European Society of Radiology: 블록체인 기술은 어떻게 의료 영상에 힘을 실어줍니까?

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特邀专栏作者

2021-06-25 03:23

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획기적인 기술인 블록체인은 의학 및 방사선과 분야에서 광범위한 응용 분야를 보유하고 있습니다.

AI 요약

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획기적인 기술인 블록체인은 의학 및 방사선과 분야에서 광범위한 응용 분야를 보유하고 있습니다.

체인 바자(Chain Bazaar) 블록체인의 착륙을 더 쉽게 만드세요

사진丨인터넷에서

첫 번째 레벨 제목

요약

블록체인은 사용자가 데이터의 출처를 추적하고 주어진 데이터 세트의 레코드를 소급하여 수정할 수 있는 분산 데이터베이스로 생각할 수 있습니다. 블록체인 기술의 의료 응용 프로그램이 증가하고 있습니다 블록체인 기술은 의료 영상 분야에서 많은 잠재적 응용 프로그램을 가지고 있으며 종종 방사선과 및 임상 데이터를 추적하는 데 사용됩니다.

블록체인 기술의 임상 적용에는 여러 부분으로 구성된 보고서에 대한 AI 알고리즘의 기여, 진단을 위한 AI 알고리즘의 사용 기록, 전자 의료 기록과 관련된 정보의 접근성 향상 가능성을 포함하여 다양한 "저자"가 제공한 문서 기록이 포함됩니다. 그리고 사용자는 개인 건강 보고서 획득을 더 잘 제어할 수 있습니다.

연구에서 블록체인 기술의 적용에는 임상 시험에서 이미지 데이터의 더 나은 추적, AI 알고리즘 교육에서 생성된 이미지 및 주석 데이터의 더 나은 묘사가 포함되어 개인 정보 보호 및 공정성이 향상되고 잠재적으로 인공 지능을 위한 이미징 데이터의 사용성이 향상됩니다.

블록체인 기술은 또한 동적 동의를 허용하고 환자에게 권한을 부여하고 건강 데이터에 액세스할 수 있는 사람을 더 잘 제어할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 또한 블록체인 기술은 학습 결과 추적 또는 의료 장비 모니터링과 같은 관리 관리에 많은 잠재적 응용 프로그램을 가지고 있습니다.

이 기사는 블록체인 기술의 기본 기술과 용어를 간략하게 소개하고 의료 영상 분야에서 블록체인 기술의 잠재적인 응용 가능성에 초점을 맞춥니다.

핵심

블록체인 기술은 데이터를 추적할 수 있는 분산 원장 기술로, 이미징 데이터를 포함한 모든 데이터의 출처와 변경 사항을 기록합니다.

블록체인 기술은 암호화를 사용하여 데이터 무결성 및 신뢰성, 데이터 투명성, 불변성 및 검증 가능성을 달성합니다. 의학에 블록체인 기술을 적용하는 것이 광범위하게 추진되고 있으며 의료 영상 분야에 많은 잠재적 응용이 가능합니다.

머리말

블록체인은 획기적인 기술로서 암호화폐 시장에서의 폭넓은 적용으로 대중에게 친숙해졌습니다. 산업분야 뿐만 아니라 헬스케어, 의료영상 분야에서도 많은 활용이 가능하며, 암호화 분산 데이터베이스를 이용한 의료데이터의 안전한 저장의 경우 의료정보의 생성, 업데이트, 접근과 관련된 정보를 안전하게 저장할 수 있다. 데이터.정보.

에스토니아는 10년 이내에 블록체인 기술을 기반으로 완전한 의료 생태계를 구축했습니다. 블록체인을 사용하면 사용자(환자, 의사, 방사선 전문의 및 과학자)가 이 의료 데이터를 사용하는 방법과 대상을 제어할 수 있습니다. 이 백서는 의료 영상 분야에서 블록체인 기술의 잠재적인 적용을 탐구하는 것을 목표로 합니다. 이러한 응용 프로그램의 문제를 설명하고 이미지 소유권 및 추적, 이미지 주석 및 인공 지능의 잠재적 응용 프로그램을 포함한 일부 사용 사례를 제안합니다.

