现各医院的医院信息管理系统（HIS）和直报系统一定程度上可以降低填写传染病报告卡的难度，提高上传效率，加快数据的传达。但同时各个医院、疫控中心是相互分割的，之间无法相互传达信息和分享病情，形成了信息孤岛。信息孤岛的形成带来了不同医院、机构，不同地区、省市之间的跨区域管理问题，相同症状的数据对比、病情信息、特殊疫情的研究都无法实现横向共享。

2．数据存在缺失、结构单一等问题。传染病由临床医生发现后半自动或人工填写传染病报告卡，通过省级和国家级卫生数据交换平台送往国家传染病网络直报系统中。对于疑似、相似但并未确认的其他病例以及传染病风险性症状数据的采集，例如：发烧、胸片描述、咳嗽、生化指标等，国家传染病预警系统无法第一时间进行分析，这使得分析的数据存在较大的单一性。同时国家传染病遵循逐级上报机制，缺乏透明度，数据的真实性无法得到保证。再者各医院通过HIS系统上传的数据存在较大的人为因素，传染病报告卡的填写受到外界以及各处的压力，对于数据的确认和上传有较大影响。

3．审核与上报时间间隔较长。目前，传染病报告卡在临床医生提报完成后到上报到国家传染病网络直报系统还需要院级、县（区）级、市级等各级疾控中心的人工审核。多机构和人员的核实审批是一种相对保险和稳妥的办法，虽然有利于保证数据的完整性和准确性，但多次人工审核在一定程度上增加了上报时间的间隔，延误了发出预警的最佳时机。

4．预警系统因为自身预警方法、设定阈值以及判断诊断方式的问题，还存在部分问题。首先预警方法和阈值没有区分化。考虑到不同疾病的潜伏期、传染期、传播力、传代时间及其公共卫生意义等差异，不同疾病的预警方法和阈值需要一定的差异性。目前的预警机制的方法还不够多样且阈值设置的针对性还需进一步加强。并且不同病种间的预警信号数量与最终发现的暴发数差别较大，对于一些上报数据较多却较少暴发的疾病，预警系统的效果还有待提高。

其次，预警模型诊断发现疾病方式单一。目前的自动预警机制的运行主要是基于法定报告传染病监测数据，但这仅仅是疾病暴发早期探测手段的一种。在实际工作中，除了传染病报告卡之外，还包括医疗卫生人员报告、教师或校医报告疾病预防控制人员疫情监测、家庭或媒体举报等其他手段，当前我国的传染病预警系统的模型还只是基于传染病报告卡的结果规则判断模型，发现方式还过于单一。

综上所述，目前的传染病自动预警系统由于存在上述各类不足之处，所以在本次疫情爆发时，无法发挥及时、有效的作用。因此建议引入区块链技术作为补充手段来改进当前传染病自动预警机制，完善重大疫情防控救治体系，健全重大疫情应急响应机制。

二、区块链技术优化疫情预警系统

与传统的存在信息孤岛、结构单一、审核时间长等问题的疫情预警系统相比，可以借助区块链技术来升级疫情预警系统。区块链本质上是去中心化的分布式账本数据库，具有去中心化、不可篡改和伪造、可溯源、集体维护等特点。基于这些特征，区块链可以帮助医院、疾控中心等机构快速安全地认证权限，实现自由的数据访问和共享，形成以政府相关部门为主导，多中心协同参与的联享联防新模式。因此，区块链是目前改革完善疾病预防控制体系，将预防关口前移，避免小病酿成大疫的关键技术。

（一）打通医疗机构间数据孤岛，实现医疗信息数据共享

医疗机构之间构建联盟链，促进医疗信息、疫情信息等数据共享，实现横向间深度交流。针对当前医疗机构间缺乏相似症状病患之间的数据对比，低估传染病的破坏影响力问题，利用区块链技术，通过联盟链结合跨链的方式建立可共享、可维护的完整且标准化的医疗信息数据库。根据部分医疗信息的极具隐私，不便公开特性，因此该部分数据的访问带有严格的权限限制。运用区块链中带有一定准入机制和访问条件限制的联盟链，在同一地区内医疗机构之间构建联盟链，共同管理、维护并共享信息，实现数据多向联通。运用区块链中的跨链技术，打通不同的联盟链，实现跨链数据交互，优势互补，从而促进医疗信息数据跨界流动，提高数据的共享程度。

各个医疗机构、疾控中心等有效协同，推动医疗信息数据价值互联延展，提高应对疫情效率和效能。运用区块链中的共识机制，确保共享信息的真实有效，不可篡改，夯实信任基础，维持区块链安全稳定运行。根据区块链的共识机制要求，各主体和节点之间必须遵守共同协议并履行义务，共同管理和监督整个医疗信息数据库。在此机制上，即使传染病爆发，没有互相认识或信任基础的各地医院、疾控中心等之间也可建立信任关系，实现良好的合作秩序，进行有效联防联控，更好应对疫情到来。

以国家相关部门为主导，对数据共享中的各个主体、节点权责划分，保证数据库有效运行。由于传染病数据具有敏感性和保密性的特征，其必然需要一定的政府部门监管。在疫情预警系统中，去中心化并非指所有主体权责完全均等，通过区块链的点对点技术，实现多元主体的双向融通、多向联通，相关政府部门可统筹规划，直接协调链中各个主体和节点的权责义务，从而维护系统中数据有序共享，高效进行。

