ABC del Blockchain para médicos.

Andrés Eduardo Rico Carrillo, CEO AIpocrates

Luis Eduardo Pino Villarreal, Fundador AIpocrates – CEO O^xLER

Mucho se habla de la tecnología llamada “cadena de bloques” o Blockchain en salud. Inclusive dentro de lo que se conoce sobre algunas de las propuestas de reforma al sector salud en Colombia incluyen esta, como una de las opciones para mejorar el flujo de información, la transparencia y seguridad de los datos del sistema. Hoy en AIpocrates hemos decidido profundizar un poco en este concepto, como siempre desde la medicina. Bienvenidos.

Blockchain es una tecnología que hace parte de un grupo más grande denominadas las Tecnologías de Registros Distribuidos (Distributed Ledger Technologies o DLTs en inglés), esencialmente estas son tecnologías que permiten mantener un registro compartido y descentralizado de transacciones o información entre múltiples partes, sin necesidad de un intermediario central. Cada parte en la red tiene una copia del registro y trabaja junta para mantenerlo actualizado y consistente.

Ahora bien, Blockchain es una DLT creada hacia principios de los años 90, pero que se popularizó realmente desde finales de la década del 2000, a través de uno de sus elementos más famosos: la criptomoneda o el Bitcoin. El nacimiento del Bitcoin sigue siendo un misterio ya que su primera mención la realizó un personaje bajo el seudónimo de Satoshi Nakamato, pero su identidad real aún se desconoce.

El Blockchain surgió como una solución alternativa que da confiabilidad y seguridad a cualquier tipo de transacción o intercambio a través de una red «no segura” como internet, sin un intermediario central, por lo cual se denomina descentralizada. (1)

Actualmente, la mayoría de las plataformas de servicios médicos almacenan datos de pacientes en su base de datos central local, lo cual puede conducir a la falta de un intercambio efectivo de información entre las unidades médicas, generando una “isla de información», desencadenando asimetrías y opacidades en torno al acceso a la información y a su vez, facilita la manipulación de los datos y los ciberataques (2) como los que han sufrido recientemente diversas empresas colombianas del sector salud.

Este modo de almacenamiento al limitar el acceso, genera una falta de datos que hace que los médicos no tengan la oportunidad de un seguimiento efectivo y sincronizado de los pacientes, llevando al fracaso del proceso diagnóstico y de tratamiento, (2) además reduce la capacidad de aprendizaje automático de los algoritmos de inteligencia artificial. (2) Por lo tanto es crucial recopilar y analizar los parámetros fisiológicos de los pacientes, los datos de atención médica de manera oportuna, mientras se protege la privacidad del paciente y la seguridad informática. (2)

La transmisión de datos personales de salud entre unidades médicas a menudo está limitada por restricciones debido a la privacidad y la seguridad de los datos. Para la gestión de datos de manera descentralizada, segura y confiable, la tecnología Blockchain es una solución o una alternativa viable. (2)

La integración de diversas tecnologías como el Blockchain y la inteligencia artificial, podría llevar a los consultorios, hospitales y clínicas a un nivel de “unidad médica inteligente” en donde en este nodo puede analizar grandes volúmenes de datos de salud para establecer relaciones complejas y no lineales entre las señales recopiladas y las enfermedades, que no se pueden expresar fácilmente en forma de ecuación, generando desenlaces en salud individual y poblacional de alto valor. (2)

La base del Blockchain es una red descentralizada

Se habla de una base de datos descentralizada pues no depende de un servidor, todos los equipos de computación que pertenezcan a la red donde se ejecuta el Blockchain, actúan como servidores y se denominan nodos (1).

Fig.1 Comparación de los tipos de red, a la izquierda equipos de computo dependientes de un servidor, a la derecha cada equipo de computo de una red actúa como servidor o nodo. Elaboración propia.

Pero ¿cómo se construye la cadena de datos o blockchain?

La estructura básica es un bloque, este bloque se compone según su utilidad, si es para las transacciones, la información contendrá los datos del origen, el destino, la hora, y las características del intercambio seguro de información determinadas bajo un “contrato inteligente” que es uno de los elementos diferenciales de los DLTs, este bloque también debe incluir el código o script con las condiciones para que se ejecute y las condiciones a ejecutar, si es un bloque inicial tiene una identificación alfanumérica cifrada o hash, que así lo distinga o si es uno más, contiene el hash del bloque previo y el que le corresponde.  (1)

Es así, que al guardar la información se le considera una base de datos y al estar dispersa en varios servidores o nodos, se le considera como dispersa.

