CN115292745A - 基于区块链的医疗数据价值流通方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于区块链的医疗数据价值流通方法，包括：基于不同参与方提供的医疗数据组建由联邦服务器主导的区块链网络；任意一个参与方作为任务发起者，向联邦服务器发起目标数据的共享请求；联邦服务器响应后对目标数据进行价值评估、向具有目标数据的参与方发起训练任务，具有目标数据的参与方作为数据提供者，在本地进行训练任务，将训练结果回传至联邦服务器，联邦服务器对训练结果进行聚合；联邦服务器将聚合后的训练结果发送给任务发起者，任务发起者根据训练结果获得目标数据的模型参数；任务发起者向数据提供者交付与联邦服务器价值评估结果相应的凭证。本申请实现了医疗数据的价值流通，实现了各参与方之间医疗数据的隐私交易。

Description

基于区块链的医疗数据价值流通方法

技术领域

本申请涉及区块链以及医疗数据应用领域，特别是涉及一种基于区块链的医疗数据价值流通方法

背景技术

随着医学与信息科学交叉融合越来越深入和广泛，互联网、物联网、生物信息技术的高速发展推动医疗数据呈爆炸式增长。医疗数据与大众健康息息相关，已上升为国家基础战略资源，其分析和再利用成为研究热点。然而由于患者隐私保护、行业互相竞争等问题，不同医疗机构之间的数据通常无法互通，同时任何一家医院数据量都是有限的，形成了很多不同规模的数据孤岛，这限制了医疗数据价值的更大可能。为了进一步发挥医疗数据的价值，需要打破数据孤岛、实现医疗数据的价值流通，推进医学科研成果发展和转化。

传统的数据共享方式是不同的医疗机构将彼此的数据进行汇总，形成聚合数据库。虽然聚合数据库能够实现对多个独立数据库的互操作，但是也带来了一系列问题。一方面是如何保障数据安全。数据库聚合过程中面临着数据安全和隐私保护的巨大挑战，黑客入侵、非法登录、数据丢失等问题严重威胁着数据安全和用户隐私，医疗数据中通常包含着患者的身份信息、治疗方案、治疗费用等敏感信息，一旦发生泄漏，很容易对用户产生健康和财产上的损失。并且，相较于其他行业，医疗行业的攻击阻力小，数据敏感度高，黑客可以较轻易地找到利益相关的数据。另一方面是如何促进高效协同。由于数据资源的归属权难以认定，数据一旦共享出去，那么数据使用者不仅获得了数据的使用权，同时也获得了数据的归属权。医院在数据共享过程中难以保障自身权益，对于数据开放持消极态度进而影响了协同动力。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于区块链的医疗数据价值流通方法。

本申请基于区块链的医疗数据价值流通方法，包括：

基于不同参与方提供的医疗数据组建由联邦服务器主导的区块链网络；

任意一个参与方作为任务发起者，向所述联邦服务器发起目标数据的共享请求；

所述联邦服务器响应后对所述目标数据进行价值评估、向具有所述目标数据的参与方发起训练任务，具有目标数据的参与方作为数据提供者，在本地进行训练任务，将训练结果回传至联邦服务器，所述联邦服务器对所述训练结果进行聚合；

