摘要：針對目前病人對其隱私的保護(hù)意識越來越強(qiáng)這一需求，文章提出了對病人醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的方法；同時討論了在遠(yuǎn)程醫(yī)療過程中，為防止圖像信息在傳輸過程中被盜取而采取的通信過程中對圖像進(jìn)行加密的方法。對醫(yī)院病人的隱私保護(hù)具有應(yīng)用的實(shí)際意義，經(jīng)進(jìn)一步研究后便可應(yīng)用到醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)加密中。

關(guān)鍵詞：病人隱私；醫(yī)學(xué)影像；圖像加密；通信加密

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）01-0195-03

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及多媒體技術(shù)逐步相結(jié)合，為患者提供了直接、準(zhǔn)確、方便、快捷的醫(yī)學(xué)診斷，大大提高了醫(yī)學(xué)診斷準(zhǔn)確率，為患者的進(jìn)一步治療提供了方便之門，減輕了患者的痛苦。但是，隨著社會的發(fā)展，患者在享受醫(yī)學(xué)影像給病情的診斷帶來便利的同時，其個人隱私保護(hù)意識不斷加強(qiáng)，并對對此不斷提出要求；同時，院方也有責(zé)任保護(hù)患者的隱私不被泄露；因此相關(guān)的圖像加密技術(shù)便亟需應(yīng)用在醫(yī)學(xué)影像圖像中[1][2]。

1 醫(yī)學(xué)圖像加密類別

醫(yī)學(xué)影像的加密初步可分為存儲加密和傳輸加密兩類。在存儲過程中，為了圖像的信息安全可以采用圖像隱藏、圖片加密等方式；經(jīng)常采用混沌加密算法。而對于彩色圖像則有一種稱為單通道彩色圖像加密算法。在圖像傳輸過程中，可以采用圖像通信加密技術(shù)等，通過在通信中的加密技術(shù)以便保證患者的隱私安全。

2 圖像加密介紹

現(xiàn)階段，圖像加密采用的主要方法分為如下三種：

2.1 數(shù)字圖像置亂技術(shù)

如今為了圖像的存儲及處理方便采用數(shù)字技術(shù)存儲醫(yī)學(xué)影像成為必然。數(shù)字圖像置亂技術(shù)則是通過對數(shù)字圖像中由圖像像元組成的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行置換實(shí)現(xiàn)。這個置換類似經(jīng)典密碼學(xué)中的一維信號的置換。或是修改用來描述信號在頻率方面特性時用到的一種坐標(biāo)系中的數(shù)字圖像的變換域中的參數(shù)。其目的都是使需要被保護(hù)的圖像在置換后成為無法識別出的雜亂圖像。用以達(dá)到需要進(jìn)行隱私保護(hù)的圖像內(nèi)容的目標(biāo)。研究人員提出了基于數(shù)學(xué)變化技巧的幾新算法[3]即幻方變換、Arnold變換、Fass曲線、Gray代碼、生命模型等。這些算法已被廣泛的應(yīng)用于數(shù)字圖像所包含的信息內(nèi)容的處理之中，并起到了行之有效有效地作用。數(shù)字圖像的數(shù)字信息的安全的得到了有力的保護(hù)。

現(xiàn)如今出現(xiàn)了另外一種圖像置亂的思想，即通過利用混沌序列來實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的置亂。這種技術(shù)也可應(yīng)用在醫(yī)學(xué)影像中，用以實(shí)現(xiàn)對病人個人醫(yī)學(xué)影像的保護(hù)?；舅枷胧峭ㄟ^混沌系統(tǒng)運(yùn)算出一個混沌序列，將這個序列按照事先選取的既定的算法或是排列方案進(jìn)而進(jìn)一步進(jìn)行運(yùn)算以生成新的一個序列。與此同時，為了保證原混沌序列的位置與計(jì)算后的新序列之間的變換位置是一一對應(yīng)的，又進(jìn)一步利用了混沌系統(tǒng)的遍歷性。實(shí)驗(yàn)表明，這種通過由混沌系統(tǒng)得出的混沌序列的進(jìn)而對其進(jìn)一步運(yùn)算得到的變化關(guān)系在應(yīng)用到圖像置亂后可以實(shí)現(xiàn)明顯的圖像置亂效果。同時為了改變加密圖像的統(tǒng)計(jì)特性、圖像像素值以及降低圖像像素值間的相關(guān)性，也可以通過單個混沌序列或多個復(fù)合的混沌序列來實(shí)現(xiàn)改變。