이 기사의 길이를 제한하기 위해 블록체인 기술의 기본 사항만 간단히 소개합니다.

블록체인 기술은 데이터베이스에 대한 모든 변경 사항을 추적하는 분산 데이터베이스로 생각할 수 있습니다. 기존 데이터베이스와 달리 블록체인은 암호화 기술을 사용하여 데이터 무결성 및 신뢰성, 데이터 투명성, 불변성 및 검증 가능성을 달성하고 중앙의 신뢰할 수 있는 마스터 복사본을 사용하지 않고 분산된 신뢰 네트워크를 통해 정보를 신뢰할 수 있게 합니다. 사용자가 데이터의 출처를 추적할 수 있을 뿐만 아니라 과거에 주어진 데이터 세트를 조작한 사람을 추적할 수 있으며 블록체인은 방사능 데이터 추적에 적합할 수 있습니다.

블록체인 기술은 해시함수를 통해 디지털 문서의 진위 여부를 검증하기 위해 1991년에 처음 제안되었습니다. "블록"과 "체인"이라는 단어는 "사토시 나카모토"(미확인)라는 가명으로 사람이나 그룹이 문서에서 처음 사용했습니다. 그 문서는 당시 "블록"과 "체인"이라는 용어를 사용했지만 블록체인이라는 용어를 정의하지 않았습니다. 이 단어는 나중에 보다 비공식적인 맥락에서 나타났습니다. 2007년 금융위기 이후 암호화폐 '비트코인' 출현의 기틀을 마련하고 공공 P2P 전자화폐 시스템의 기반을 제시했다.

오늘날 대부분의 블록체인 프로젝트는 새로운 블록체인 네트워크를 만들지 않고 스마트 계약을 실행할 수 있는 능력을 갖춘 이더리움에 의존합니다.

블록체인 기술 기초

보조 제목

1. 블록체인 및 분산 원장 기술의 정의

블록체인은 분산 원장이라는 분산 네트워크에 데이터를 저장하기 위해 하나의 중앙 제어 노드가 아닌 여러 노드에 의존합니다. 데이터는 변경할 수 없고 변조할 수 없는(즉, 한 번 쓰기) 방식으로 저장되므로 불법적인 데이터 수정이 매우 어렵습니다. 데이터는 블록체인에만 추가할 수 있으며 블록이 작성되면 제거하거나 수정할 수 없습니다. 따라서 저장된 데이터는 차례로(체인) 레코드(블록)의 증가하는 목록입니다. "블록체인은 트랜잭션 데이터를 영구적으로 저장하고 변조 방지 원장을 설정하는 분산 데이터베이스입니다."

분산 원장 데이터베이스는 여러 노드 장치가 있는 P2P 네트워크에 분산되어 각 노드가 동일한 원장의 복사본을 복제 및 저장하고 독립적으로 업데이트됩니다.주요 장점은 중앙 권한 또는 중앙 서버가 없다는 것입니다. .

블록체인 기술은 분산 원장 기술의 한 형태이며 모든 분산 원장이 블록체인을 사용하여 안전하고 효율적인 분산 합의를 제공하는 것은 아닙니다. 그러나 블록체인의 구조는 블록체인의 데이터가 함께 그룹화되고 블록으로 구성되며 서로 연결되고 암호화를 사용하여 보호된다는 점에서 다른 유형의 분산 원장과 다릅니다. 따라서 블록체인 기술은 이벤트 기록, 기록 관리, 거래 처리, 자산 추적 및 투표에 이상적입니다.

보조 제목

2. 블록체인 기술과 기존 데이터베이스 기술의 비교

기존 데이터베이스 기술과 달리 블록체인 기술은 분산되고 추적 가능하며 변경할 수 없습니다.

탈중앙화는 분산된 아키텍처를 기반으로 블록체인에서 데이터를 검증, 저장, 유지 및 전송하는 프로세스를 의미합니다. 이 구조에서 분산 노드 간의 신뢰는 기존 데이터베이스 기술에서 단일 노드의 중앙 집중식 구성이 아닌 수학적 방법을 통해 설정됩니다.