（二）优化传染病预警数据源，提升疫情预警系统总体效果

利用区块链技术的信息数据可溯源性，迅速确定传染病疫情爆发源头，提高防疫效率和水平。用于标识某一时刻的区块链时间戳，具有不可篡改性，能够准确记录数据的入块时间，为信息数据增加了时间维度，具有唯一性，保证了存储其中的信息数据具有可追溯性、可验证性。一旦疫情爆发，可以极快地沿着时间链条确定源头，将疫情扼杀在摇篮之中，降低疫情蔓延风险。

借助于区块链的加密技术，利用私钥和公钥组成的加密方式，对涉密档案，隐私数据等设置查看权限，解决患者信息数据隐私问题。目前预警系统数据集中在国家直报系统，数据的私密性得到一定的保证，但是使用区块链不仅会使得各医院机构、各疾控中心的数据得到共享，同时其加密手段也使得数据具有良好的安全性。通过基于哈希算法的非对称加密算法，对于医疗信息数据中不公开的隐私信息，可利用各自主体或节点的公钥对该数据进行加密处理，在患者授权后，医院才有权对患者的这些信息进行修改、增加或传输等操作，确保病患有足够的知情权和管控权，降低信息数据安全风险。

增加传染病症状相关信息数据，提高疫情预警速度和精度。在区块链信息数据库中，由医院、疾控中心和卫生部等上传的数据可分为结构化和非结构化数据。其中结构化数据包括与传染病相关的数值和文字等。非结构化数据包括传染病图片和音频等相关数据，由于这些数据数据量较大且复杂，因此仅将这些数据的哈希值上链，取其哈希值，作为结构化数据存储在该节点。除上传传统的传染病性状之外，增加传染病病人胸片、相关症状照片等多方面直接材料数据，不再局限于确诊病例，提高传染病疫情判断速度和准确度。

结合灵活快速的数据处理分析的大数据，极大提升区块链医疗信息数据的使用价值和空间。一方面，区块链技术是大数据数据安全、脱敏、合法、正确的信用背书。另一方面大数据的数据整理、分析、可视化和应用等技术能够高效、完美的运用好区块链数据。建立在区块链数据基础上的大数据技术能够减少人工任务，对传染病数据源进行自动化的检测分析，提高疫情预警广度和深度，，以满足不同地区、不同症状的传染病预警的多样化需求。

（三）推进上报系统平面化管理，提升疫情信息传达效率

各级疾病预防控制中心在区块链系统中注册节点，将传统“传染病上报系统”垂直上报模式平面化，为疫情信息传达加速。建设医疗联盟区块链，所有医院和各级疾病预防控制中心在该系统中注册节点，每个节点都可以直接接收全网广播的疫情信息。当单个医院发现疑似疫情的病例之后，将信息上传至链上进行全网播报，由于区块链公开透明、数据不可篡改和可追溯的特性，使得各个节点都能够在第一时间获取准确的上报信息，减少信息传播的时间和误传可能性。在获取信息之后，各个医院能够有意识地关注类似症状的病人，各级疾病预防控制中心能及时做好防疫准备，国家防疫中心能够立即开展研究，并采取相应举措，克服传统预警模型的滞后性。

在区块链系统中注册有权限的公众节点，在疫情预警之后，公众能够第一时间获取准确的疫情信息，并采取防护措施。为减少对公众情绪的影响，在区块链系统中注册的公众节点，在疫情预警启动之前并无权限查阅区块链中的信息。疫情预警启动之后，该节点自动解锁权限，允许公众查阅链上所有疫情信息，并将链上的信息确认为唯一准确可靠的信息源，减少造谣机会，做到面对疫情“不慌张、不松懈”。

（四）建立自动预警智能合约，减少疫情发布中的人为因素

对上报数据进行核实确认，鼓励其他发现状况的医生上报情况，减少瞒报现象。运用智能合约建立区块链中的审核确认制度，在医生播报疑似疫情之后，相近的医院和疾病预防控制中心节点有责任依据具体情况进行确认，核实上报信息是否准确，分散了上报者的压力。上报信息通过其他节点的核实确认之后方能够发布，临近节点在能力范围内有责任举报瞒报情况的节点，发挥互相监督的作用，减少瞒报可能性。

结合大数据技术，建立各级疫情自动预警系统，加强应对新型病毒的能力。传统自动预警系统主要根据确诊上报的传染病病例进行自动预警，但是由于新型传染病未加入系统选项当中，系统无法上传新型病例，导致自动预警系统失效。智能合约指的是在先前设定的条件被触发时，能够不受其他因素干扰，自动执行预先设定操作的程序。智能合约联合大数据技术，代替人为确诊传染病，将联盟链中症状相似度超过一定阈值的疑似传染病病例自动连成一条链。当链条达到一定长度阈值之后，智能合约自动实现预警，播报全网，启动预警防疫措施，增加预警的及时性和客观性。从地方预警到国家预警，根据不同的预警等级，设置不同的智能合约参数，包括预定义状态、转换规则、触发条件、响应操作等，建立健全分级、分层的重大疫情预警机制。