Johdanto: Turvallisuus imperatiivisen nykyaikaisen diabetes hoito

Keinotekoinen haima.Lisäksi virallisesti tunnetaan suljetun-silmukka insuliinin toimitusjärjestelmä.Se edustaa suurta harppausta eteenpäin tyypin 1 diabeteksen hallinnassa. Yhdistämällä jatkuva glukoosin seuranta (CGM), insuliinipumppu, ja ohjausalgoritmi, nämä järjestelmät säätää insuliinin toimitusta automaattisesti perustuu reaaliaikaisiin glukoosi lukemat. Tämä automaatio vähentää rasitusta potilaille ja voi merkittävästi parantaa glykeemistä hallintaa, mikä vähentää riskiä sekä hyperglykemia ja hypoglykemia.

Kun keinotekoiset haimajärjestelmät kuitenkin kytkeytyvät yhä enemmän toisiinsa . Kun bluetooth-, Wi-Fi- tai soluverkot yhdistetään älypuhelimiin, pilvialustoihin ja terveydenhuollon palveluntarjoajan portaaleihin, niistä tulee myös mahdollisia kohteita kyberhyökkäyksille. Rikkominen voisi mahdollistaa hyökkääjän manipuloida insuliinin toimitusta, glukoosilukemien peukalointia tai varastaa arkaluontoisia terveystietoja. Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkehallinto (FDA) on korostanut kyberturvallisuuden merkitystä lääkinnällisten laitteiden osalta ja antanut markkina-ohjetta[[], joka edellyttää valmistajilta turvallisuutta koko tuotteen elinkaaren ajan. Tässä maisemassa lohkoketjuteknologia tarjoaa uudenlaisen ja vankan lähestymistavan, jolla varmistetaan tietojen virtaus keinotekoisen haimaekosysteemin läpi.

Blockchain-teknologian ymmärtäminen Hypen ulkopuolella

Blockchain liittyy usein salausvaluuttoihin, kuten Bitcoiniin, mutta sen taustalla oleva arkkitehtuuri on tehokas väline tietojen eheyteen ja kulunvalvontaan. Sen ytimessä on jaettu digitaalinen tilikirja[, jossa liiketoimet kirjataan salaustoiminnolla yhdistettyihin lohkoihin. Jokaisessa lohkossa on aikaleima, viittaus edelliseen lohkoon (hasilaisen kautta) ja datan hyötykuorma. Kirjaa ylläpitää solmujen verkosto, joista jokaisella on kopio ja konsensusmekanismit (esim. työtodisteet, otteen todistaminen tai käytännön Bysanttien vikatoleranssi) varmistaa, että kaikki solmut sopivat ledgerin nykytilasta.

Useat ominaisuudet tekevät lohkoketjusta houkuttelevan terveydenhuollon tiedonhallintaan:

  • Hajauttaminen:[ Ei mitään vikapistettä. Tiedot toistetaan useiden solmujen välillä, joten yhteen solmuun kohdistuva hyökkäys ei vaaranna koko järjestelmää.
  • Mutaatiokyky:[] Kun lohko lisätään ketjuun, sen muuttaminen edellyttäisi kaikkien myöhempien lohkojen uudelleenlaskemista suurimmalle osalle solmuja, mikä on laskennallisesti mahdotonta toteuttaa. Tämä takaa sen, että historiallisia potilastietoja ei voida peukaloida takautuvasti.
  • Avoinuus ja Auditointi:[ Valtuutetut osapuolet voivat jäljittää jokaisen tapahtuman (esim. tietojen lukeminen, tietojen kirjoittaminen, suostumustapahtuma) takaisin sen alkuperään, luomalla täydellisen kirjausketjun.
  • ] Salaus:[] Tiedot voidaan salata ja jakaa vain niiden osapuolten kanssa, joilla on oikeat salausavaimet. Potilailla voi olla yksityisiä avaimia, jotka myöntävät tai kumoavat terveystietonsa.

