Vanderbilts ingenjörer har framgångsrikt utvecklat och validerat genomförbarheten av blockchain-baserade teknologier för säker, konfidentiell delning av patientjournaler i en fallstudie som visar hur blockchain skulle kunna lösa en enorm utmaning inom sjukvården.

Hälso-IT-interoperabilitet har varit ett svårfångat mål, med datasilos mellan sjukhus, kliniker, apotek, och betalare försvårar utbyte av information. Fallstudien från Vanderbilt visar hur blockchain-teknik på ett säkert sätt kan effektivisera processen.

Betydligt nog, Forskare samarbetar också med ett Nashville-företag som planerar att använda blockchain-teknik för att ta itu med landets opioidberoendekriser.

Dessa utvecklingar är en del av en större ansträngning vid Vanderbilts Institute for Software Integrated Systems för att närma sig problemen och löftet med blockchain på ett holistiskt sätt. Forskare har skapat en rad betydande förmågor, inklusive en arkitektur som stöder säker informationsåtkomst till designstandarder för bästa praxis, matematisk verifiering av att den underliggande koden är korrekt, och en testbädd där forskare kan pröva sina idéer.

Förutom sjukvård, de arbetar med blockchain-testfall med smart, anslutna städer, kraftnätsapplikationer, och leverantörsriskhantering.

"För några år sedan trodde folk att blockchain-teknik skulle lösa alla tänkbara problem, ", sade Cornelius Vanderbilt professor i teknik Douglas C. Schmidt. "Folk inser att detta mål helt enkelt inte är realistiskt och tittar nu mer noggrant på när och var dessa teknologier kan vara användbara."

Utöver hypen och höga Bitcoin-priser, konventionell blockchain-teknik har varit problematisk för utbredda tillämpningar. Dess tekniska grund har funnits i decennier, baserad på begreppet offentlighet, utdelad huvudbok. Den underliggande koden i sig är buggig och den konventionella modellen stöder inte stora volymer transaktioner med stränga tidsbegränsningar.

Men den potentiella kraften hos blockkedjeteknologi inom sjukvården – särskilt delning av patientdata för att stödja snabbare diagnos och behandling – närmar sig.

Dela medicinska data utan mellanhand

Fallstudien, som involverade en tumörstyrelse på landsbygden, såväl som blockchain-arkitekturen som stöder det säkra informationsutbytet diskuteras i teamets papper, "FHIRChain:Tillämpa blockchain för att säkert och skalbart dela kliniska data." Den finns tillgänglig som förtryck och har skickats till Computational and Structural Biotechnology Journal.

Forskare från Vanderbilt och Varian Medical Systems utvärderade FHIRChain, som de kallade tekniken. Uttalas som "eld, " FHIR står för Fast Healthcare Interoperability Resources.

Deras mål var att designa ett blockkedjebaserat system som överensstämde med standarder som fastställts av Office of the National Coordinator for Health Information Technology - kallad Shared Nationwide Interoperability Roadmap.

Sjukvårdsföretag avtalar vanligtvis med tredje part för att utbyta patientinformation på ett säkert sätt, sa studiens medförfattare Dana Zhang, en Vanderbilt datavetenskap Ph.D. kandidat. Denna tredjepartsförmedlare fungerar som den betrodda agenten, som verifierar säkra transaktioner. Till exempel, sjukhus A, skickar hälsoinformation till en pålitlig agent, som skickar den till en cancerspecialist på klinik B.

I kontrast, FHIRChain är en förtroendelös utbyte utan centraliserad tredje part. Vanderbilt/Varian-teamet föreställer sig ett system med offentliga och privata nycklar som ger en identifierad läkare eller klinik tillgång till hälsoinformation på sjukhus A under en viss tidsperiod. Tänk på e-postmeddelanden om lösenordsåterställning som kräver åtgärd inom 24 timmar.

Under detta scenario lämnar själva data aldrig sjukhus A.

Zhang, som har jobbat på Varian, ett företag för medicinsk utrustning och mjukvara baserat i Kalifornien, samt Nashville-baserade Center for Medical Interoperability, sa att teamet ville använda blockchain som en decentraliserad åtkomstmekanism för att underlätta tillåtet utbyte av journaler. Fallstudien är inte olikt en patient som vill ha en second opinion i en medicinsk fråga från en utomstående specialist eftersom styrelseledamöterna är geografiskt spridda.

"Problemet är alltid att få data till en annan läkare, " sa hon. "I detta tillvägagångssätt, data öppnas under en tillfällig tidsperiod (med en dekrypteringsnyckel), men den ursprungliga anläggningen eller läkaren är fortfarande dataägaren."