Fig. 2 Estructura de un bloque y la cadena. El bloque inicial el hash o código de encriptación que lo identifica e información de la transacción. Bloques subsecuentes contienen los datos de la transacción, previa y actual, el hash del bloque previo y el correspondiente al bloque. La correspondencia del hash es el eslabón que une la cadena.  Elaboración propia.

La serie de bloques contienen el registro de todas las transacciones realizadas, cada transacción está firmada digitalmente por los participantes de la red para garantizar su autenticidad y seguridad, lo cual da certeza de la validez y veracidad de los datos del bloque. (1) A su vez los datos del bloque están asociados a un código encriptado denominado hash, la cadena se forma cuándo el bloque reconoce y se enlaza con el hash del bloque precedente, es decir la cadena esté protegida mediante algoritmos de criptografía (ahora ya saben por qué al bitcoin que se aloja en DLTs se le llama criptomoneda. (1)

No se puede manipular la cadena, pues al modificar el contenido de un bloque, el hash cambia y se rompe la cadena.

La ventaja de la seguridad y privacidad de los datos almacenados de manera descentralizada, en comparación con los almacenados en servidores centralizados es que estos últimos son más vulnerables a la ciberdelincuencia, (1) pues los primeros al estar en diferentes servidores tienen muchas réplicas y el registro o libro mayor distribuido, es decir la cadena de mayor longitud entre todos los servidores, opera por el consenso de los participantes de la red. (1) Las partes que están vinculadas al contrato inteligente acuerdan en el libro mayor poner cada transacción en un bloque y validar ese bloque para agregarlo a una cadena y así se le que se considera como verdadera entre las múltiples versiones distribuidas.  Luego de ser validada, la cadena más larga o libro mayor se distribuye nuevamente entre todos los nodos de la red y se comparte la misma documentación, así la tecnología Blockchain es más confiable y segura que todos los demás sistemas de mantenimiento de registros (1), pero además registra transacciones multiactor en tiempo real y verificable.  

A aquellos encargados de dar la validez y lograr los consensos se les denomina mineros.

La cadena es inmutable

La estructura de datos de blockchain se construye conectando y accediendo a los documentos anteriores, es decir, el carácter descentralizado de la cadena de bloques le permite almacenar y gestionar datos, favoreciendo la trazabilidad y fortaleciendo la capacidad de auditoría. (1)

Fig. 3. Cadenas formadas en paralelo, al cambiar el contenido cambia el hash, por lo cual se rompe la cadena, se continua formando en los otros nodos la que se mantiene integra y es validada por los otros miembros de la red.

El Consenso descentralizado

Como hemos visto la criptografía y la inmutabilidad son las claves para evitar las adulteraciones de la cadena de bloques. (1)

Los nodos, es decir los participantes del blockchain, en varias partes y con diferentes incentivos, son quienes a través de la validación (un consenso descentralizado), autorizan la operación, por lo tanto, socavar la consistencia de la cadena de bloques es mucho más difícil. Como se había hablado antes, se da validez y veracidad a la cadena más larga y esto requiere un alto poder computacional para hacer crecer una cadena al mismo ritmo posterior a la modificación de un bloque modificado; aunque no es imposible, este tipo de ataques se les denomina el “ataque del 51%”, pues es el poder de procesamiento requerido para extender una cadena en bloque más rápido que la original, aunque es dudoso que más del 50% de los nodos consientan intencionalmente el comprometer los datos del blockchain. (1)

Blockchain ofrece un mecanismo de red de redes abiertas, en el cual personas desconocidas y sin confianza mutua, pueden cooperar e intercambiar a través de archivos de datos compartido, sin la intermediación ni aprobación de terceros, pero cualquier par en la red tiene una copia de los datos, la gestión de los registros y los datos del procesamiento de transacciones, por medio de la replicación, el intercambio y la sincronización de los datos por el proceso de consenso descentralizado. (1)