Keinotekoisten haimajärjestelmien osalta nämä ominaisuudet suoraan käsittelevät turvallisuusongelmia. Kaikki lohkoketjut eivät kuitenkaan ole tasa-arvoisia. Julkiset lohkoketjut (kuten Ethereum) tarjoavat hajauttamista, mutta voivat kärsiä latenssista ja korkeista transaktiokustannuksista. Lupa- tai yksityiset lohkoketjut (kuten Hyperledger Fabric tai Corda) mahdollistavat nopeammat liiketoimet, valvotun jäsenyyden ja sääntöjen, kuten HIPAA. Hybridi lähestymistapa yhdistää yksityisen lohkoketju ydindatan säännöllisesti ankkuroitu julkisen lohkoketju avoimuuden.

Tekohaimajärjestelmien lohkoketjun erityiset edut

Tietoturvallisuuden parantaminen salauksen ja hajauttamisen avulla

Tekon haimajärjestelmät tuottavat jatkuvasti arkaluontoisia tietoja: glukoosilukemat, insuliiniannokset, hiilihydraattien saanti ja laiteasetukset. Tätä tietoa voidaan käyttää hyökkääjien kannalta. Sitä voidaan käyttää identiteettivarkaisiin, vakuutuspetokseen tai jopa suoraan fyysiseen haittaan manipuloimalla insuliinin toimitusta. Blockchain .Salauksella varmistetaan, että tiedot tallennetaan salatussa muodossa, ja hajautettu arkkitehtuuri tarkoittaa, ettei ole keskuspalvelinta, joka murtautumalla paljastaisi kaikki potilastiedot. Vaikka hyökkääjä pääsee käsiksi yhteen solmuun, he näkevät vain osan salatusta tilikirjasta.

Tarkkojen lääketieteellisten tietojen luotettavuus

Keinotekoisessa haimajärjestelmässä sekä laitelokit että hoitopäätökset on oltava luotettavia. Jos potilas kokee vakavan hypoglykemian, kliinikoiden on tiedettävä tarkasti, mitä järjestelmä teki tuntien aikana. Perinteisten tietokantojen avulla kehittynyt hyökkääjä voi muuttaa lokit piilottaakseen epäpuhtauden. Blockchain. Blockchain.Sinun muuttumattomuus takaa, että kun tiedot tallennetaan, sitä ei voi muuttaa havaitsematta. Tämä on tärkeää paitsi turvallisuuden että sääntelyn noudattamista ja medio-oikeudellisia tutkimuksia. Esimerkiksi FDA voi vaatia laitevalmistajia ylläpitämään tarkastuspolkuja[] kaikille ohjelmistopäivitykset ja datan käyttö.

Potilas-sentrisen tietosuojan valvonta

Jokaisella potilaalla, jolla on keinotekoinen haima, pitäisi olla oikeus päättää, kuka voi käyttää glukoositietojaan. Nykyään tiedot virtaavat usein laitteen valmistajalle . Potilas endokrinologi ja mahdollisesti tutkimustietokanta. Potilailla on rajallinen näkyvyys tai kontrolli. Blockchain mahdollistaa itsensä hallitsijan identiteetin: potilaalla on digitaalinen lompakko, joka sisältää salausavaimet. Käyttämällä älykkäitä sopimuksia (itsenäisesti suoritettava koodi lohkoketjussa), potilas voi määritellä käyttöperiaatteet. Esimerkiksi fiksu sopimus voi antaa lukeman vain tietyn lääkärin seuraavan 30 päivän ajan, peruuttaa sen automaattisesti tai vaatia potilaan nimenomaista hyväksyntää kullekin dataosakkeelle. Tämä palauttaa yksityisyyden valvonnan potilaan käsiin.

Turvallinen ja avoin tietojen jakaminen palveluntarjoajien kesken

Diabetes hoito koostuu usein useista hoitoryhmistä: endokrinologit, ensihoidon lääkärit, dieettit ja sertifioidut diabetes kasvattajat. Nämä tarjoajat tarvitsevat samat glukoosi- ja insuliinitiedot hoidon koordinoimiseksi. Tänään yhteiskäyttö tehdään usein faksilla, sähköpostilla tai potilasvälitteisillä portaaleilla, jotka kaikki ovat epävarmoja tai tehottomia. Blockchain-pohjainen terveystietojen vaihto (HIE) voi luoda yhteisen, luvan saaneen tilikirjan, jossa kullakin palveluntarjoajalla on yhtenäinen näkemys tiedoista, ja jokainen pääsy on kirjautunut. Tämä vähentää päällekkäistä testausta ja parantaa hoidon koordinointia eri laitoksissa. Esimerkiksi Medrec -hanke MIT käyttää lohkoketjua antaakseen potilaille yhtenäisen kuvan heidän sähköisistä terveystiedoistaan eri elimissä.