Nycklarna, eller lång, komplexa lösenord som genereras av systemet, göra åtkomst till data lättare men också ge alla parter, inklusive patienten, förtroende för systemets säkerhet.

Att balansera decentralisering och sekretess

Blockchain-teknologier tillhandahåller ett decentraliserat peer-to-peer-nätverk, vilket innebär vissa avvägningar. Forskare vid Vanderbilt och på andra håll fokuserar sina ansträngningar på tillämpningar inom domäner där disintermediation (dvs. att inte ha någon central auktoritet) är viktigare än strikt sekretess, sa Schmidt.

"Tanken är att det finns styrka i antalet, " sa han. "För att du inte vill ha någon som bestämmer, du är villig att ge upp lite sekretess. Du kanske vet att part A sålde något till part B och även om du inte vet vilka de är, du vet att någon transaktion ägde rum."

Ett sådant system är "manipuleringsmedvetet, " sa Schmidt.

På området för humanitärt bistånd, där blockchain redan testas, prioriteringen är att se till att biståndet kommer i rätt händer, för rätt ändamål, och ingen lagar böckerna. Tillämpningar inom förnybar energi innebär att man registrerar vem som köper och säljer kraft från sina solpaneler och vindkraftsparker till elnätet.

Den bredare insatsen på Vanderbilt tar itu med blockchain-grunderna. Det inkluderar att utveckla säkrare "smarta kontrakt" som är en grund för tekniken. Jules White, en docent i datavetenskap, sa en metaanalys av 20, 000 smarta kontrakt hittades 8, 000 med säkerhetsproblem.

"De stora buggarna kom faktiskt från skaparna av blockchain-plattformar, " han sa.

Ändå är beständighet en del av den klassiska blockkedjeteorin - idén att varje steg i en transaktion är huvudbokpost som inte kan ändras. När problem, inklusive allvarliga säkerhetsöverträdelser, ytan är det inte lätt att fixa.

Experter på Vanderbilt attackerar det problemet från flera fronter, bland annat utveckla en säker testbädd där forskare och utvecklare kan prova sina idéer.

"Om du inte kan ändra någonting, hur lär du dig av dina misstag?" sa Abhishek Dubey, biträdande professor i datavetenskap och datateknik. "Vi skapar en miljö i labbet som innehåller verktyg för att bygga blockchain-smarta kontrakt och säkerställa att de är korrekta."

Anastasia Mavridou, en postdoktor i teamet, fokuserar på designade smarta kontrakt. Avancerade matematiktekniker kan bevisa kodens sundhet; testbädden, eller gjuteri, använder verifierade blockchain-"recept" som utgångspunkt och undersöker ny kod baserad på mönster som är kända för att vara problemfria.

Applikationen genererar kod, samt validerar det.

Att utveckla blockchain-tekniken är en prioritet i Nashville

Utnyttja komponenter från tidigare arbete som gjorts för DARPA, medicinska apparater, och satellitsäkerhet, Vanderbilts experter vid Institute for Software Integrated Systems vill påskynda utvecklingen av säker blockchain-teknik för att lösa några svåra problem med transaktioner som involverar digitala tillgångar.

Den omfattande pushen bidrar också till Nashvilles rykte som ett nav för IT-innovation inom sjukvården, inklusive teknologier med rötter i blockchain-grunderna. Jumpstart Foundry moderbolag Briovation, till exempel, lanserade nyligen en investeringsfond för sjukvårdsspecifika blockchain-teknologier. Music City rankas som nummer 17 på en lista över storstadsområden för blockchain-jobb i USA, enligt en nyligen genomförd studie av CyrptoFundResearch – före Oakland, Santa Clara och Washington D.C.

Centrum för medicinsk interoperabilitet, ett ideellt kooperativt forsknings- och utvecklingslaboratorium grundat av stora hälsosystem, är baserad här, syftar till att förenkla datadelning mellan medicinska system och teknologier. IT-leverantörer inom sjukvården har sina egna proprietära blockchain-relaterade produkter på gång och, i viss utsträckning, i marknaden.

Vanderbilt-forskare, dock, närma sig blockkedjebaserade applikationer från ett tankesätt med öppen källkod. De arbetar redan med stadens ekonomiska utvecklingsledare, som anser att utveckling av blockkedjeteknologi för sjukvård är avgörande för stadens konkurrenskraft.

Greater Nashville är hem för hälsovårdsföretag med 84 miljarder dollar i årliga intäkter, och branschen är mogen för tekniska störningar. Vanderbilts djupa expertis inom detta område är en av de tillgångar som Nashville utnyttjar för att leda störningen – inte följa den eller bli helt lämnad.