불변이란 트랜잭션의 변조가 다른 해시 값(해시 키는 이전 블록을 연결하고 다음 블록을 가리킴)을 생성한다는 것을 의미하며, 이는 동일한 합의 알고리즘을 실행하는 다른 모든 노드에서 감지됩니다. 블록체인은 공유 가능한 공용 분산 원장이며 수천 개의 노드에 저장되고 실시간으로 지속적으로 동기화되기 때문에 공격이 성공하려면 전체 네트워크 컴퓨팅 성능의 51% 이상에 도달해야 합니다.

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3. 퍼블릭 체인과 프라이빗 체인

이 차이는 공개 액세스 인터넷과 승인을 통해서만 액세스할 수 있는 인터넷의 차이와 비교할 수 있습니다. 퍼블릭 블록체인은 복잡성과 광범위한 배포로 인해 합의에 도달하는 데 더 낮은 처리량을 제공합니다. 프라이빗 블록체인은 더 큰 효율성을 가능하게 합니다. 본질적으로 비트코인과 같은 암호화폐는 최대 수의 참가자를 유치하고 퍼블릭 체인 네트워크가 되기를 희망하는 반면, 많은 엔터프라이즈 애플리케이션은 프라이빗 체인을 사용하여 블록체인에 저장된 데이터에 대한 액세스를 제어합니다.

의료 영상에 블록체인 적용

보조 제목

1. 임상 적용

(1) AI 시스템을 포함하여 여러 부분으로 구성된 보고서에 대한 다른 "저자"의 기여

복잡한 방사선 연구의 보고에는 종종 여러 전문가의 의견이 포함되며, 특히 특이한 경우에는 종종 여러 신체 시스템, 전문 분야(예: 공동 방사선 전문의/심장 전문의 보고를 위한 심장 영상 촬영) 또는 양식(예: 핵의학 의사/방사선 전문의 공동 보고서 PET /씨).

단일 보고서는 일반적으로 기존 입력에서 합성되지만, 블록체인 기술은 보고서의 각 요소에 대해 누구의 의견이나 전문 지식이 책임이 있는지 결정할 수 있는 가능성을 제공하므로 정보가 제공되면 적절한 기여자와 보다 직접적인 협의가 가능한 시기를 쉽게 결정할 수 있습니다. . 보고서는 암호화된 블록체인 없이 별도의 블록으로 구성할 수 있습니다. 블록체인은 의료 영상 연구 평가에서 각 저자의 정확한 책임 수준을 명확히 할 수 있으며, 다른 전문가의 의견은 개별적으로 서명된 상태로 유지되고 각 분석 순서는 보존됩니다.

(2) 진단에 인공지능 알고리즘 적용 기록

단일 보고서를 작성하는 여러 전문가와 마찬가지로 방사선 보고서에는 AI 알고리즘으로 미리 채워진 구조화된 보고서와 같이 방사선 전문의와 AI 생성 콘텐츠의 조합이 포함될 수 있습니다. 이것은 가까운 장래에 하이브리드 보고의 점점 더 일반적인 형태가 될 수 있습니다. 마찬가지로, 블록체인 기술은 서로 다른 보고 요소를 구별하고 AI 지원에 의존하는 의사 또는 의사에게 직접 정보를 통합하는 책임을 할당하는 동시에 어떤 AI 알고리즘이 기여했는지 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

(3) 임상 데이터, 추적성 보고서 공유 및 보고서 읽기

누가 EMR의 어느 부분에 기여했는지에 대한 정보를 블록체인에 자동으로 저장하는 블록체인 기술을 기반으로 하는 전자 의료 기록(EMR)은 수년간 논쟁을 불러일으켰습니다. 원격 방사선 전문의에게 관련 데이터를 표시하도록 설계된 알고리즘과 결합된 이러한 EMR을 통해 방사선 전문의는 EMR의 많은 부분을 검색하지 않고도 작업 중인 사례와 관련된 데이터를 볼 수 있습니다. 이것은 차례로 방사선 연구의 더 효율적이고 더 나은 해석으로 이어질 수 있습니다.

또한 방사선 전문의가 후속 권장 사항을 제공하거나 부수적인 결과를 관리하는 방법을 설명하면 이러한 항목도 블록체인에 저장되고 확인할 수 있습니다. 블록체인은 또한 저장소가 이러한 전자 의료 기록의 어느 부분을 효과적으로 읽었는지 식별할 수 있도록 합니다. 이것은 미래에 뜻밖의 결과를 추적하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 모든 잠재적 용도가 결합되면 환자 치료의 질이 향상될 것입니다.