Tampere-Proof-laitefirmware ja ohjelmistopäivitykset

Yksi lääkinnällisten laitteiden hyökkäysvektoreista on laiteohjelmiston päivitysprosessi. Jos hyökkääjä työntää pahansuovan päivityksen insuliinipumpun käyttöön, se voi aiheuttaa vaarallisia annoksia. Blockchainia voidaan käyttää päivityksen jakelun varmistamiseen: jokaista päivitystä voidaan hämmentää ja tallentaa lohkoketjuun; laite tarkistaa lohkoketjun asianmukaisen allekirjoituksen ja eheyden todistamisen varalta ennen päivityksen soveltamista. Tämä poistaa riski ihmisestä keskellä tapahtuvasta hyökkäyksestä, joka tuottaa väärennettyjä firmware-ohjelmia. Yritykset kuten Xage Security[[]] jo käyttävät blockchainia turvallisten laitteiden tunnistamiseen ja firmware-päivittämiseen teollisissa IoT-laitteissa.

Haasteisiin ja käytännön näkökohtiin vastaaminen

Lupauksesta huolimatta blockchainin integrointi keinotekoisiin haimajärjestelmiin ei ole yksinkertaista. Ennen laajaa käyttöönottoa on poistettava useita teknisiä, sääntelyyn ja käytettävyyteen liittyviä esteitä.

Laskeutumisyli- ja laskutus

Keinotekoinen haimajärjestelmä vaatii reaaliaikaista tai lähes reaaliaikaista vastetta. Insuliinin säätöjä tapahtuu muutaman minuutin välein. Perinteiset lohkoketju konsensusmekanismit, erityisesti todiste-työ, käyttöön latenssi (sekunteja minuutteihin) ja suuri energiankulutus. Lupatut lohkoketjut, joissa on tehokkaampi konsensus (esim. Raft, Istanbul Bysantin Fault Sustainability), voivat vähentää latenssia ali sekunnin tasolle, mutta kustannukset hajautus. Keinotekoisen haiman hybridi lähestymistapa voi olla paras: käyttää nopeaa yksityistä lohkoketjua laitteiden ja laitteiden välillä ja pilviin tapahtuvissa toimissa, ja määräajoin tiivistää tiedot (hai) julkisen lohkoketjun pitkän aikavälin eheyden todentamista varten.

Skaalattavuus ja varastointi

Jokainen glukoosin lukema (tyypillisesti joka viides minuutti) ja jokainen insuliiniannostapahtuma luo uuden tietopisteen. Yli vuoden aikana yli 100 000 tietopistettä potilasta kohti. Kaikkien ketjussa olevien tietojen säilyttäminen paisuttaisi tilikirjaa, lisäisi säilytyskustannuksia ja heikentäisi suorituskykyä. Yleinen työ on säilyttää raakadata pois ketjusta (esim. salattuun tietokantaan) ja tallentaa vain kunkin dataerän hash lohkoketjussa. Hash toimii todisteena olemassaolosta ja eheydestä, jos raakadatalla on sama kuin hash, mutta blockchain ei pidä itse tietoa. Tätä kutsutaan pois ketjussa tapahtuvaksi varastoimiseksi .

