歐洲放射學會：區塊鏈技術如何賦能醫學成像？
鏈集市· 讓區塊鏈落地更簡單
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圖片丨來源於網絡
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摘要
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區塊鏈可以被認為是一個分佈式數據庫，允許用戶跟踪數據的來源並且追溯過去修改紀錄的給定數據集。區塊鏈技術的醫學應用正在興起，區塊鏈技術在醫學成像中有許多潛在的應用，通常被用於放射和臨床數據的跟踪。
區塊鏈技術的臨床應用包括記錄不同“作者”提供的文件，包括人工智能算法對多部分報告的貢獻，記錄人工智能算法用於診斷的情況，提高電子病歷相關信息可及性的可能性，以及用戶可以更好的控制個人健康報告的獲取。
區塊鏈技術在研究中的應用包括在臨床試驗中更好地跟踪圖像數據，更好的描繪人工智能算法訓練中生成的圖像和註釋數據，從而提高了隱私性和公平性，並有可能使人工智能的成像數據具有更好的可用性。
區塊鏈技術還允許動態許可，並有可能賦予患者權力，讓他們更好地控制誰訪問了他們的健康數據。此外，區塊鏈技術在行政管理方面也有許多潛在的應用，例如跟踪學習成果或監控醫療設備。
本文簡要介紹了區塊鏈技術的基本技術和術語，重點介紹了區塊鏈技術在醫學成像中的潛在應用。
關鍵點
區塊鏈技術是一種分佈式賬本技術，允許跟踪數據，記錄所有數據的來源和變化，包括成像數據。
區塊鏈技術使用加密技術來實現數據的完整性和真實性、數據的透明性、不變性和可驗證性。醫學對於區塊鏈技術的應用正在廣泛的推廣，在醫學成像方面有許多潛在的應用。
導言
區塊鏈作為一項突破性技術，由於在加密貨幣市場的廣泛應用，已經為公眾所熟悉。它不僅在工業領域上有許多應用，而且在醫療保健和醫學成像方面也有許多應用， 在使用分佈式加密數據庫安全存儲醫療數據的情況下，可以安全地存儲與創建、更新或訪問醫療數據有關的信息。
愛沙尼亞在十年內已經建立了一個完整的以區塊鏈技術為基礎的醫療保健生態系統。區塊鏈允許用戶(病人、醫生、放射學家和科學家)控制如何和由誰使用這些醫療數據。本文旨在探討區塊鏈技術在醫學成像中的潛在應用。闡述這些應用的挑戰性，並提出一些用例，包括圖像的所有權和跟踪、圖像註釋、以及人工智能方面的潛在應用。
為限製本文的篇幅，我們僅僅簡要介紹了區塊鏈技術的基本知識。
區塊鏈技術於1991年首次被提出，用於通過哈希函數驗證數字文檔的真實性。 “塊”和“鏈”這兩個詞最早是由一個人或一群化名為“Satoshi Nakamoto”（身份不明）的人在一份文件中使用的。雖然當時那份文件使用了“塊”和“鏈”作為術語，但它並沒有對區塊鏈這個詞進行定義。這個詞後來出現在一個更非正式的場合。它為2007年金融危機後的加密貨幣“比特幣”的出現奠定了基礎，提出了一個公共的點對點電子貨幣體系的基礎。
區塊鏈技術基礎
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1、區塊鍊和分佈式賬本技術的定義
區塊鏈技術是分佈式賬本技術的一種形式，並非所有分佈式賬本都使用區塊鏈來提供安全有效的分佈式共識。然而，區塊鏈的結構使其不同於其他類型的分佈式賬本，區塊鏈中的數據被分組在一起並組織成區塊，區塊之間相互鏈接並使用加密技術進行保護。因此區塊鏈技術非常適合記錄事件、管理記錄、處理交易、跟踪資產和投票
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2、區塊鏈技術與傳統數據庫技術的比較
