Plokiahelal põhinevate digitaalsete kaksikute kasutamine tervishoius

Abstract

The healthcare industry faces increasing challenges like rising costs, fragmented data, and a growing demand for personalized care. Digital Twin (DT) technology offers a promising response by enabling real-time monitoring and predictive analytics through virtual replicas of physical entities. However, its adoption in healthcare remains limited due to concerns about data security, interoperability, and system scalability. This study proposes a blockchain-enabled DT framework designed specifically for healthcare applications. The framework integrates secure data sharing, traceability, and tamper resistance through blockchain technology. Developed using the Design Science Research (DSR) methodology, the framework design is informed by a Systematic Literature Review (SLR) that identifies core DT components and implementation challenges in healthcare contexts. A prototype was implemented using a smart patient room scenario to demonstrate feasibility. The system combines IoT sensors, Azure Digital Twins (ADT), and Ethereum-based blockchain logging to support real-time monitoring and secure data handling. Evaluation through stakeholder interviews revealed that the system was perceived as intuitive, technically sound, and clinically relevant, though limited in functionality due to its prototype nature. The results of this work demonstrate how DT and blockchain technology can be integrated into a cohesive framework that supports secure, responsive, and modular digital healthcare systems. Additionally, this work offers both practical insights and theoretical contributions toward advancing the role of emerging technologies in modern healthcare systems.

Tervishoiusektor seisab silmitsi järjest kasvavate väljakutsetega, nagu suurenevad kulud, killustatud andmed ja kasvav vajadus isikupärastatud ravi järele. Digitaalse kaksiku (inglise keeles Digital Twin ehk DT, ja sarnaselt allpool) tehnoloogia pakub paljutõotavat lahendust, võimaldades füüsiliste üksuste virtuaalsete koopiate kaudu reaalajas jälgimist ja ennustavat analüütikat. Siiski on selle rakendamine tervishoius endiselt piiratud andmeturbe, koostalitlusvõime ja süsteemi skaleeritavusega seotud murede tõttu. Käesolevas uurimistöös pakutakse välja plokiahelal põhinev DT-raamistik, mis on loodud spetsiaalselt tervishoiurakenduste jaoks. Raamistik integreerib turvalise andmejagamise, jälgitavuse ja võltsimiskindluse plokiahela tehnoloogia abil. Raamistik on välja töötatud disainiteaduse uurimismetoodika (Design Science Research, DSR) põhjal ning selle kujundamisel on aluseks süstemaatiline kirjanduse ülevaade (Systematic Literature Review, SLR), mis tuvastab DT põhikomponendid ja rakendamise väljakutsed tervishoiu kontekstis. Teostatavuse näitamiseks rakendati prototüüp, mis põhines nutika patsienditoa stsenaariumil. Süsteem ühendab IoT-andurid, Azure Digital Twins (ADT) ja Ethereumi-põhise plokiahela logimise, et toetada reaalajas jälgimist ja turvalist andmetöötlust. Sidusrühmade intervjuude põhjal selgus, et süsteemi peeti intuitiivseks, tehniliselt usaldusväärseks ja kliiniliselt asjakohaseks, kuigi selle funktsionaalsus oli piiratud prototüübi tasemel. Selle töö tulemused näitavad, kuidas DT ja plokiahela tehnoloogiat saab integreerida sidusaks raamistikuks, mis toetab turvalisi, reageerimisvõimelisi ja modulaarseid digitaalse tervishoiu süsteeme. Lisaks pakub see töö nii praktilisi teadmisi kui ka teoreetilisi panuseid uute tehnoloogiate rolli edendamiseks kaasaegses tervishoiusüsteemis.