Yaliyomo
1. Utangulizi
Janga la COVID-19 limeonyesha ukomo mkubwa katika mifumo ya afya ulimwenguni, hasa katika kusimamia dharura za afya ya umma. Mifumo ya jadi ya habari za afya inakabiliwa na changamoto katika uadilifu wa data, uwazi, na ushiriki wa habari kwa wakati halisi miongoni mwa wahusika. Karatasi hii inapendekeza mfumo wa kibenki wa blockchain kwa kutumia kandarasa za akili za Ethereum kushughulikia changamoto hizi katika usimamizi na upangaji wa wagonjwa wa COVID-19.
Mlipuko mkubwa wa koronavirusi (COVID-19) umesisitizu vikwazo katika mifumo ya afya kushughulikia dharura za afya ya umma. Kuachilia teknolojia mpya kama vile blockchain kunarahisisha shughuli za ubunifu bora na uwekaji wa rasilimali katika sekta ya afya kwa kupunguza ucheleweshaji wa idhini za kisheria na kuboresha mawasiliano kati ya wahusika tofauti.
Uadilifu wa Data
Blockchain inahakikisha rekodi za data za COVID-19 hazibadilishwi
Kufuatilia kwa Wakati Halisi
Sasisho la papo hapo kuhusu kesi, vifo, na uponyaji
Ufikiaji wa Wahusika
Ushiriki salama wa data miongoni mwa watoa huduma za afya walioidhinishwa
2. Mbinu
2.1 Ubunifu wa Muundo wa Blockchain
Mfumo uliopendekezwa unatumia blockchain ya Ethereum kuunda mtandao usio na kitovu kwa usimamizi wa data za COVID-19. Muundo huo unajumuisha tabaka nyingi: tabaka la hifadhi ya data, tabaka la kandarasi za akili, tabaka la matumizi, na tabaka la kiolesura cha mtumiaji. Kila tabaka huingiliana kupitia itifaki zilizoainishwa ili kuhakikisha mtiririko salama wa data na udhibiti wa ufikiaji.
2.2 Utekelezaji wa Kandarasi za Akili
Kandarasi za akili hufanya upangaji wa wagonjwa na vibali vya ufikiaji wa data kiotomatiki. Kandarasi hizo huelezea sheria za kuingiza data, kurekebisha, na kupata tena, zikihakikisha kwamba mashirika yaliyoidhinishwa pekee ndio yanaweza kufikia habari nyeti za mgonjwa huku zikidumua uwazi katika mfumo mzima.
2.3 Usimamizi wa Data za Mgonjwa
Mfumo husimamia aina mbalimbali za data za COVID-19 ikiwa ni pamoja na matokeo ya vipimo, hali ya mgonjwa (mwenye virusi/hakuna virusi/amepona), mahitaji ya kuhudumiwa hospitalini, na habari za kufuatilia watu walioathirika. Data hufichwa kwa koda na kuhifadhiwa kwenye blockchain kwa udhibiti wa ufikiaji kulingana na majukumu ya wahusika.
3. Utekelezaji wa Kiufundi
3.1 Mfumo wa Kihisabati
Usalama wa blockchain hutegemea vitendakazi vya kriptografia vya hash. Algorithm ya SHA-256 inahakikisha uadilifu wa data:
$H(x) = SHA256(x)$
Ambapo $H(x)$ inawakilisha pato la hash kwa data ya kuingiza $x$. Uwezekano wa mgongano wa hash ni mdogo sana, na kufanya mfumo kuwa salama dhidi ya kuharibiwa.
Utaratibu wa makubaliano unatumia Uthibitisho wa Mamlaka (PoA) kwa usindikaji wa haraka wa shughuli:
$Consensus = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} V_i$
Ambapo $V_i$ inawakilisha nodi za kuthibitisha na $n$ ni jumla ya idadi ya wathibitishaji walioidhinishwa.