不可篡改意味著任何事務的篡改都會產生不同的哈希值(哈希鍵鏈接前一個塊並指向下一個塊)，會被所有運行相同共識算法的其他節點檢測到。由於區塊鍊是一個可共享的公開分佈式賬本，存儲在數千個節點上，並且進行連續的實時同步，如果攻擊成功則需要達到全網算力的51%以上。
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3、公有鏈與私有鏈
區塊鏈在醫學成像中的應用
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1、臨床應用
（1）包括人工智能係統在內的不同“作者”對多部分報告的貢獻
複雜的放射學研究報告往往包含了多個專家的投入，特別是在不尋常的情況下，往往涉及多個身體系統、專業(如放射科醫師/心髒病醫師聯合報告的心臟成像)或模式(如核醫學醫師/放射醫師聯合報告PET/MR )。
雖然一份單一的報告通常是從現有的投入中綜合出來的，但區塊鏈技術提供了確定誰的意見或專門知識對報告的每一要素負責的可能性，從而便利的確定在需要進一步信息的情況下與適當的撰稿人進行更直接的協商的可能。報告可以在不同的區塊中構造，而不需要加密的區塊鏈。區塊鏈可以明確每個作者在醫學成像研究評估中的確切責任級別，不同專家的意見將保持單獨簽署，並保留對每項分析的順序。
（2）記錄人工智能算法在診斷中的應用
如同撰寫一份報告的多個人類專家一樣，放射學報告可能包含放射學家和人工智能生成的內容的組合，例如由人工智能算法預填充的結構化報表。在不久的將來，這可能是一種越來越普遍的混合報告形式。同樣，區塊鏈技術有助於區分不同的報告要素，並將納入信息的責任直接分配給醫生或依賴人工智能協助的醫生，同時確定是哪一種人工智能算法起到了作用。
（3）分享臨床數據、可追溯性報告及閱讀報告
確保用戶對數據共享的控制與許多應用程序相關，許多支持用戶控制的數據共享平台被提出。更具體而言，區塊鏈技術可用於將存儲在電子病歷中的數據的所有者置於對其醫療數據的控制之上。病人有權向他們選擇的改善醫療保健的機構分享敏感記錄。構建允許臨床醫生請求病人數據並使患者能夠授予或撤銷訪問權限的系統。以類似的方式，區塊鏈還可以使患者能夠控制其圖像數據的共享。
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2、區塊鏈技術在研究中的應用
（1）生物標誌物衍生的臨床試驗框架
臨床試驗是告知臨床實踐變化的關鍵。嚴格的評判和絕對透明的審計追踪是成功和可靠評判的必要條件。由於成像常常是識別疾病進程或倒退的基石，區塊鏈技術有可能在臨床試驗中引入一種防止篡改的機制來記錄成像數據。這包括圖像處理、分析和定量評估的所有階段。試驗中的成像數據通常來自預先指定的成像協議，這些協議的變化或其不准確的記錄可能會改變圖像，從而改變其測量輸出的結果。
區塊鏈的實施消除了在測量之前操縱圖像的情況，確保了圖像及其測量的完整性。當圖像在參與站點之間上載或下載以執行多個度量時，這種審核具有特殊的價值。在進行測量之前對圖像設置的任何更改都可能會影響結果，而由區塊鏈系統加蓋日期和時間戳，確認何時以及由誰進行更改，將避免不適當的數據操作，並確保重大更改的可跟踪性。任何數據損壞都將在不需要人工查詢數據的情況下被識別。在一個結果往往依賴於成像測量有效性的時代，記錄測量歷史的可靠方法是至關重要的。
在一些特定的領域，我們可以在一個成像試驗中利用區塊鏈技術進行包括病灶分割和分析算法的實現。病灶分割傳統上是手動的，隨著技術的發展，越來越多的案例是半自動的甚至完全自動化的。通常使用專家註釋的人工分割數據集來訓練算法，以自動獲得類似的結果。對訓練集的記錄，以及在專家和軟件的背景下對其進行的調整，將有助於深入了解機器學習輸出的依據，並解釋意外的變化。每個區塊的數據組可以通過患者訪視或試驗中特定時間點的檢查組來分配。