所述联邦服务器将聚合后的训练结果发送给所述任务发起者，所述任务发起者根据训练结果获得目标数据的模型参数；

所述任务发起者向所述数据提供者交付与所述联邦服务器价值评估结果相应的凭证。

可选的，在组建由联邦服务器主导的区块链网络之后，还包括基于不同参与方提供的医疗数据的价值，对不同的参与方分配初始积分。

可选的，基于不同参与方提供的医疗数据的价值，对不同的参与方分配初始积分，具体包括：

确定医疗数据价值体系的不同维度，对所述不同维度分别赋予权重，进而构建基于医疗数据的数据价值函数；

所述数据价值函数用于评估不同参与方提供的医疗数据的价值，对不同的参与方分配初始积分。

可选的，所述不同维度包括数据基本属性、数据稀缺性、以及医疗可用性，所述数据基本属性包括数据成本、数据完整性、以及数据实效性。

可选的，在发起目标数据的共享请求之前，还包括：

根据不同参与方提供的医疗数据，确定其他参与方是否存在所述目标数据。

可选的，所述数据提供者在本地进行训练任务之前，还包括所述任务发起者和所述数据提供者进行交易确认。

可选的，所述任务发起者和数据提供者进行交易确认，具体包括：

所述联邦服务器对所述目标数据进行价值评估并生成记载有使用所述目标数据的智能合约，所述任务发起者获得所述智能合约、确认并签名后发布于区块链网络。

可选的，所述智能合约包括所述目标数据的交易积分，所述智能合约由所述联邦服务器基于医疗数据价值体系生成，所述医疗数据价值体系的不同维度包括数据基本属性、数据稀缺性、以及医疗可用性。

可选的，将训练结果回传至联邦服务器，具体包括：将训练结果通过同态加密算法加密，加密后回传至联邦服务器；

在所述任务发起者获得训练结果后，具体包括：通过同态加密算法解密得到目标数据的模型参数。

可选的，所述任务发起者向所述数据提供者交付与所述联邦服务器价值评估结果相应的凭证，具体包括：

扣除所述任务发起者的积分，将扣除的积分分发给数据提供者，扣除积分和分发积分按所述智能合约进行。

本申请基于区块链的医疗数据价值流通方法至少具有以下效果：

本申请任务发起者通过联邦服务器向数据提供者发起训练任务，通过联邦服务器获得目标数据的模型参数，实现了医疗数据的价值流通。在实现医疗数据价值流通的基础上，任务发起者向数据提供者交付凭证，实现了各参与方之间医疗数据的保护隐私的交易，本申请为保护隐私的医疗数据市场奠定了良好的基础。

附图说明

图1为本申请一实施例中基于区块链的医疗数据价值流通方法的流程示意图；

具体实施方式

当前复杂开放环境下区域医疗协作体的隐私保护手段孤立分散，不成体系、数据共享过程中数据的归属权难以认定。有鉴于此，本申请一实施例中提供一种基于区块链的医疗数据价值流通方法，包括步骤S100～步骤S500，其中：

步骤S100，基于不同参与方提供的医疗数据组建由联邦服务器主导的区块链网络；

具体地，各参与方将自身的医疗数据从各自的数据库中整合，并加密存储在医院本地，再将医疗数据信息化并加密摘要数据，不同的参与方将加密后的摘要数据上链，共同组建区块链网络。联邦服务器主导是指联邦服务器管理数据的使用过程，承担管理员的角色。

参与方例如可以是各个医院。不同参与方的医疗数据例如可以包括费用、病种、时间、医院等级、医生职称等属性完整的科研用数据。医疗数据的来源例如从医院日常问诊流程中记录的门诊收费记录表、门诊就诊记录、门诊病历、住院病案等表中收集整理获得。上链记录的摘要数据例如可以包括医疗数据的描述信息、以及各参与方的相关信息。

基于区块链技术，所有的协作体都可以以平等的地位，作为众多节点之一，进行认证、确权、交易、追溯和调整等一系列动作，通过区块链实现数据访问、使用的全过程记录，有效维护了数据的归属权。区块链技术支持匿名交易，同时，所有节点的交易都是通过相邻节点消息扩散的方式实现，可以有效保护消息的真实来源和去向。

在其他实施方式中，还可以在步骤S100的基础上，增加步骤S110：在组建由联邦服务器主导的区块链网络之后，基于不同参与方提供的医疗数据的价值，对不同的参与方分配初始积分；

具体包括：确定医疗数据价值体系的不同维度，对不同维度分别赋予权重，进而构建基于医疗数据的数据价值函数，数据价值函数用于评估不同参与方提供的医疗数据的价值。数据价值函数例如不同维度可以是加权求和。