Aplicaciones del blockchain

El blockchain se ha aplicado en su mayoría para transacciones, como lo vimos anteriormente, pero la mayor amplitud se sus aplicaciones se basan en estos “smart contracts” o contratos inteligentes, en los cuales los bloques en lugar de contener información tienen un script o código, con unos requisitos que en caso de cumplirse generan una acción, es decir, disposiciones contractuales convertidas en código. Los contratos tiene especificada la dirección de la cadena de bloques según lo determinado por los datos que se encuentran en la transacción y a través de un identificador de destino (1)

Un aspecto muy interesante es que además de las Bitcoins, existen los NFTs o “non-Fungible Tokens”. A diferencia de las Bitcoins que son fungibles, es decir tienen un único valor y todas son iguales, los NFTs son tokens no fungibles, que son un tipo de criptomoneda que representa un bien único e irrepetible. A diferencia de las criptomonedas como Bitcoin, que son fungibles (es decir, que tienen un valor intercambiable y una unidad es igual a cualquier otra), los NFTs tienen un valor distinto y no pueden ser intercambiados por una unidad equivalente. Los NFTs se utilizan para representar una amplia variedad de bienes digitales, como obras de arte, videos, música, entre otros. Al registrar un NFT en un blockchain, se crea una identidad única e inmutable que se asocia con el bien digital y verifica su autenticidad y propiedad. Esto permite a los propietarios de NFTs transferir, comercializar y verificar la propiedad de sus bienes digitales de manera segura y confiable y son por tanto usados para la certificación de existencia o propiedad de una obra o representación digital. Muy pronto desarrollos médicos como modelos de alto rendimiento o procedimientos quirúrgicos modificados atribuibles como propiedad intelectual podrán ser comercializados bajo la modalidad de NFTs.

Adicionalmente, los desarrollos en nuevas modalidades de transmisión de datos como los nodos de computación 5G, la computación en la niebla (Fog-computing), la computación lateral (Edge-computing) y la aplicación de la inteligencia en la nube, acercan al equipo de salud a una alta capacidad de procesamiento y reduce la pérdida en la transmisión de datos, mejorando la toma de las decisiones y optimizando el flujo de trabajo clínico. (2, 4)

Pero esta transmisión de datos requiere de seguridad, para mantener la privacidad y confidencialidad, el blockchain ofrece la generación de registros inmutables, compartidos y transparentes de todas las operaciones que suceden en la red, es decir, una transmisión segura, inmutable y trazable de información, mejorando la transparencia y credibilidad de las transacciones, generando un marco de confianza, responsabilidad y transparencia.  (2)

La recopilación de datos multicéntricos y el almacenamiento distribuido, permite al paciente acceder a sus datos y al análisis de los mismos, así pueden reducir la demanda de intervenciones, hacer un uso racional, necesario y suficiente de los recursos del sistema de salud, reduciendo la carga del médico, mejorando la autogestión de la salud, reduciendo las descompensaciones, disminuyendo las hospitalizaciones y los gastos, y en un futuro no muy lejano generar modelos de gemelos digitales que permitan iterar procesos diversos de investigación e intervención sin daño directo. (2)

En el mundo actual, los diferentes sistemas de salud se enfocan en el mantener la salud, no sólo entendida como ausencia de enfermedad, sino como un estado autogestionable de bienestar y la enfermedad o la manifestación de la alteración de la homeostasis de un sistema complejo como el cuerpo y la mente humana.

En el momento la mayor carga, para los sistemas de salud la ofrece la enfermedad, en especial las enfermedades crónicas no transmisibles como las patologías cardiovasculares, cáncer, enfermedades respiratorias, renales y degenerativas (2).

El desarrollo tecnológico actual, a través de internet y dispositivos de comunicación portátiles ha permitido la accesibilidad a los datos, la información y al conocimiento, expandiéndose a todos los ámbitos de la sociedad. La medicina, el personal sanitario y los pacientes no son la excepción.  Ya hablamos de informática médica, la automatización de algunos aspectos de la atención médica de los pacientes, tanto en lo administrativo como en lo asistencial. (1)

La accesibilidad o los datos a través de software y dispositivos de comunicación, facilitará una mejor y más rápida toma de decisiones, un mejor control y seguimiento, además de un empoderamiento de los pacientes en la gestión de su salud o enfermedad, al obtener el acceso a su historial médico y detalles sobre la atención. (1)

El sistema de e-Health y los datos eficientes

Los datos y la información contenida en los registros médicos tienen una alta sensibilidad, es por esto que el almacenamiento y la gestión necesitan un control de acceso, autenticación e inmutabilidad de la información, una garantía de la integridad, confidencialidad y fiabilidad, pero a los datos tradicionales recopilados en ambientes institucionales se suman los resultados de los sensores portátiles. (1)

Los individuos dejan sus datos fragmentados entre varias instituciones, incomunicadas,  por lo tanto, pierden el acceso a los datos pasados cuando pasan de un asegurador o prestador a otro; no se han generado mecanismos entre las organizaciones para gestionar registros de por vida o para garantizar que los ciclos vitales queden registrados o encadenados (2).