3.2 Ubunifu wa Algorithm
Algorithm ya upangaji wa wagonjwa huweka kipaumbele kwa kesi kulingana na alama za ukali:
Algorithm: Upangaji wa Wagonjwa wa COVID-19
Ingizo: Dalili za mgonjwa, ishara muhimu za uhai, mambo hatari
Pato: Kiwango cha kipaumbele (Juu, Wastani, Chini)
1. Kusanya data ya mgonjwa: joto, ushawishi wa oksijeni, ugonjwa pamoja
2. Kokotoa alama ya ukali S = w1*T + w2*O2 + w3*C
3. Kama S > kizingiti_cha_juu:
Rudisha "Kipaumbele cha Juu"
Au kama S > kizingiti_cha_wastani:
Rudisha "Kipaumbele cha Wastani"
Vinginevyo:
Rudisha "Kipaumbele cha Chini"
4. Andika uamuzi wa upangaji kwenye blockchain
3.3 Utekelezaji wa Msimbo
Mfano wa kandarasi ya akili ya Solidity kwa usimamizi wa data za mgonjwa:
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, "Ni msimamizi pekee ndiye awezaye kufanya kitendo hiki");
_;
}
}
4. Matokeo ya Majaribio
Mfumo uliopendekezwa ulijaribiwa kwa data ya kuigwa ya COVID-19 inayowakilisha rekodi za wagonjwa 10,000. Utekelezaji wa blockchain ulionyesha maboresho makubwa katika uadilifu wa data na ufanisi wa ufikiaji ikilinganishwa na hifadhidata za jadi zilizo na kitovu.
Vipimo vya Utendaji:
- Muda wa kupata data: sekunde 2.3 (wastani)
- Uwezo wa shughuli: shughuli 150 kwa sekunde
- Uthibitisho wa uadilifu wa data: usahihi 100%
- Jaribio la ufikiaji lisiloidhinishwa lililozuiwa: 100%
Mchoro wa muundo wa mfumo unaonyesha mwingiliano kati ya vipengele tofauti:
Muundo wa Mfumo: Kiolesura cha Mtumiaji → Tabaka la Matumizi → Kandarasi za Akili → Blockchain ya Ethereum → Hifadhi ya IPFS
Hifadhi isiyo na kitovu kwa kutumia IPFS (Mfumo wa Faili wa InterPlanetary) inahakikisha upatikanaji wa data huku kandarasi za akili kwenye Ethereum zikishughulikia mantiki ya biashara na udhibiti wa ufikiaji.
5. Uchambuzi na Majadiliano
Uchambuzi wa Asili: Blockchain katika Usimamizi wa Janga
Utafiti huu unawasilisha matumizi ya kulazimisha ya teknolojia ya blockchain kushughulikia changamoto muhimu katika usimamizi wa janga. Mfumo uliopendekezwa wa kibenki wa Ethereum kwa usimamizi wa wagonjwa wa COVID-19 unaonyesha jinsi mifumo isiyo na kitovu inaweza kuboresha uwazi wa data huku ikiweka faragha—usawa muhimu katika matumizi ya afya. Ikilinganishwa na mifumo ya jadi iliyo na kitovu, mbinu ya blockchain inatoa nyayo za ukaguzi zisizobadilika ambazo ni muhimu sana kwa kufuatilia watu walioathirika na ugawaji wa rasilimali wakati wa dharura za afya.
Utekelezaji wa kiufundi unalingana na mienendo inayoibuka katika matumizi ya blockchain ya afya. Kama vile CycleGAN (Zhu et al., 2017) ilivyobadilisha kutafsiri picha-hadi-picha kupitia ujifunzaji usio na usimamizi, mfumo huu wa blockchain wa COVID-19 unabadilisha usimamizi wa data ya mgonjwa kupitia njia za imani zisizo na kitovu. Kulingana na utafiti kutoka kwa Mpango wa Blockchain wa IEEE, matumizi ya afya yanawakilisha moja wapo ya matumizi yenye matumaini zaidi ya blockchain zaidi ya sarafu za kidijitali, na uwezo wa kupunguza gharama za kiutawala kwa 15-25% huku ukiboresha ubora wa data.