医疗数据价值体系的不同维度包括数据基本属性、数据稀缺性、以及医疗可用性。数据基本属性包括数据成本、数据完整性、以及数据实效性。其中：

数据成本是指产生某医疗数据的费用。数据完整性是指医疗数据是否存在不同程度的缺失，以完整率为指标衡量出同的完整性系数。数据实效性是指医疗数据是否过时，以医疗数据的年份衡量出实效性系数。数据稀缺性是指某医疗数据是否为稀缺数据，以不同的发病率为指标衡量出不同的罕见病系数。医疗可用性是指该数据在医疗行业是否可用，主要通过该数据所在医院等级，手术分级等指标衡量出医疗可用性系数。医疗数据价值体系的维度还可以包括数据隐私性。

确定医疗数据价值体系需要考虑的不同维度后，再对不同的维度确定重要性权重，最终得到数据价值函数。医疗数据价值要素的权重的确定基于定性与定量相结合的分析方法。例如可以是多位相关领域的专家对不同维度的重要程度两两比较，结合判断矩阵取值(判断尺度)，进行判断评分，以此建立判断矩阵，最终计算获得医疗数据价值体系不同维度的重要性权重排序。

通过上述方式，医院上传的医疗数据能够通过数据价值函数计算出数据价值，并在链上获得初始积分。例如，其中一个参与方为某三甲医院，该三甲医院上传患者二A住院期间的一条检验数据作为提供的医疗数据，根据该检验数据的医院等级、数据完整性、数据时效性、手术分级、医生职称、治疗费用、以及稀缺度，加权求和获得最后的积分数值，作为区块链赋予该三甲医院的初始积分。

由于医疗数据的异构性、边际成本的特殊性、以及隐私敏感性。本步骤以合理的要素价值体系以数据的质量作为基础评价指标，从数据的完整性、时效性、一致性、精确性、稀缺性、可用性、相关性等角度对数据进行定价。本步骤将定性与定量方法相结合，对医疗数据属性进行调研，确定能够体现数据价值的相关指标。本步骤通过咨询各医疗机构，由医疗协作体的各个专家共同协商，确定数据集指标的各个权重，建立初步的数据价值线性评估模型。

步骤S200：任意一个参与方作为任务发起者，向联邦服务器发起目标数据的共享请求；

在发起目标数据的共享请求之前，任务发起者可以根据不同参与方提供的医疗数据，确定其他参与方是否存在目标数据。任务发起者发起共享请求后，等待联邦服务器响应。

例如，某三甲医院作为参与方，目标数据为帕金森患者的数据集，需要训练一个识别帕金森早期患者的残差神经网络，但是该三甲医院的数据集较小，训练效果较差。通过各家医院在链上的元数据描述(即上传的摘要数据)，发现有另外两家医院拥有帕金森患者的数据集，因此发起目标数据的共享请求，等待联邦服务器响应。

步骤S300：联邦服务器响应后对所述目标数据进行价值评估、向具有目标数据的参与方发起训练任务，具有目标数据的参与方作为数据提供者，在本地进行训练任务，将训练结果回传至联邦服务器，联邦服务器对训练结果进行聚合；

进一步地，数据提供者在本地进行训练任务之前，还包括任务发起者和数据提供者进行交易确认，具体包括：数据提供者在本地进行训练任务之前，联邦服务器对目标数据进行价值评估并生成记载有使用目标数据的智能合约；任务发起者获得智能合约、确认并签名后发布于区块链网络。智能合约基于医疗数据价值体系生成。

具体地，数据提供者接收到访问请求之后，触发联邦服务器中用于数据定价的智能合约，获得目标数据的价值，并将患者私钥、数据价值等信息生成一个交易的智能合约发送给医疗数据需求者。智能合约包括目标数据的交易积分，对目标数据进行价值评估可理解为生成智能合约的过程，关于智能合约的生成过程见下文有关步骤。任务发起者确认智能合约，将智能合约用私钥签名之后发布到区块链网络中，医疗数据提供者与任务发起者达成交易，按照预定义的格式生成交易数据，将交易数据发布到全网，全网节点对其进行共识验证之后，写入区块、连接到区块链上。