當商業或學術研究者分析並報告他們自己的發現時，存在大量存有偏見的證據。應用於臨床試驗中成像的區塊鏈技術將向第三方提供有種源保證的數據集以供分析。這將把推動試驗的假設與預期的結果分開。一個特別的好處是利用成像生物數據庫中的數據集進行二次研究，可以確保原始數據的完整性，特別是在匯集來自多項試驗的數據時。
（2）為科學研究收集數據，特別是為人工智能算法的訓練
區塊鏈的一個有趣的應用是記錄誰為人工智能算法的培訓貢獻了數據，包括患者和他們的數據、放射科醫生的註釋、以及開發人工智能算法的工業合作夥伴。而這將允許將經濟獎勵分配給不同的合作夥伴，這反過來又可能成為患者和放射科醫生參與這個過程的動機。使用區塊鏈技術還將使病人和放射科醫生能夠跟踪數據的使用情況，從而更好地控制他們的文件。實驗基準圖像數據集表明，採用分佈式、聯合深度學習和區塊鏈技術相結合的方法，可以有效地解決協作式深度學習對準確性、保密性和公平性的要求。
區塊鏈技術的這些特性也有助於為人工智能培訓提供大量數據。為了訓練有監督的深度學習網絡，人們需要盡可能多提供高質量的數據和註釋。如果用於訓練的數據集不夠大，將無法可靠地檢測到罕見病例，從而產生選擇偏差，影響人工智能係統的通用性。由於我們通常對深度學習模式的內部運作缺乏直接的洞察力，偏見可能是狹隘的甚至是危險的。基於區塊鏈技術的人工智能算法不僅可以從多個機構的共享數據中學習，還可以通過回溯或簡單的回放來跟踪或評估其學習情況，從而對人工智能決策提供更多的洞察力和更多的人類監督。這確實是區塊鏈技術的一個關鍵價值，類似於產品從生產者到消費者的追踪。對模型訓練條件的註釋無疑提供了有關其質量的信息。
區塊鏈技術的另一個好處是可以用於教學和教育資源的材料來源的歸屬判定。區塊鏈技術可確保對教育材料知識產權的判定，潛在的增加主要作者分享材料的意願，從而不損失對知識產權的信用。
目前在中央數據庫中存儲圖像並經常使用物理介質傳輸圖像的方法不僅會導致患者路徑延遲，而且會使數據受到篡改。 Patel開發了一個跨域圖像共享框架，該框架使用區塊鏈技術作為分佈式數據存儲，以建立放射研究和患者定義的訪問權限的賬本。這個框架允許安全和去中心化的醫療數據共享。它還使患者能夠有效地擁有自己的圖像數據，並控制醫療保健提供商的訪問權限。
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3、將區塊鏈技術用於管理
（1）學習和跟踪學習
區塊鏈技術可用來記錄和跟踪學習成果，通過使用區塊鏈上的智能合同來維護學習成果的哈希值和管理訪問權限。 Ocheja等人描述了一個學習日誌區塊鏈(Boll)，使學習者能夠以安全和可驗證的格式將學習記錄從一個機構轉移到另一個機構。 Nasseem等人分析了醫學教育生態系統中區塊鏈部署的潛在用例，以提高現有基礎設施的效率、安全性、功能性和有效性。他們建議使用區塊鏈技術來消除學術認證中的欺詐性問題。
（2）醫療器械監督
隨著醫療器械設備管理體系（PMS）的日益重要和復雜，產生的數據量也越來越大。研究表明，一個具有權威證明共識機制的私有鏈可以為參與PMS過程的不同利益相關者提供許多優勢，例如為新的監管舉措提供支持。對於日益重要和復雜的醫療設備管理體系(PMS)，越來越多的數據正在產生。研究表明，一個具有權威共識機制的私有數據授權區塊鏈可以為參與經前管理進程的不同利益相關者提供許多優勢，例如為新的監管舉措提供支持。
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