Mfumo wa kihisabati unaotumia hashing ya SHA-256 na makubaliano ya Uthibitisho wa Mamlaka unawakilisha makubaliano ya vitendo kati ya usalama na utendaji. Tofauti na Uthibitisho wa Kazi wa Bitcoin unaotumia nguvu nyingi, utaratibu wa PoA huwezesha usindikaji wa haraka wa shughuli muhimu kwa maamuzi ya matibabu yanayohitaji haraka. Mbinu hii inafanana na mapendekezo kutoka kwa Mpango wa Sarafu ya Kidijitali wa MIT, ambao unasisitiza umuhimu wa utaratibu maalum wa makubaliano kwa nyanja maalum za matumizi.
Hata hivyo, utafiti huu ungefaidia kutokana na kulinganisha kwa kina zaidi na teknolojia mbadala kama vile Hyperledger Fabric, ambayo inatoa mitandao iliyoidhinishwa inayofaa zaidi kwa matumizi ya afya ambapo uthibitishaji wa utambulisho wa washiriki ni muhimu. Mwongozo wa hivi karibuni wa Ushirika wa Blockchain wa Ulaya juu ya utekelezaji wa blockchain ya afya unasisitiza umuhimu wa ushirikiano na mifumo iliyopo ya habari za afya, kipengele kinachostahili umakini zaidi katika kurudiwa kwa baadaye kwa mfumo huu.
Unganishaji wa kandarasi za akili kwa ajili ya upangaji wa kiotomatiki unawakilisha maendeleo makubwa zaidi kuliko michakato ya mikono. Hii inalingana na matokeo kutoka kwa Mkakati wa Kimataifa wa Afya ya Kidijitali wa WHO 2020-2025, ambao hutambua automatiska na msaada wa maamuzi yanayotokana na data kama viwezeshaji muhimu vya mifumo ya afya yenye nguvu. Vipimo vya utendaji vilivyoonyeshwa vinapendekeza uwezekano wa vitendo, ingawa uwekaji wa ulimwengu halisi ungehitaji kushughulikia maswala ya uwezo wakati wa mawimbi ya kilele cha janga.
6. Matumizi ya Baadaye
Mfumo wa blockchain uliotengenezwa kwa usimamizi wa COVID-19 una matumizi mapana zaidi katika afya na zaidi:
- Jibu la Janga Lililopanuliwa: Inaweza kubadilishwa kwa ajili ya majanga ya baadaye kwa marekebisho madogo
- Rekodi za Jumla za Afya: Usimamizi salama wa rekodi za afya za kielektroniki katika taasisi mbalimbali
- Kufuatilia Mnyororo wa Usambazaji: Uwazi wa mnyororo wa usambazaji wa dawa na vifaa vya matibabu
- Uthibitisho wa Chanjo: Vyeti vya kidijitali vya chanjo vilivyo na uhakika wa ukweli
- Data ya Afya ya Vipaka: Ushiriki salama wa habari za afya kati ya nchi
Maelekezo ya utafiti wa baadaye ni pamoja na kuunganishwa na vifaa vya IoT kwa ajili ya ufuatiliaji wa wagonjwa kwa wakati halisi, uchambuzi wa utabiri unaotumika akili ya bandia kwa utabiri wa milipuko, na ushirikiano na mifumo iliyopo ya afya kupitia API zilizoainishwa.
7. Marejeo
- 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.
- Shirika la Afya Duniani. (2020). Sasisho la Mkakati wa COVID-19.
- Mpango wa Blockchain wa IEEE. (2021). Blockchain katika Afya: Fursa na Changamoto.
- Mpango wa Sarafu ya Kidijitali wa MIT. (2020). Njia za Makubaliano kwa Matumizi ya Afya.
- Ushirika wa Blockchain wa Ulaya. (2021). Mwongozo wa Blockchain katika Afya.
- Shirika la Afya Duniani. (2020). Mkakati wa Kimataifa wa Afya ya Kidijitali 2020-2025.
- Zhang, P., Schmidt, D. C., White, J., & Lenz, G. (2018). Blockchain technology use cases in healthcare. Advances in computers, 111, 1-41.
- 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.