Pengurusan dan Triage Pesakit COVID-19 Pintar Menggunakan Rangka Kerja Blockchain

Kandungan

1. Pengenalan

Pandemik COVID-19 telah mendedahkan batasan ketara dalam sistem penjagaan kesihatan di seluruh dunia, terutamanya dalam menguruskan kecemasan kesihatan awam. Sistem maklumat penjagaan kesihatan tradisional menghadapi cabaran dalam integriti data, ketelusan, dan perkongsian maklumat masa nyata di kalangan pihak berkepentingan. Kertas ini mencadangkan rangka kerja berasaskan blockchain menggunakan kontrak pintar Ethereum untuk menangani cabaran ini dalam pengurusan dan triage pesakit COVID-19.

Wabak koronavirus (COVID-19) yang meledak telah menonjolkan kekangan dalam sistem penjagaan kesihatan untuk menangani kecemasan kesihatan awam. Mengguna pakai teknologi inovatif seperti blockchain memudahkan operasi reka bentuk dan penyebaran sumber yang berkesan dalam sektor penjagaan kesihatan dengan mengurangkan kelewatan dalam kelulusan kawal selia dan meningkatkan komunikasi antara pihak berkepentingan yang berbeza.

2. Metodologi

2.1 Reka Bentuk Seni Bina Blockchain

Sistem yang dicadangkan menggunakan blockchain Ethereum untuk mencipta rangkaian terpencar untuk pengurusan data COVID-19. Seni bina termasuk pelbagai lapisan: lapisan penyimpanan data, lapisan kontrak pintar, lapisan aplikasi, dan lapisan antara muka pengguna. Setiap lapisan berinteraksi melalui protokol yang ditakrifkan untuk memastikan aliran data dan kawalan akses yang selamat.

2.2 Pelaksanaan Kontrak Pintar

Kontrak pintar mengautomasikan proses triage pesakit dan kebenaran akses data. Kontrak mentakrifkan peraturan untuk kemasukan data, pengubahsuaian, dan pengambilan, memastikan hanya entiti yang diberi kuasa boleh mengakses maklumat pesakit sensitif sambil mengekalkan ketelusan dalam sistem keseluruhan.

2.3 Pengurusan Data Pesakit

Sistem menguruskan pelbagai jenis data COVID-19 termasuk keputusan ujian, status pesakit (positif/negatif/pulih), keperluan hospitalisasi, dan maklumat penjejakan kontak. Data disulitkan dan disimpan pada blockchain dengan kawalan akses berdasarkan peranan pihak berkepentingan.

3. Pelaksanaan Teknikal

3.1 Rangka Kerja Matematik

Keselamatan blockchain bergantung pada fungsi hash kriptografi. Algoritma SHA-256 memastikan integriti data:

$H(x) = SHA256(x)$

Di mana $H(x)$ mewakili output hash untuk data input $x$. Kebarangkalian perlanggaran hash adalah sangat rendah, menjadikan sistem selamat daripada tempera.

Mekanisme konsensus menggunakan Proof of Authority (PoA) untuk pemprosesan transaksi yang lebih pantas:

$Consensus = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} V_i$

Di mana $V_i$ mewakili nod pengesah dan $n$ adalah jumlah bilangan pengesah yang diberi kuasa.

3.2 Reka Bentuk Algoritma

Algoritma triage pesakit mengutamakan kes berdasarkan skor keterukan:

Algoritma: Triage Pesakit COVID-19
Input: Simptom pesakit, tanda-tanda vital, faktor risiko
Output: Tahap keutamaan (Tinggi, Sederhana, Rendah)

1. Kumpul data pesakit: suhu, ketepuan oksigen, komorbiditi
2. Kira skor keterukan S = w1*T + w2*O2 + w3*C
3. Jika S > ambang_tinggi:
      Kembalikan "Keutamaan Tinggi"
   Jika tidak jika S > ambang_sederhana:
      Kembalikan "Keutamaan Sederhana"
   Jika tidak:
      Kembalikan "Keutamaan Rendah"
4. Rekod keputusan triage pada blockchain

3.3 Pelaksanaan Kod

Contoh kontrak pintar Solidity untuk pengurusan data pesakit:

pragma solidity ^0.8.0;

contract COVID19PatientManagement {
    struct Patient {
        string patientId;
        string testResult;
        uint256 testDate;
        string status;
        address authorizedDoctor;
    }
    
    mapping(string => Patient) public patients;
    address public admin;
    
    constructor() {
        admin = msg.sender;
    }
    
    function addPatientTest(
        string memory _patientId,
        string memory _testResult,
        string memory _status
    ) public onlyAdmin {
        patients[_patientId] = Patient({
            patientId: _patientId,
            testResult: _testResult,
            testDate: block.timestamp,
            status: _status,
            authorizedDoctor: msg.sender
        });
    }
    
    modifier onlyAdmin() {
        require(msg.sender == admin, "Hanya admin boleh melakukan tindakan ini");
        _;
    }
}

4. Keputusan Eksperimen

Sistem yang dicadangkan diuji dengan data COVID-19 simulasi mewakili 10,000 rekod pesakit. Pelaksanaan blockchain menunjukkan peningkatan ketara dalam integriti data dan kecekapan akses berbanding dengan pangkalan data berpusat tradisional.

Gambar rajah seni bina sistem menggambarkan interaksi antara komponen yang berbeza:

5. Analisis dan Perbincangan

6. Aplikasi Masa Depan

Rangka kerja blockchain yang dibangunkan untuk pengurusan COVID-19 mempunyai aplikasi yang lebih luas dalam penjagaan kesihatan dan seterusnya:

• Tindak Balas Pandemik Diperluas: Boleh disesuaikan untuk pandemik masa depan dengan pengubahsuaian minimum
• Rekod Penjagaan Kesihatan Umum: Pengurusan selamat rekod kesihatan elektronik merentas institusi
• Penjejakan Rantaian Bekalan: Ketelusan rantaian bekalan farmaseutikal dan peralatan perubatan
• Pengesahan Vaksinasi: Sijil vaksinasi digital dengan keaslian disahkan
• Data Kesihatan Lintas Sempadan: Perkongsian maklumat kesihatan yang selamat antara negara

Arah penyelidikan masa depan termasuk integrasi dengan peranti IoT untuk pemantauan pesakit masa nyata, analitik ramalan berkuasa AI untuk ramalan wabak, dan kebolehoperasian dengan sistem penjagaan kesihatan sedia ada melalui API piawai.

7. Rujukan

1. Zhu, J. Y., Park, T., Isola, P., & Efros, A. A. (2017). Unpaired image-to-image translation using cycle-consistent adversarial networks. Proceedings of the IEEE international conference on computer vision, 2223-2232.
2. World Health Organization. (2020). COVID-19 strategy update.
3. IEEE Blockchain Initiative. (2021). Blockchain in Healthcare: Opportunities and Challenges.
4. MIT Digital Currency Initiative. (2020). Consensus Mechanisms for Healthcare Applications.
5. European Blockchain Partnership. (2021). Guidelines for Blockchain in Healthcare.
6. World Health Organization. (2020). Global Digital Health Strategy 2020-2025.
7. Zhang, P., Schmidt, D. C., White, J., & Lenz, G. (2018). Blockchain technology use cases in healthcare. Advances in computers, 111, 1-41.
8. McGhin, T., Choo, K. K. R., Liu, C. Z., & He, D. (2019). Blockchain in healthcare applications: Research challenges and opportunities. Journal of Network and Computer Applications, 135, 62-75.