基于整数小波变换和加密域隐写术的医疗影像保护方法

本发明属于基于云之医学图像安全领域，具体涉及一种基于整数小波变换和加密域隐写术的医学图像保护的方法。

背景技术：

1、随着5g技术的快速发展，云存储以其经济、高效、可扩展的特点，在数据共享领域有着广泛的应用前景。数据显示，在医疗大数据中医疗影像数据占比高达85％到90％，可以说医疗影像上云，是打破医疗信息孤岛，赋能医院-医生-患者链接，实现远程会诊、远程诊断及智能辅助诊断等基于链接的医疗应用，助力分级诊疗实现的关键。目前，各国政府和医疗机构都致力于建设安全、高效、实用的医疗云数据管理平台，助力医疗行业的数字化转型。然而，由于医疗数据的特殊性，如何平衡隐私和实用性已经成为一个巨大的挑战。

2、为了保护存储在云端的医疗图像，传统的方法采用混淆-扩散架构来加密医疗图像，以此来保护图像的内容不被破坏。在此基础上，还有一些方法可以将额外的数据嵌入到加密的图像中，如病人的个人信息和诊断记录，以促进诊断效率的提高。虽然这种方法提供了高度的隐私，但它仍然有其局限性。例如，云管理者不能按他/她的视觉内容来组织和管理加密的图像，用户必须下载和解密加密的图像才能访问图像内容。换句话说，这使得加密图像失去了可用性。随着医疗数据变得越来越庞大，这将给医疗图像的管理和分类带来很大的负担。因此，传统的加密域隐写术不是基于云的医疗图像管理的完美解决方案。

技术实现思路

1、为了在保护医疗影像隐私的同时保留一定可读性，本发明提出了一个基于整数小波变换(iwt)和加密域隐写术的医疗影像保护的方法。我们的方法不仅能够有效保护加密医疗影像的安全，且提供一个退化版的视觉输入以辅助云管理者对图像进行归档和管理。实验结果显示，与传统的图像加密相比，本发明提出的方案便于云管理者对云上图像的管理和归档，且具有较为优越的性能。

2、本发明的技术方案步骤如下：

3、一种基于整数小波变换和加密域隐写术的医疗影像保护方法，用于提供存储在云端的医疗影像隐私保护的同时提供一定的可读性，其具体步骤如下：

4、s1：医疗中心管理端对获取的医疗影像进行整数小波变换；

5、s2：医疗中心管理端对整数小波变换转换后的医疗影像的中高区域和高频区域进行行程编码；

6、s3：医疗中心管理端对行程编码进行加密，将加密的行程编码填入医疗影像中原本的中高区域和高频区域，生成可视化的加密医疗影像，并上传至云端；

7、s4：首次就诊医院的医生端通过发送下载请求从云端下载可视化的加密医疗影像，并对下载的可视化的加密医疗影像进行解密、解码和逆整数小波变换，获取原始医疗影像，用于进行医疗诊断从而生成诊断记录；

8、s5：首次就诊医院的医生端对诊断记录进行加密，并将其嵌入所下载的可视化的加密医疗影像中，生成负载诊断记录的可视化加密医疗影像，并将其上传至云端；

9、s6：首次就诊医院的药剂师端通过发送下载请求从云端下载负载诊断记录的可视化加密医疗影像，并根据其权限解密诊断记录，以便于根据诊断记录为患者提供药物；

10、s7：二次就诊医院的医生端通过发送下载请求从云端下载负载诊断记录的可视化加密医疗影像，并根据其权限进行解密、解码和逆整数小波变换获取原始医疗影像并进行二次诊断。

11、作为优选，所述s1中，医疗中心管理端对获取的医疗影像进行整数小波变换的方法如下：

12、医疗中心管理端对原始医疗影像迭代k次哈尔小波变换，生成k次哈尔小波变换后的图像，其中迭代过程中每次哈尔小波变换都将生成对应的低频区域、横向中高频区域、纵向中高频区域和高频区域，而第i次哈尔小波变换需在第i-1次哈尔小波变换生成的低频区域进行，i＝2,3…，k；最后第k次哈尔小波变换生成的低频区域作为图像的可视化区域。

13、作为优选，所述s2中，医疗中心管理端对整数小波变换转换后的医疗影像的中高区域和高频区域进行行程编码的方法如下：

14、s21：医疗中心管理端将原始医疗影像中进行了k次哈尔小波变换后的图像转化为8个值位平面和1个符号位平面；

15、s22：对于每个值位平面，分别获取每次迭代对应生成的横向中高频区域、纵向中高频区域和高频区域，并依照横向中高频区域、纵向中高频区域和高频区域的顺序分别从每次迭代生成的这三个区域中读取比特值并串联成待编码序列，从而使每个值位平面产生k个长度不一致的待编码序列；

