Gestão Inteligente e Triagem de Pacientes com COVID-19 Utilizando uma Estrutura de Blockchain

Índice

1. Introdução

A pandemia de COVID-19 expôs limitações significativas nos sistemas de saúde em todo o mundo, particularmente na gestão de emergências de saúde pública. Os sistemas tradicionais de informação de saúde enfrentam desafios na integridade dos dados, transparência e partilha de informações em tempo real entre as partes interessadas. Este artigo propõe uma estrutura baseada em blockchain, utilizando contratos inteligentes Ethereum, para enfrentar estes desafios na gestão e triagem de pacientes com COVID-19.

A epidemia explosiva do coronavírus (COVID-19) destacou as limitações dos sistemas de saúde para lidar com emergências de saúde pública. A adoção de tecnologias inovadoras, como o blockchain, facilita operações de design eficazes e implementações de recursos no setor da saúde, reduzindo atrasos nas aprovações regulamentares e melhorando a comunicação entre diferentes partes interessadas.

2. Metodologia

2.1 Design da Arquitetura de Blockchain

O sistema proposto utiliza a blockchain Ethereum para criar uma rede descentralizada para a gestão de dados da COVID-19. A arquitetura inclui múltiplas camadas: camada de armazenamento de dados, camada de contratos inteligentes, camada de aplicação e camada de interface do utilizador. Cada camada interage através de protocolos definidos para garantir um fluxo de dados seguro e controlo de acesso.

2.2 Implementação de Contratos Inteligentes

Os contratos inteligentes automatizam os processos de triagem de pacientes e as permissões de acesso a dados. Os contratos definem regras para entrada, modificação e recuperação de dados, garantindo que apenas entidades autorizadas podem aceder a informações sensíveis do paciente, mantendo a transparência no sistema global.

2.3 Gestão de Dados do Paciente

O sistema gere vários tipos de dados da COVID-19, incluindo resultados de testes, estado do paciente (positivo/negativo/recuperado), requisitos de hospitalização e informações de rastreamento de contactos. Os dados são encriptados e armazenados na blockchain com controlos de acesso baseados nas funções das partes interessadas.

3. Implementação Técnica

3.1 Estrutura Matemática

A segurança da blockchain baseia-se em funções criptográficas de hash. O algoritmo SHA-256 garante a integridade dos dados:

$H(x) = SHA256(x)$

Onde $H(x)$ representa a saída do hash para os dados de entrada $x$. A probabilidade de colisão de hash é extremamente baixa, tornando o sistema seguro contra adulteração.

O mecanismo de consenso utiliza Proof of Authority (PoA) para um processamento de transações mais rápido:

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

Onde $V_i$ representa os nós validadores e $n$ é o número total de validadores autorizados.

3.2 Design do Algoritmo

O algoritmo de triagem de pacientes prioriza os casos com base em pontuações de gravidade:

Algoritmo: Triagem de Pacientes com COVID-19
Entrada: Sintomas do paciente, sinais vitais, fatores de risco
Saída: Nível de prioridade (Alto, Médio, Baixo)

1. Recolher dados do paciente: temperatura, saturação de oxigénio, comorbilidades
2. Calcular pontuação de gravidade S = w1*T + w2*O2 + w3*C
3. Se S > limiar_alto:
      Retornar "Prioridade Alta"
   Senão, se S > limiar_medio:
      Retornar "Prioridade Média"
   Senão:
      Retornar "Prioridade Baixa"
4. Registar decisão de triagem na blockchain

3.3 Implementação de Código

Exemplo de contrato inteligente em Solidity para gestão de dados do paciente:

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, "Apenas o administrador pode executar esta ação");
        _;
    }
}

4. Resultados Experimentais

O sistema proposto foi testado com dados simulados da COVID-19 representando 10.000 registos de pacientes. A implementação da blockchain demonstrou melhorias significativas na integridade dos dados e eficiência de acesso em comparação com as bases de dados centralizadas tradicionais.

O diagrama da arquitetura do sistema ilustra a interação entre os diferentes componentes:

5. Análise e Discussão

6. Aplicações Futuras

A estrutura de blockchain desenvolvida para a gestão da COVID-19 tem aplicações mais amplas na saúde e além:

• Resposta a Pandemias Expandida: Adaptável para pandemias futuras com modificações mínimas
• Registos de Saúde Gerais: Gestão segura de registos de saúde eletrónicos entre instituições
• Rastreamento da Cadeia de Abastecimento: Transparência na cadeia de abastecimento farmacêutico e de equipamento médico
• Verificação de Vacinação: Certificados de vacinação digitais com autenticidade verificada
• Dados de Saúde Transfronteiriços: Partilha segura de informações de saúde entre países

As direções futuras de investigação incluem a integração com dispositivos IoT para monitorização em tempo real do paciente, análises preditivas com IA para previsão de surtos e interoperabilidade com os sistemas de saúde existentes através de APIs padronizadas.

7. Referências

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. Organização Mundial da Saúde. (2020). Atualização da estratégia para a COVID-19.
3. Iniciativa Blockchain da IEEE. (2021). Blockchain na Saúde: Oportunidades e Desafios.
4. Iniciativa de Moeda Digital do MIT. (2020). Mecanismos de Consenso para Aplicações de Saúde.
5. Parceria Europeia de Blockchain. (2021). Diretrizes para Blockchain na Saúde.
6. Organização Mundial da Saúde. (2020). Estratégia Global de Saúde Digital 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.