2.2數(shù)字圖像信息隱藏

數(shù)字圖像信息隱藏技術(shù)也可用于保護(hù)病人醫(yī)學(xué)影像的隱私。基本思想是，將需要被加密的醫(yī)學(xué)圖像的數(shù)字信息隱藏在另外一幅無關(guān)的圖像中，比如一幅公開圖像。這幅圖像要求具有一定的迷惑性、大眾性，以便迷惑攻擊者，能夠降低轉(zhuǎn)移其注意力，這樣就降低了圖像被攻擊的幾率；與此同時，通過一定算法改變加密圖像的原有的統(tǒng)計(jì)特性。以達(dá)到保護(hù)被加密影像的目的。應(yīng)用其中的調(diào)配融合算法、“中國拼圖”算法可以使圖像的信息隱藏達(dá)到一個高質(zhì)量的水平。另外，還可以綜合各種不同的算法的特點(diǎn)，將數(shù)字隱藏技術(shù)擴(kuò)展到聲音、圖像等不同的信息載體中的信息隱藏需求中去。

另外，近年來新興的一種數(shù)字作品版權(quán)保護(hù)技術(shù)——數(shù)字圖像水印技術(shù)[3]，能夠有效地保護(hù)作者以及出版商的合法權(quán)益不受侵犯，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于印刷領(lǐng)域中，具有了廣闊的使用價值和商用價值，成為多媒體及知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的有效手rEps4Q0YPzSWZOu7/oYARxpvn5YpYQ6VzKG74q9jBRw=段之一。數(shù)字圖像水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的一個重要分支。為了顯示創(chuàng)作者對其作品的所有權(quán)，這種隱藏技術(shù)將具有某種意義的數(shù)字水印利用數(shù)字嵌入方法將其隱藏在其作品（可以是多種信息載體，比如視頻、圖像、聲音、文字等數(shù)字產(chǎn)品）中。在進(jìn)行印刷品真?zhèn)悟?yàn)證時，可通過水印的檢測、分析來保證數(shù)字信息的完整性及可靠性。

2.3數(shù)字圖像分存

數(shù)字圖像分存技術(shù)是把一幅需要進(jìn)行保護(hù)的數(shù)字圖像分割成多幅圖像進(jìn)行傳輸。被分割后的圖像不再具有某種特殊的意義成為無意義或是看起來雜亂無章的圖像。也可將分割后圖像進(jìn)一步隱藏到另外幾幅不相關(guān)的或是具有一定迷惑作用的圖像中進(jìn)行存儲獲傳輸。這類似于數(shù)據(jù)組的分包傳輸。這樣可以避免因個別圖像的傳輸丟失而造成病人隱私信息遭到泄露的危險，而且也起到在通信中個別被分割后的圖像信息的丟失與泄露不會影響原始圖像信息的泄露。

數(shù)字圖像分存技術(shù)的特點(diǎn)使竊密者竊取完整的原始圖像的成本大大增加，而且也提高了病人圖像隱私的保密程度

同時，若將圖像置亂技術(shù)、圖像隱藏技術(shù)、圖像分存技術(shù)三者結(jié)合起來將使圖像的安全傳輸有了較高的可靠性。

3 圖像傳輸加密介紹

隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)也在日新月異的發(fā)展。對病人實(shí)行連續(xù)診斷，及時獲取病情發(fā)展?fàn)顩r成為未來要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)；同時，病人的隱私在圖像傳輸過程中也增加了泄露和被攻擊的風(fēng)險，因此，在某種特定情況下對病人圖像信息的傳輸需要進(jìn)行加密保護(hù)。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)就是安全性高、保密性強(qiáng)、延時短的圖像加密通信系統(tǒng)。圖像加密通信系統(tǒng)對病人的病情進(jìn)行實(shí)時監(jiān)護(hù)，并將病人的信息實(shí)時傳回到醫(yī)生的監(jiān)控中心，使醫(yī)生能夠通過監(jiān)控屏幕實(shí)時查看了解病人的具體情況，以能夠及時做出正確的醫(yī)療診斷。

目前數(shù)字圖像的特點(diǎn)決定了其在存儲傳輸時必定要占用較大的空間與帶寬，再加上其需要處理的信息量大，這就進(jìn)一步給圖像的加密和通信帶來了困難。而遠(yuǎn)程醫(yī)療更需要清楚的觀測到病人的詳細(xì)病情，就進(jìn)一步加大了保密通信的難度。因此需要將圖像壓縮以及圖像加密兩個技術(shù)結(jié)合起來對數(shù)字圖像的傳輸進(jìn)行處理。圖像加密是為了保證數(shù)字圖像的安全，圖像的壓縮技術(shù)可以最大限度的減小占用的存儲空間以便降低傳輸數(shù)據(jù)量。