Sääntelyn noudattaminen

Terveydenhuollon tietoja koskevat tiukat tietosuojamääräykset: HIPAA Yhdysvalloissa, GDPR Euroopassa ja vastaavat lait muualla. Blockchaini. Blockchainiit voivat olla ristiriidassa GDPR:n nojalla unohdettavan oikeuden kanssa. Jos tiedot ovat todella muuttumattomia, niitä ei voida poistaa. Kuitenkin tätä voidaan käsitellä vain varastoimalla ketjussa olevia (joita ei pidetä henkilötietoina) tai käyttämällä luvallisia lohkoketjuja, joissa nimetty hallinnoija voi mitätöidä lohkon. Lisäksi blockchain-ratkaisut on validoitava lääkinnällisiä laitteita koskevien määräysten mukaisesti, kuten FDA.:n laatujärjestelmäasetus ja ISO 13485. Kaikki ohjelmistot, joita käytetään keinotekoisissa haimajärjestelmissä, jotka käsittelevät turvallisuuskriittisiä toimintoja, voivat vaatia FDA 510(k) luvan tai ennakkomarkkinointihyväksyntä. Kehittäjät ovat tiiviissä yhteistyössä sääntelyelinten kanssa, jotta voidaan määritellä selkeä reitti markkinoille.

Käyttäjäkokemus ja potilaan adoptio

Potilaiden pyytäminen hallitsemaan salausavaimia ja ymmärtämään älykkäitä sopimuksia on epärealistista useimmille käyttäjille. Käyttöliittymän on oltava avoin. Potilaiden ei pitäisi joutua tietämään, että lohkoketju on olemassa. Järjestelmän tulisi käsitellä avainhallintaa automaattisesti, varmuuskopiointi- ja palautusmekanismeilla (esim. sosiaalisen hyödynnyksen tai laitteiston turvamoduulien avulla). Lisäksi terveydenhuollon tarjoajat ovat jo täynnä sähköisiä terveystietojärjestelmiä; minkä tahansa lohkoketjuun perustuvan ratkaisun on integroitava saumattomasti olemassa oleviin työvirtoihin eikä siihen saa lisätä lisätaakkaa. Käyttäjäystävällisten ja turvallisten sovellusten rakentaminen on keskeinen suunnittelutavoite.

Yhteentoimivuus Legacy Systemsin kanssa

Nykyään keinotekoiset haimajärjestelmät tukeutuvat usein yksityisiin pilvialustoihin (esim. Dexcom CLARITY, Medtronic CareLink). Näitä järjestelmiä ei ole suunniteltu toimimaan blockchainin kanssa. Yhteentoimivuuden saavuttamiseksi tarvitsemme standardoituja tietoformaatteja (esim. HL7 FHIR) ja sovellusohjelmointirajapintoja (API), jotka voivat syöttää tietoja lohkoketjusolmuun. IEEE 11073[] -standardia lääkinnällisten laitteiden kommunikaatiolle ja []Continua Design Guidelines[[ -ohjeisto tarjoaa puitteet, mutta käyttöönotto on epäjohdonmukaista.

Tulevaisuuden näkymät: Käsitteestä kliiniseen todellisuuteen

Blockchain on edelleen uusi teknologia terveydenhuollossa, mutta useat tutkimushankkeet ja startup-yritykset työskentelevät aktiivisesti keinotekoisten haimajärjestelmien kannalta merkityksellisten sovellusten parissa.

Nykyinen tutkimus ja aloitteet

Guardtime[ -yritys on ottanut käyttöön terveydenhuollon tietojen eheyden lohkoketjun Virossa varmistaen, että potilastietojen saatavuus on kirjautunut muuttumattomasti. MediaLedger-projekti[[] käyttää lohkoketjua lääkkeiden jäljittämiseen, mutta taustalla olevat periaatteet koskevat lääkinnällisten laitteiden tietoja. Akatemiatutkimuksessa IEEE Access [] -paperi ehdotti blockchain-pohjaista järjestelmää suljetun insuliinin jakelun turvalliseen tietojen jakamiseen, mikä osoittaa, että yksityinen lohkoketju, jossa on käytännön Bysanttien vikatoleranssi, voisi täyttää latenssivaatimukset. Toinen Kalifornian yliopiston, San Diegon tutkimus tutkittiin älykkäitä sopimuksia ].