데이터 공유에 대한 사용자 제어를 보장하는 것은 많은 응용 프로그램과 관련이 있으며 사용자 제어를 지원하는 많은 데이터 공유 플랫폼이 제안되었습니다. 보다 구체적으로 블록체인 기술을 사용하여 전자 의료 기록에 저장된 데이터 소유자가 의료 데이터를 제어할 수 있습니다. 환자는 의료 개선을 위해 선택한 기관과 민감한 기록을 공유할 권리가 있습니다. 임상의가 환자 데이터를 요청하고 환자가 액세스 권한을 부여하거나 취소할 수 있는 시스템을 구축합니다. 비슷한 방식으로 블록체인을 사용하면 환자가 이미지 데이터 공유를 제어할 수도 있습니다.

보조 제목

2. 연구에 블록체인 기술 적용

(1) 바이오마커 유래 임상시험 프레임워크

임상 시험은 임상 실습의 변화를 알리는 핵심입니다. 엄격한 심사와 절대적으로 투명한 감사 추적은 성공적이고 신뢰할 수 있는 심사를 위한 필수 조건입니다. 이미징은 종종 질병 진행 또는 퇴행을 식별하는 초석이기 때문에 블록체인 기술은 임상 시험에서 이미징 데이터를 기록하기 위한 변조 방지 메커니즘을 도입할 가능성이 있습니다. 여기에는 이미지 처리, 분석 및 정량적 평가의 모든 단계가 포함됩니다. 임상시험의 이미징 데이터는 종종 미리 지정된 이미징 프로토콜에서 파생되며 이러한 프로토콜의 변경 또는 부정확한 문서는 이미지와 그에 따라 측정된 출력을 변경할 수 있습니다.

블록체인을 구현하면 측정 전에 이미지 조작을 제거하여 이미지 및 측정의 무결성을 보장합니다. 이러한 유형의 감사는 여러 측정을 수행하기 위해 참여 사이트 간에 이미지를 업로드하거나 다운로드할 때 특히 유용합니다. 측정하기 전에 이미지 설정을 변경하면 결과에 영향을 줄 수 있는 반면, 블록체인 시스템에 의해 언제 누가 변경되었는지 확인하는 날짜 및 시간 스탬핑은 부적절한 데이터 조작을 방지하고 중요한 변경 사항을 추적할 수 있도록 합니다. 모든 데이터 손상은 데이터를 수동으로 쿼리할 필요 없이 식별됩니다. 결과가 종종 이미징 측정의 유효성에 따라 달라지는 시대에는 신뢰할 수 있는 측정 기록 기록 방법이 중요합니다.

일부 특정 분야에서는 이미징 실험에서 블록체인 기술을 사용하여 병변 세분화 및 분석을 포함한 알고리즘을 구현할 수 있습니다. 병변 분할은 전통적으로 수동이며, 기술의 발달로 점점 더 많은 경우에 반자동 또는 심지어 완전 자동화됩니다. 알고리즘은 유사한 결과를 자동으로 달성하기 위해 전문가가 주석을 추가한 사람이 분할한 데이터 세트를 사용하여 훈련되는 경우가 많습니다. 교육 세트의 문서화 및 전문가 및 소프트웨어 맥락에서의 조정은 기계 학습 출력의 기초에 대한 통찰력을 제공하고 예상치 못한 변형을 설명합니다. 각 블록에 대한 데이터 세트는 환자 방문 또는 시험의 특정 시점에 설정된 검사로 할당될 수 있습니다.

상업 또는 학술 연구자가 자신의 연구 결과를 분석하고 보고할 때 편향의 증거가 충분히 있습니다. 임상 시험에서 이미징에 적용된 블록체인 기술은 분석을 위해 제3자에게 출처가 보장된 데이터 세트를 제공할 것입니다. 이렇게 하면 시험을 주도하는 가설과 예상 결과가 분리됩니다. 특히 여러 시험에서 데이터를 풀링할 때 기본 데이터의 무결성을 보장할 수 있는 2차 연구를 위해 Imaging Biodatabase의 데이터 세트를 사용할 수 있다는 이점이 있습니다.