将训练结果回传至联邦服务器，具体包括：将训练结果通过同态加密算法加密，加密后回传至联邦服务器。

联邦服务器响应任务发起者发起训练任务，例如可以是利用联邦学习框架发起。步骤S300中，各参与方在本地进行训练任务是指训练过程在指目标数据不需要出医院本地。具有目标数据的参与方可以包括或不包括任务发起者自身。具体地，如果任务发起者没有将自身具有的目标数据(如帕金森数据集元数据)上传至区块链，则具有目标数据的参与方不包括任务发起者自身；如果任务发起者有将自身具有的目标数据上传至区块链，则目标数据的参与方可以包括任务发起者自身。

承上文，参与方仍以三甲医院为例，目标数据仍以帕金森数据集为例。联邦服务器响应后、将联邦学习任务的信息转发到具有帕金森数据集的其他参与方，具有帕金森数据集的参与方作为数据提供者，均具有本地的服务器集群。数据提供者在本地服务器集群的帕金森数据集上训练神经网络模型，神经网络模型例如可以是残差神经网络。训练完成后，将本地训练的模型参数通过同态加密算法加密回传至联邦服务器，由联邦服务器对加密后的模型参数直接进行聚合。

步骤S400：联邦服务器将聚合后的训练结果发送给任务发起者，任务发起者根据训练结果获得目标数据的模型参数；

如果训练结果进行了加密，那么任务发起者根据训练结果获得目标数据的模型参数，还包括：在任务发起者获得训练结果后，通过同态加密算法解密得到目标数据的模型参数。实施例各步骤中用于加密和解密的同态加密算法例如可以采用Paillier算法。

具体地，联邦服务器将聚合后加密的残差神经网络模型参数发送给任务发起者，任务发起者得到基于其他医院数据训练得到的特定任务的特定模型参数，任务发起者通过同态加密算法解密得到模型参数，联邦学习训练的任务结束。以残差神经网络模型为例，模型参数具体为网络模型中各个神经元与卷积核的权重。可以理解，在联邦学习系统下，任务发起者获得目标数据的模型参数即可视为获得了目标数据的数据价值。这种实施方式在保护隐私安全的情况下，提供了与原始数据价值同等效益的共享和流通的渠道。

步骤S100～步骤S400从实现地基础功能上概括地说，针对机制中一般交易的具体流程，某家医院作为数据需求者，发起数据共享请求，链上的几家医院响应进行响应。于是联邦服务器发起一个利用联邦学习框架，不需要数据出医院本地就能够训练的任务。任务完成的标志，即任务发起者根据训练结果获得目标数据的模型参数。

步骤S500：任务发起者向数据提供者交付与联邦服务器价值评估结果相应的凭证。交付凭证例如可以是以积分的形式、在不同参与方初始积分的基础上进行增减。

具体地，扣除任务发起者的积分，将扣除的积分分发给数据提供者。扣除积分和分发积分按提供目标数据参与方的贡献和/或智能合约进行。若数据提供者只有一位，则将扣除的积分仅发给此数据提供者。从任务发起者发起目标数据的使用需求，到任务发起者获得模型参数，再到扣除积分和分发扣除积分，整个流程可视为一个交易过程。一个交易过程的积分扣除和分发通过智能合约自动执行实现。交易过程结束，任务发起者通过在初始积分上扣除积分的方式交予一定的积分。智能合约函数得到回调，使用该条医疗数据所需费用自动转移给相应的医疗数据提供者。

可以理解，智能合约用于确定扣除积分的额度，智能合约扣除积分的额度根据医疗数据价值体系评估获得。分发给数据提供者的分发比率根据数据提供者在进行训练任务时使用的医疗数据，结合医疗数据价值体系进行评估获得，扣除积分的规则与积分分发比率的规则都在生成智能合约时记载于智能合约内。