Integrointi Edge Computing- ja tekoälyyn

Seuraava sukupolvi keino haimajärjestelmien todennäköisesti sisällyttää reunankäsittelyn tietoja paikallisesti pumpun tai älypuhelimen vähentää pilviriippuvuutta. Blockchain voi ajaa reunasolmuja, tarjoamalla hajautettu tietojen tarkistaminen luomatta keskuspalvelimen. Lisäksi koneoppimisen algoritmeja käytetään ennustava glukoosinhallinta voi hyötyä lohkoketjussa turvatut koulutusaineistot. Jos potilaat ovat valmiita jakamaan anonymisoituja tietojaan kautta lohkoketjupohjaisilla datamarkkinoilla, tutkijat voisivat kouluttaa tarkempia malleja samalla suojella potilaiden yksityisyyttä. Alustat kuten Ocean Protocol[[] ja Fetch.ai[ ovat edelläkävijöitä tämän käsitteen.

Sääntelyn Sandboxes ja pilottiohjelmat

Adoption nopeuttamiseksi terveydenhuoltoalan sääntelyviranomaiset ovat useissa maissa perustaneet hiekkalaatikoita, joissa uutta teknologiaa voidaan testata höllentyjen sääntöjen mukaisesti. Esimerkiksi FDA.Saatavilla on digitaalinen terveyskeskus, joka kannustaa kokeilemaan uusia kyberturvallisuuden lähestymistapoja. Blockchain-turvallista keino haimajärjestelmää voitaisiin kokeilla hiekkalaatikossa, jossa kerätään tosimaailman todisteita paremmasta turvallisuudesta ja potilaiden tuloksista. Jos tämä onnistuu, tällaiset pilottit voisivat tasoittaa tietä viralliselle hyväksymiselle.

Sidosryhmien yhteistyön rooli

Mikään yksittäinen organisaatio ei voi ratkaista kaikkia haasteita. Laitevalmistajien (esim. Medtronic, Tandem, Insulet) on avattava sovellusrajapintansa ja sitouduttava turvallisuusstandardeihin. Sääntelyviranomaisten on annettava selkeää opastusta siitä, miten lohkoketjuun perustuvia lääkinnällisiä laitteita arvioidaan. Terveydenhuollon tarjoajat tarvitsevat koulutusta eduista ja rajoituksista. Potilaiden on osallistuttava suunnitteluprosessiin ajoissa, jotta ratkaisut ovat käyttökelpoisia ja luotettavia.Diabetesteknologiayhdistys [:] ja International Society for Pediatric and Adolecent Diabetes[[] voivat helpottaa vuoropuhelua ja kehittää parhaita käytäntöjä.

Päätelmä: Automatisoitu insuliinin annosteluun tarkoitettu turvallinen polku

Blockchain-teknologia tarjoaa vakuuttavan työkalupaketin keinotekoisten haimajärjestelmien tietoturvahaasteisiin. Sen kyky tarjota muuttumattomuutta, hajautettua luottamusta, potilaskontrolloitua pääsyä ja avoimia kirjausketjuja on suoraan linjassa nykyaikaisen diabeteksen hoidon tarpeiden kanssa. Vaikka käytännön esteet ovat edelleen olemassa . Viivästyminen, skaalattavuus, sääntöjen noudattaminen ja käyttäjäkokemus.None-rakenne ei ole ylitsepääsemätön. Ottamalla käyttöön hybridiarkkitehtuurin, jossa yhdistyvät yksityiset lohkoketjut nopeaan toimintaan, ketjujen ulkopuolisiin varastointiin ja ketjujen sisäiseen tarkastukseen, kehittäjät voivat saavuttaa sekä turvallisuuden että suorituskyvyn.

Lopullisena tavoitteena ei ole tehdä lohkoketjusta näkyvää potilaille tai kliinikoille, vaan tehdä järjestelmästä luonnostaan turvallisempi, jotta he voivat luottaa elämää ylläpitävän hoidon hallintaan. Tutkimuksen edetessä ja pilottihankkeissa on osoitettu todellisia hyötyjä, lohkoketjusta voisi tulla teko haimasuunnittelun standardikomponentti. Juuri kun salaus ja autenttisuus ovat nykyään. Tyypin 1 diabetesta sairastavat potilaat ansaitsevat järjestelmiä, jotka eivät ole ainoastaan tehokkaita vaan myös selviytyviä kehittyviä tietoverkkouhkia vastaan. Blockchain, jota sovelletaan harkitusti, voi auttaa tämän lupauksen toteuttamisessa.