根據(jù)對原始圖像進(jìn)行壓縮及加密處理過程不同，可將現(xiàn)有的數(shù)字圖像加密通信分為三類。

3.1圖像直接加密

將數(shù)字圖像直接加密一般是通過數(shù)字圖像置亂技術(shù)直接對需要加密的數(shù)字圖像進(jìn)行置亂，隨后再進(jìn)行壓縮編碼和通信傳輸。這個方面的研究較早，相關(guān)論文也最多。例如，基于混沌的數(shù)據(jù)塊加密算法將圖像或視頻數(shù)據(jù)先進(jìn)行位置置亂，再進(jìn)行像素值擴(kuò)散，此算法具有較高的密鑰敏感性和明文敏感性，使得加密后的數(shù)據(jù)具有均勻隨機(jī)分布的特點(diǎn)。

但是，這類方案只看重了圖像的加密，沒有將圖像的壓縮編碼問題放在同樣重要的位置上考慮。這樣就隨之而然的出現(xiàn)了兩個嚴(yán)重影響通信效率及解密后的圖像清晰度的問題。一是，需要加密的原始視頻圖像本身的數(shù)據(jù)占用空間就大，其進(jìn)一步的加密計(jì)算便會消耗大量的資源與時間，這與實(shí)時性的要求有悖，況且目前的設(shè)備處理能力有限更難以達(dá)到圖像傳輸?shù)膶?shí)時性要求，加重了通信的負(fù)擔(dān)；二是，由于經(jīng)過加密算法處理，使圖像原來的相鄰像素間的相關(guān)性有了變化，大量的增加了高頻分量。使加密壓縮后的視頻圖像的高頻分量比低頻分量的失真大得多，因此解密后的圖像會有較大的失真。

3.2壓縮后加密

圖像壓縮后加密與3.1是個不同的過程。它首先通過現(xiàn)有的壓縮算法對視頻、圖像進(jìn)行壓縮，之后再對壓縮后的數(shù)據(jù)加密。加密的算法可更具需要采用安全性不同的算法。過程如圖1所示。此方案的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的安全性；缺點(diǎn)是由于加密是在壓縮后的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)上進(jìn)行，便不再區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的重要性，因此數(shù)據(jù)加密的效果差、效率低而且數(shù)據(jù)也量大，使運(yùn)算的設(shè)備負(fù)擔(dān)也加重。

3.3 選擇性加

選擇性加密是在3.2方案特點(diǎn)的基礎(chǔ)上改進(jìn)，在選擇采用一定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)將視頻圖像壓縮后，再對重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行著重加密。兼顧了數(shù)據(jù)的安全與傳輸?shù)男省?/p>

目前，視頻圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像來分主要分為靜態(tài)圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)動圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)兩種。動態(tài)圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)主要有MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，H.263和H.264；靜態(tài)圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)主要有JPEG、JPEG2000。文獻(xiàn)[4]采用小波置亂的方法來實(shí)現(xiàn)對JPEG2000的小波系數(shù)的實(shí)時加密。針對MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，文獻(xiàn)[5]提出了對I幀加密的思路。針對H.264具有代表性的研究成果有Ahn提出的幀內(nèi)預(yù)測模式加擾方法，該方法將所有I、P幀中的INTRA-4 x 4塊和INTR_16×16塊預(yù)測模式使用定長偽隨機(jī)序列進(jìn)行隨機(jī)加擾，方法效率a9881819ffd2bb1abd657dcd610f5624a263fa184bcdcb66c10de6d171398712高但安全性較差。文獻(xiàn)[6]提出了對熵編碼過程進(jìn)行加密的思路，但這種方案的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。

4 結(jié)束語

本文針對病人對其個人隱私保護(hù)意識日漸加強(qiáng)這一需求，提出了醫(yī)學(xué)影像與圖像加密相結(jié)合的理論。詳細(xì)的介紹了三種圖像加密技術(shù)，以及遠(yuǎn)程醫(yī)療中的圖像通信加密技術(shù)。在經(jīng)過進(jìn)一步研究后，可應(yīng)用到醫(yī)院影像相關(guān)的數(shù)據(jù)庫中，以便對病人的影像信息進(jìn)行加密，降低了病人影像信息泄露的風(fēng)險。

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