Por esto se requieren metodologías de recopilación, transmisión, almacenamiento y gestión de datos que asegure la confidencialidad, pero que sean susceptibles de los procesos de auditoría y rastreo. (1) Blockchain ofrece una estructura eficiente para construir una red privada/pública, estable y descentralizada para el intercambio de datos con mecanismos de acceso y gestión a datos protegidos, provenientes de múltiples fuentes y que permita la autenticación descentralizada del usuario, sin dejar de monitorear y manejar información cifrada fuera de la cadena, el blockchain se perfila como una herramienta ideal para preservar la historia clínica y permitiría a los pacientes compartir sus registros de salud actuales y tradicionales de una manera segura, honesta, fácil y rápida de documentos clínicos a múltiples proveedores e instituciones de atención. (1). Somos enfáticos aquí en que la interoperabilidad de la historia clínica electrónica única es solo uno de los requisitos básicos para evolucionar a una DLT sectorial.

El blockchain en salud abre el intercambio de datos de salud operado a través de un contrato inteligente y mecanismos de privacidad, confidencialidad y trazabilidad de los datos clínicos contenidos en los bloques de la cadena. (1)

Existen desafíos con la adopción de blockchain como la interoperabilidad restringida, la escasez de desarrolladores de blockchain, los estándares insuficientes y una falta de marcos regulatorios que ofrezcan certeza y confianza (1)

Una plataforma de blockchain con énfasis en salud puede permitir la creación de un sistema que desarrolle y maneje un conjunto de bloques que integre información clínica armonizada ontológicamente, multifuente y tipos como registros clínicos manuales, electrónicos, resultados de laboratorio e imágenes, facilitando la determinación del status de la enfermedad, la ejecución del cuidado, la calidad del cuidado y su respuesta, y a través del intercambio de registros clínicos entre instituciones y profesionales de la salud de manera anónima y protegida garantizar la continuidad de los tratamiento, disminuyendo el desperdicio de insumos y la duplicación en la toma de pruebas, el análisis y actualización automatizada de la información; favorenciendo la identificación de patrones y tendencias, inclusive la transformación de datos no estructurados a estructurados a través de algoritmos de inteligencia artificial asociados a la plataforma, favoreciendo una vigilancia mejorada y una organización más productiva de la atención. (1)

El blockchain y algoritmos prácticos centrados en el paciente facilitarían el acceso al monitoreo y tratamiento de los registros, es decir, cualquier intento de acceso o modificación se puede etiquetar y recordar fácilmente, identificando cualquier actividad delictiva, incluido el fraude y la adulteración de registros, lo cual protegería la integridad de los pacientes (1)

El internet de las cosas y el monitoreo remoto ¿ciberseguridad?

El desarrollo de los sensores y la mobile-Health tiene por objeto visibilizar factores ocultos a los ojos de médicos y enfermeras en el consultorio, buscando una atención más proactiva y preventiva a través de la identificación temprana de factores de riesgo o determinantes sociales de la salud, sin embargo, la ciberseguridad es y debe ser siempre una preocupación, para mantener los datos privados y seguros, evitar la manipulación de los mismo y generar información engañosa. (1)

Aunque el blockchain no es 100% inmune, está la probabilidad del ataque “Sybil” o del “51%”, la  criptografía las estrategias de PoW (Proof of Work), la codificacion criptogáfica de un input en una secuencia númerica aparentemente aleatoria, además del monitoreo de las transacciones, ofrece una ventana de oportunidad en el intercambio de datos en el campo relacionado con los dispositivos IoT en el campo:

• Los datos personales se guardan en la cadena de bloques como una función de hash único.
  • La criptografía de blockchain garantiza que solo las partes autorizadas tengan acceso a ella.
  • El usuario debe tener un conjunto específico de claves criptográficas para decodificar la función hash en los datos de origen.
  • Cualquier cambio en los datos de origen creará una función hash diferente,
  • Es difícilel manipular los datos del paciente después de que se registren en el libro mayor de la cadena de bloques porque hacerlo requeriría tener acceso a todas las copias almacenadas. (1)

Esta tecnología se utiliza para controlar y transportar registros médicos electrónicos, mantenter la confidencialidad, la compatibilidad, a través de una infraestructura compartida estandarizada. (1)

La recopilación, el almacenamiento y la recuperación confiables, seguros y escalables de estos estudios médicos en aplicaciones de medicina de precisión ayudarán a establecer oportunidades convincentes para la identificación y el tratamiento de enfermedades. (1)

Los dispositivos portátiles basados en IA procesan automáticamente los datos de salud de enfermedades crónicas de manera oportuna y efectiva, a través de métodos que incluyen minería de big data, motores de reglas y sistemas expertos o de recomendación.

Conclusión:

El sistema blockchain aprovecha los contratos inteligentes para controlar los datos de la cadena conjunta de dispositivos portátiles para proteger la privacidad de un paciente y realiza la interacción de información entre cadenas y la transferencia de valor de diferentes plataformas blockchain a través de un complemento de consenso unificado (2)

Los datos de los pacientes se pueden recopilar a través de dispositivos portátiles y compartirse con instituciones médicas de manera confiable con la ayuda de la protección de la privacidad de blockchain y el reproceso confiable de los datos. (2)

Los dispositivos portátiles proporcionan un importante soporte técnico para gemelos digitales de salud, garantizan la velocidad de cálculo sincrónica inalámbrica de múltiples sensores portátiles y resuelven de manera efectiva el problema general de cálculo de la salud de detección multipunto. (2)

Hacer un uso completo de estos datos multidimensionales dispersos en tiempo real requiere el establecimiento de una integración transdisciplinaria estructurada e inteligente, así como la iteración e innovación del aprendizaje automático y la IA para el cálculo de datos de alto rendimiento. (2)

Al implementar el blockchain en la estructura de este sistema, habrá algunos problemas a resolver, como problemas de interoperabilidad, problemas de eficiencia y problemas de ciberseguridad. (2)

Con la cantidad de datos creciendo exponencialmente, la base de datos blockchain tiene requisitos más altos para la velocidad de la red, y se deben diseñar marcos más razonables para evitar problemas de eficiencia de blockchain en todos los sectores. (2)

Los dispositivos portátiles o “wearable” que se usan directamente en el cuerpo para detectar, registrar y analizar las señales fisiológicas, actúan como equipos médicos electrónicos que permiten el monitoreo durante todo el día. La recolección de este conjunto de datos clínicos y biológicos multidimensionales, a través de la integración de la computación de alto rendimiento, los mecanismos de comunicación de alta eficiencia como el blockchain y los algoritmos de inteligencia artificial potencialmente logrará el análisis completo, dinámico e inteligente de los datos y la construcción de indicadores de salud, escalas y clasificadores que pueden evaluar y  predecir los riesgos con mayor precisión y favorecer intervenciones para mantener saludable a la persona que usa el dispositivo. Este ecosistema es la base tecnológica para los modelos envolventes de salud sobre los que escribiremos muy pronto (2).

Bibliografía

1. Priti T., et al, Blockchain and artificial intelligence technology in e-Health, https://doi.org/10.1007/s11356-021-16223-0
2. XIE Y., Integration of Artificial Intelligence, Blockchain, and Wearable Technology for Chronic Disease Management: A New Paradigm in Smart Healthcare. Current Medical Science 2021, 41(6):1123-1133.  https://doi.org/10.1007/s11596-021-2485-0
3. Kelly C. J., et al Key challenges for delivering clinical impact with artificial intelligence, BMC Medicine  (2019) 17:195 https://doi.org/10.1186/s12916-019-1426-2
4. Pino L.E., Mejía JA, FOG COMPUTING (computación en la Niebla) en los Servicios de Salud https://aipocrates.org/2021/10/10/fog-computing-computacion-en-la-niebla-en-los-servicios-de-salud/
5. Pino L.E.,  Torres de Control de Datos para el Sector Salud https://aipocrates.org/2023/01/29/torres-de-control-de-datos-para-el-sector-salud/