第一章绪论
1.1课题来源
课题来源于《湖南区域医疗信息共享与协同服务示范平台》(项目编号:2010TP1001)子项目《区域医疗信息共享与协同服务信息安全技术研究》。项目以中南大学为主,联合长株潭地域内,省、市、县级多家医疗卫生机构共同建设,围绕数字医疗信息资源的共享与协同服务提供科技支撑。
1.2研究背景与意义
医疗资源分配的不均衡极大阻碍了当前卫生行业发展。一方面,城市大医院积聚了大量的优秀的医护人才和高新的医疗器械,能够提供先进,完善的诊疗服务。另一方面,基层卫生机构专业人才稀缺、功能不全、服务质量低,在激烈的市场竞争下越来越被边缘化。政府已把卫生信息化建设作为保障居民平等享有基本公共卫生服务的需要,也是优化资源、提高服务效率、降低成本和医疗费用的需要。项目旨在优化整合湖南省内的医疗资源,实现跨机构的医疗信息交换、共享与协同服务。数字化信息系统在当今医疗卫生行业中的作用日益突出医院信息系统包括了辅助教学系统,影像存盘与通信系统(Picture Archiving and Communication Systems, PACS)等。这些信息系统的应用,使得病人的电子病历,医学影像等诊疗信息能便捷的在医院各个诊断部门之间快速传输。计算机X射线断层扫描技术(Computed Tomography,CT),超声影像(Ultrasonography, US),磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)等成像技术将釆集的生理信息数字化存储,取代了原始的胶片存储方式。数字化的医学信息通过医疗信息共享平台提供的协同服务,使得远程医疗诊断服务得以实现,同时也方便了医学影像在教学、科研中的应用研究。
在享受到医疗信息共享平台带来的便利与巨大效益的同时,信息共享平台也面临相当大的安全挑战。数字化医学信息在公用网络中传输时,存在数据包丢失、非法用户截取、篡改以及在未授权的情况下非法拷贝和分发医学影像数据等风险。由此可能引发患者隐私泄露,医学影像被篡改带来的误诊以及医学影像的版权纠纷等问题。因此,对共享的数字信息进行真实性,完整性的认证,对病人的隐私信息以及医学影像的版权归属给予保护就显得尤为重要。在医疗信息共享与协同服务平台的建设过程中,增强平台数据传输的安全性,已经成为迫在眉睫的问题
第二章数字水印技术及其在医学图像中的应用
随着信息技术迅猛发展,将数字水印技术应用到数字医学影像的安全传输机制中有着迫切的需要。然而,常规的水印算法如空域最低有效位算法,双集法频率的扩频水印算法等大多针对普通的多媒体数据。传统的水印算法往往更关注水印信息的隐藏以及在解码端的有效检测和提取上。而对于水印信息的嵌入造成的数字作品的轻微质量下降往往不必关注。因此,本章介绍了医学影像对于图像质量的严格要求的特点,进而引出了基于ROI划分的水印技术,和可逆水印技术。最后,给出了水印技术在医学图像中的可能应用场景。
2.1数字水印技术介绍
数字水印就是将有意义的信息如:图像标志,序列号,文字等版权信息隐蔽的写入到数字作品中并且尽可能不引起人生理视觉或听觉上的感知。从而达到数字作品的真伪鉴别,完整性认证,版权保护,以及秘密通信等目的。水印技术需要对数字作品进行必要的修改来完成信息的嵌入。需要指出的是,大多数水印算法在水印嵌入完成以后,对图片造成了永久失真,也就是无法通过相应的逆操作来恢复原始的数字作品。这也就意味着,如果没有储存原始的数字作品,在经过多次的水印信息的嵌入和提取操作之后,将会得到一个“变质”的版本。尤其是在处理一些敏感图像的时候,比如医学影像,水印嵌入带来的失真可能导致医学影像失去原有的使用价值。当医生在诊断一幅医学影像时,需要确定某个病理学症状是否确切存在。出于对病人健康负责和保护自己免受医疗事故纠纷困扰,医生不会容忍他所用的诊断影像是一个与原始影像有一定差别的版本,尤其是这副图像的失真位于最能反应患者病理信息的病灶区。
2.2医学图像特点和发展现状
将数字水印技术应用于医学影像中,解码端提取水印信息后如果不能获得高质量的医学影像,而使用失真后的影像用于诊断病情,一旦出现医疗事故,就会产生法律上的纠纷。Gray等对乳房肿瘤的X光诊断影像进行了研究分析,探讨不同部位能容忍的信息损失程度并且不影响医生的诊断。但是,人体不同织部位所能够允许的信息的损失程度有所不同。具体对应到不同的各个组织,还没有法律认可的详细标准。
第一章绪论……………… 1
1.1课题来源………………1
1.2研究背景与意义………………1
1.3主要研究内容………………2
1.4内容结构………………3
第二章数字水印技术及其在医学图像中的应用………4
2.1数字水印技术介绍………………4
2.2医学图像特点和发展现状………………8
2.3医学图像相关水印技术研究………………9
总结
针对区域医疗信息共享与协同服务示范平台的安全性要求,研究了数字水印在医学影像版权保护中的应用。对医学影像的不同应用场景,给出了不同的水印算法。防止宝贵的数字医学影像被非法的拷贝,或者未授权下的使用。为保护医学影像提供方的合法权益,以及激励更多的有条件的大中型医疗机构踊跃的加入到区域医疗信息共享与协同服务示范平台中来提供了可借鉴的技术保障。论文的主要工作如下:
1.对课题来源和背景进行了简要的说明。介绍了数字水印技术。分析了医学图像不同于普通数字图像的特点,并引出了基于RONI的水印技术,和可逆水印技术。对基于RONI的医学图像水印技术和可逆水印技术的相关中英参考文献分门别类并作了较为详细的介绍。并给出了数字水印在医学影像中的可能应用场旦
2.仔细研究了基于CRT和非感兴趣区域的余弦域水印算法。研究了余弦变换域不同区域的能量分布特点,以及与人眼视觉系统的敏感程度。为了提高算法抗压缩的能力,研究了JPEG压缩相关理论知识。综合各因素选取合适的嵌入系数,寻求算法鲁棒性和透明性指标的整体提升。此外,为了增强水印的抗攻击能力,对二值版权图像进行了Arnold置乱变换。使得水印图像看上去杂乱而无意义。同时结合中国剩余数定理,用来调整频率系数嵌入水印。在解码端,接收方必须依靠正确的中国剩余数定理中的质数对来提取水印信息,这就大大的增强了算法的安全性。经过实验检验,算法具有较好的鲁棒性和透明性,能够较好的应用于医学图像在教学,科研等场景下的版权保护应用。
参考文献
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