16、s23：对于每个待编码序列，使用行程编码对其进行编码，若其可编码则记录编码后得到的行程编码序列并在标记序列中标记该序列为1，若不可编码则记录原始的待编码序列并在标记序列中标记该序列为0；最终得到8×k位的二进制标记序列。

17、作为优选，所述s3中，医疗中心管理端对编码进行加密，将加密的行程编码填入原本的中高、高频区域，生成可视化加密医疗影像，并上传至云端的方法如下：

18、s31：医疗中心管理端从第k次哈尔小波变换生成的低频区域提取出前8×k个像素的最低有效位，并将s23中得到的8×k位的二进制标记序列依次填入其中，从而形成可视化加密医疗影像的可视化区域；

19、s32：将s31中提取的8×k个像素的最低有效位、s23中产生的行程编码序列和s21中产生的符号位平面串联以生成串联序列，并用图像加密密钥对串联序列进行加密，再将加密的串联序列依照位平面从大到小以及k从大到小的顺序填入各次迭代产生的横向中高频区域、纵向中高频区域和高频区域中，而冗余空间用随机二进制编码进行填充，最终生成可视化加密医疗影像并上传至云端。

20、作为优选，所述s4中，首次就诊医院的医生端对下载的可视化加密医疗影像进行解密，解码和逆整数小波变换，获取原始医疗影像并进行医疗诊断，生成诊断记录的方法如下：

21、s41：首次就诊医院的医生端从云端下载可视化加密医疗影像；

22、s42：从可视化加密医疗影像的可视化区域中取出8×k位的二进制标记序列；

23、s43：从可视化加密医疗影像的中高、高频区域中提取加密的串联序列，用图像加密密钥解密得到串联序列，从中提取原始低频区域中前8×k个像素的最低有效位，并恢复原始的可视化区域；

24、s44：以可视化区域中取出的8×k位的二进制标记序列，辅助对串联序列中加密的行程编码序列进行解码；

25、s45：将原始的可视化区域和解码的行程编码序列组合，获得迭代k次哈尔小波变换后的图像并进行逆哈尔小波转换，获得原始医疗影像，以便于根据原始的医疗影像作出医疗诊断并生成诊断记录。

26、作为优选，所述s5中，首次就诊医院的医生对诊断记录进行加密，并将其嵌入所下载的加密医疗影像中，生成负载诊断记录的可视化加密医疗影像，并将其上传至云端的方法如下：

27、s51：首次就诊医院的医生用数据加密密钥加密生成的诊断记录；

28、s52：将加密的诊断记录嵌入到可视化加密医疗影像的冗余空间中，生成负载诊断记录的可视化加密医疗影像，并将其上传至云端。

29、作为优选，所述s6中，首次就诊医院的药剂师端下载负载诊断记录的可视化加密医疗影像，并根据其权限解密诊断记录，以便于提供患者药物的方法如下：

30、首次就诊医院的药剂师端从云端下载加密的医疗数据，获取加密的诊断记录，并用数据加密密钥对其进行解密，从而查看医生端生成的诊断记录，以便于为患者提供药物。

31、作为优选，所述s7中，二次就诊医院的医生端下载负载诊断记录的可视化加密医疗影像，并根据其权限进行解密、解码和逆整数小波变换获取原始医疗影像以便于进行二次诊断的方法如下：

32、s71：二次就诊医院的医生从云端下载负载诊断记录的可视化加密医疗影像，取出加密的医疗影像；

33、s72：从负载诊断记录的可视化加密医疗影像的可视化区域中取出8×k位的二进制标记序列；从可视化加密医疗影像的中高、高频区域中提取加密的串联序列，用图像加密密钥解密得到串联序列，从中提取原始低频区域中前8×k个像素的最低有效位，并恢复原始的可视化区域；

34、s73：以可视化区域中取出的8×k位的二进制标记序列，辅助对串联序列中加密的行程编码序列进行解码；

35、s74：将原始的可视化区域和解码的行程编码序列组合，获得迭代k次哈尔小波变换后的图像并进行逆哈尔小波转换，获得原始医疗影像，以便于根据原始的医疗影像作出二次医疗诊断。

36、相对于现有技术而言，本发明的有益效果如下：

37、为了在保护医疗影像隐私的同时保留一定可读性，本发明提出了一个基于整数小波变换和加密域隐写术的医疗影像保护的方法。本发明不仅能够有效保护加密医疗影像的安全，且提供一个退化版的视觉输入以辅助云管理者对图像进行归档和管理。实验结果显示，与传统的图像加密相比，本发明提出的方案便于云管理者对云上图像的管理和归档，且具有较为优越的性能。