(2) 과학 연구, 특히 인공 지능 알고리즘 교육을 위한 데이터 수집

블록체인의 흥미로운 응용 프로그램은 환자 및 환자 데이터, 방사선 전문의의 주석, AI 알고리즘을 개발한 산업 파트너를 포함하여 AI 알고리즘 교육에 데이터를 제공한 사람을 기록하는 것입니다. 그리고 이것은 다른 파트너들에게 금전적 보상을 분배할 수 있게 하여 환자와 방사선 전문의가 그 과정에 참여하도록 하는 인센티브가 될 수 있습니다. 블록체인 기술을 사용하면 환자와 방사선 전문의가 데이터 사용량을 추적하여 파일을 더 잘 제어할 수 있습니다. 실험적인 벤치마크 이미지 데이터 세트는 협업 딥 러닝의 정확성, 기밀성 및 공정성 요구 사항이 분산, 연합 딥 러닝 및 블록체인 기술의 조합을 사용하여 효과적으로 해결할 수 있음을 보여줍니다.

블록체인 기술의 이러한 특성은 AI 교육을 위한 대량의 데이터 제공에도 도움이 됩니다. 지도 딥 러닝 네트워크를 훈련하려면 가능한 한 많은 고품질 데이터와 주석을 제공해야 합니다. 훈련에 사용되는 데이터 세트가 충분히 크지 않으면 드문 사례가 안정적으로 감지되지 않아 AI 시스템의 일반화 가능성에 영향을 미치는 선택 편향이 발생합니다. 딥 러닝 모델의 내부 작동에 대한 직접적인 통찰력이 부족한 경우가 많기 때문에 편향은 편협하고 심지어 위험할 수 있습니다. 블록체인 기술을 기반으로 한 인공지능 알고리즘은 여러 기관의 공유 데이터에서 학습할 수 있을 뿐만 아니라 역추적 또는 단순 재생을 통해 학습을 추적하거나 평가할 수 있으므로 인공지능 의사 결정에 대한 더 많은 통찰력과 이해를 제공합니다. . 이것은 실제로 생산자에서 소비자로 제품을 추적하는 것과 유사한 블록체인 기술의 핵심 가치입니다. 모델이 훈련된 조건에 대한 주석은 의심할 여지 없이 모델의 품질에 대한 정보를 제공합니다.

블록체인 기술의 또 다른 이점은 교육 및 교육 자원의 자료 출처에 대한 귀속 결정에 사용될 수 있다는 것입니다. 블록체인 기술은 교육 자료의 지적 재산권 결정을 보장할 수 있으며 잠재적으로 주요 저자가 자료를 공유하려는 의지를 증가시켜 지적 재산권에 대한 신용을 잃지 않도록 합니다.

(3) 동적 라이선스

동적 라이선스는 연구 파트너에게 권한을 부여하고 연구 프로세스에 대한 적극적인 참여를 촉진하는 새로운 접근 방식입니다. Dwarna 프로젝트에서 생물학적 데이터베이스를 사용하는 것은 블록체인 기술을 사용하면 개인이 정보에 액세스할 수 있고 생물학적 샘플과 데이터를 사용하는 방법과 위치를 제어할 수 있으며 블록체인 기술을 사용할 때 사용자가 삭제를 준수할 수 있음을 보여줍니다. 유럽 연합의 일반 데이터 보호 규정(GDPR)에 의해 의무화됩니다.

중앙 데이터베이스에 이미지를 저장하고 종종 물리적 매체를 사용하여 이미지를 전송하는 현재 방법은 환자 경로에 지연을 야기할 뿐만 아니라 데이터를 변조에 노출시킵니다. Patel은 블록체인 기술을 분산 데이터 저장소로 사용하여 방사선 연구 원장 및 환자 정의 액세스 권한을 설정하는 도메인 간 이미지 공유 프레임워크를 개발했습니다. 이 프레임워크는 의료 데이터의 안전하고 분산된 공유를 허용합니다. 또한 환자가 자신의 이미지 데이터를 효과적으로 소유하고 의료 제공자의 액세스를 제어할 수 있습니다.