本申请各实施例侧重于医疗数据的价值流通，通过对医疗数据的各个属性的评估，计算医疗数据的价值，每家医院上传的数据越多，数据质量越好，则积分越多，而发起任务又需要消耗积分，每家医院能够得到积分，也能够消耗积分。积分的消耗使用受数据价值函数评价。这种数据价值流通方法能够很好地促进各医院之间医疗数据的保护隐私的交易，为保护隐私的医疗数据市场奠定了良好的基础。

本申请各实施例中，所有参与方均可以通过积分购买所需的数据、购买模型使用权及自行模型训练，用于临床科研协作、单病种模型训练等场景，大大推动了医疗机构积极参与科研数据共享与协同。

本申请各实施例通过研究区块链去中心化、不可篡改的特性下实现所有协作体地位平等，数据确权；通过公允的数据定价和积分体系，激励各方协作体积极参与数据共享；通过建立完善的多协作体医疗数据交易机制，保证医疗数据交易过程的隐私性，可靠性，高效性。

本申请各实施例实现了医疗数据价值流通，实现医疗数据孤岛之间的数据协作，确保数据共享过程中的所有权确认，并通过上链认证，数据不出本地等措施保证数据的安全性，以推动医学科研发展和成果转化。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，包括：

基于不同参与方提供的医疗数据组建由联邦服务器主导的区块链网络；

任意一个参与方作为任务发起者，向所述联邦服务器发起目标数据的共享请求；

所述联邦服务器响应后对所述目标数据进行价值评估、向具有所述目标数据的参与方发起训练任务，具有所述目标数据的参与方作为数据提供者，在本地进行训练任务，将训练结果回传至联邦服务器，所述联邦服务器对所述训练结果进行聚合；

所述联邦服务器将聚合后的训练结果发送给所述任务发起者，所述任务发起者根据训练结果获得所述目标数据的模型参数；

所述任务发起者向所述数据提供者交付与所述联邦服务器价值评估结果相应的凭证。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，在组建由联邦服务器主导的区块链网络之后，还包括基于不同参与方提供的医疗数据的价值，对不同的参与方分配初始积分。

3.根据权利要求2所述的基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，基于不同参与方提供的医疗数据的价值，对不同的参与方分配初始积分，具体包括：

确定医疗数据价值体系的不同维度，对所述不同维度分别赋予权重，进而构建基于医疗数据的数据价值函数；

所述数据价值函数用于评估不同参与方提供的医疗数据的价值，对不同的参与方分配初始积分。

4.根据权利要求3所述的基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，所述不同维度包括数据基本属性、数据稀缺性、以及医疗可用性，所述数据基本属性包括数据成本、数据完整性、以及数据实效性。

5.根据权利要求1所述的基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，在发起目标数据的共享请求之前，还包括：

根据不同参与方提供的医疗数据，确定其他参与方是否存在所述目标数据。

6.根据权利要求1所述的基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，所述数据提供者在本地进行训练任务之前，还包括所述任务发起者和所述数据提供者进行交易确认。

7.根据权利要求6所述的基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，所述任务发起者和数据提供者进行交易确认，具体包括：

所述联邦服务器对所述目标数据进行价值评估并生成记载有使用所述目标数据的智能合约，所述任务发起者获得所述智能合约、确认并签名后发布于区块链网络。

8.根据权利要求7所述的基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，所述智能合约包括所述目标数据的交易积分，所述智能合约由所述联邦服务器基于医疗数据价值体系生成，所述医疗数据价值体系的不同维度包括数据基本属性、数据稀缺性、以及医疗可用性。

9.根据权利要求7所述的基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，

将训练结果回传至联邦服务器，具体包括：将训练结果通过同态加密算法加密，加密后回传至联邦服务器；

在所述任务发起者获得训练结果后，具体包括：通过同态加密算法解密得到所述目标数据的模型参数。

10.根据权利要求7所述的基于区块链的医疗数据价值流通方法，其特征在于，所述任务发起者向所述数据提供者交付与所述联邦服务器价值评估结果相应的凭证，具体包括：

扣除所述任务发起者的积分，将扣除的积分分发给数据提供者，扣除积分和分发积分按所述智能合约进行。

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