보조 제목

3. 관리를 위해 블록체인 기술 사용

(1) 학습 및 추적 학습

블록체인 기술은 학습 결과의 해시 값을 유지하고 접근 권한을 관리하기 위해 블록체인에 스마트 계약을 사용하여 학습 결과를 기록하고 추적하는 데 사용할 수 있습니다. Ocheja 등은 학습자가 안전하고 검증 가능한 형식으로 한 기관에서 다른 기관으로 학습 기록을 전송할 수 있게 해주는 학습 로그 블록체인(Boll)을 설명합니다. Nasseem 등은 기존 인프라의 효율성, 보안, 기능 및 효과를 개선하기 위해 의학 교육 생태계에서 블록체인 배포의 잠재적 사용 사례를 분석했습니다. 그들은 사기성 학업 인증 문제를 제거하기 위해 블록체인 기술의 사용을 제안합니다.

(2) 의료기기 감리

의료기기관리시스템(PMS)의 중요성과 복잡성이 증가함에 따라 생성되는 데이터의 양도 증가하고 있습니다. 연구에 따르면 권한 증명 합의 메커니즘이 있는 프라이빗 체인은 새로운 규제 이니셔티브에 대한 지원을 제공하는 것과 같이 PMS 프로세스에 관련된 다양한 이해 관계자에게 많은 이점을 제공할 수 있습니다. 점점 더 중요해지고 복잡해지는 의료 장비 관리 시스템(PMS)을 위해 점점 더 많은 데이터가 생성되고 있습니다. 연구에 따르면 권위 있는 합의 메커니즘을 갖춘 프라이빗 데이터 인증 블록체인은 새로운 규제 이니셔티브에 대한 지원 제공과 같이 사전 거버넌스 프로세스에 관련된 다양한 이해 관계자에게 많은 이점을 제공할 수 있습니다.

(3) 방사선과에서 블록체인 기술을 사용하여 발생하는 새로운 비즈니스 모델

지금까지 많은 AI 애플리케이션이 의료 영상의 해석을 향상시킬 수 있는 잠재력을 보여주었습니다. 지도 딥 러닝 AI 알고리즘 개발의 주요 장애물 중 하나는 고품질 주석 이미지가 부족하다는 것입니다. AI 회사에 대한 인센티브는 알고리즘을 판매하여 이익을 얻는 것이지만 환자가 의료 이미지를 제공하고 방사선 전문의가 이미지 주석의 추가 작업을 수행하는 인센티브는 덜 간단합니다. 누가 기여했는지 추적하기 위해 블록체인 기술을 사용하면 기여한 사람들에게 인센티브를 제공함으로써 이러한 장벽을 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다.

주석의 합의에도 블록체인 기술을 사용할 수 있습니다.여러 참가자가 주석에 대한 합의에 도달한 경우에만 주석이 승인되어 합의에 도달한 사람에게 보상하고 합의에 도달하지 못한 사람을 처벌합니다. 블록체인 기술은 또한 많은 데이터 제공자가 제공한 다양한 소스의 데이터로 대규모 개방형 데이터베이스를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 블록체인 기술은 또한 개인 건강 데이터의 액세스 보호 및 데이터 무결성 보호에 도움이 됩니다.

첫 번째 레벨 제목

요약하다

블록체인 기술은 소스 데이터를 변경 불가능한 방식으로 저장하여 저장된 데이터에 대한 모든 수정 사항을 추적할 수 있는 매우 강력한 기술입니다. 데이터가 어떻게, 누가, 언제, 어디서 생성되었는지에 대한 신뢰할 수 있는 정보를 제공하는 블록체인 기술은 의학 및 방사선과에서 광범위하게 응용됩니다.

블록체인 기술은 환자와 방사선 전문의가 데이터 사용 권한과 데이터 주석 원을 제어할 수 있도록 하여 의료 영상에 기여할 수 있는 가능성을 높입니다. 또한 임상 사용을 위해 환자 데이터를 저장하는 데 이상적이기 때문에 방사선과 커뮤니티는 환자 치료 측면과 관련하여 블록체인 기술의 개발 및 구현에 대한 연구에 참여하고 협력해야 합니다.

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