admin 近年来，放射学、影像医学、数字化图像技术与计算机技术及通信技术的结合，形成了图像存储与传输系统(PACS)。PACS系统已成为现代及未来的医学图像影像信息管理利用的主流趋势，也已成为了医院信息系统的重要组成部分。在未来的远程医疗中，医学影像资料的采集与交换，远程医疗中传输图像信号的频率也越来越高，法律要求患者的资料都要进行加密再进行传输，其安全性及隐蔽性也开始受到关注。
一、远程医疗图像文件加密系统硬件设计
1、远程医疗图像文件加密系统概述
整个远程医疗图像文件加密系统由两部分组成：DSP图像处理系统和数据的网络输入输出模块。主要功能模块有DSP存储器模块，DSP时钟和中断模块。DSP核心处理模块和网络输入输出设备。系统框如图1所示。
系统工作原理是：由CT等医疗影像仪器得到的数字图像信号，经过网络接口进入DSP核心处理模块，由DSP模块对采集到的数字图像信号进行加密处理，最后通过网络传输实现远程医疗。
2、DSP核心系统设计
（1）系统设计要求
本系统的总体设计要求为：具有高速处理能力，能满足高灰度级别的医学图像大运算量的要求，同时要求存储容量大，便于图像管理，采集的灰度图像为1024x1024。灰度级别为2 048—4 0960该系统的主控芯片选择TI公司针对多媒体处理领域应用的高性能的TMS320DM642（以下简称DM642）。
（2）EMIF内存扩展模块
本系统主要用于高精度的灰度医学图像，所以在处理中会产生大量的数据，需要扩展大容量的外部存储器才能满足数据处理的需要。DM642通过EMIF访问片外存储器，可配置为SRAM，Flash，SDRAM等各类存储器接口。
DM642的FMIF支持对同步设备的直接接口，最常用的是同步动态存储器(Synchronous Dynamic RAM，SDRAM)。采用MICRON公司的MT48LC16M16A2，与DM642的连接示意图如2所示。DM642还需要扩展一个网ash存储器，用于保存程序代码和掉电后仍需要保存的用户数据。本设计中选用的是AMD公司的8 Mbit(IMx8 bit)的MBM29DL800TA芯片，图3为MBM29DL800TA与DSP的接口示意图。
（3）输入输出系统的设计
本系统输入的信号为CT或核磁等医疗仪器中的数字信号，由于一般的医疗器械数据外部接口的输出方式为网络接口，所以采用DM642的网络功能。
针对DM642内嵌了一个以太网控制器，这里采用Intel公司的LXT971ALC芯片口连接电路如图4所示，从DM642传输过来的数据通过LXT971A转换为以太网物理层能够接受到的数据信号后，通过隔离变压器再经过RJ-45传输到以太网上去。
由于传输的是专用医学图像，不采用BMP，JPEG等一般格式，而足以DICOM格式存放。本设计采用DICOM3标准，标准的第8部分提供消息交换的网络支持，说明DICOM实体之间在网络环境中通信服务和必要的上层协议的支持。DICOM中使用的是OSI和TCP/IP两类协议。
二、远程医疗中的图像文件加密系统软件设计及核心加密算法分析
1、远程医疗中的图像文件加密系统整体软件设计
整个远程医疗图像文件加密系统的软件设计流程如图5所示。
首先初始化系统各个模块，开始空循环等待中断，然后从医学影像仪器采集原始图像，DSP对读取的数据文件进行加密，之后将数据送人缓存等待发送网，发送完毕后释放缓冲区。
2、网络模块流程
从医学影像仪器采集图像信号时，等系统和网络口初始化后，开始扫描并进行AD采样，待FIFO存储完毕后DSP开始读取数据，DSP算法对数据进行处理后送入以太网处理，结束后停止AD采样。
加密后的数据文件经过网络端口传输时，先读取状态寄存器，等待寄存器接收完毕再检测缓冲区的状态，若正在释放则等待释放完毕，将待发送的数据写入发送缓冲区，发送完毕后释放缓冲区。
经过图像文件加密处理后的数据还是1024x1024的数字格式的图像，FIFO数据存满时，会通过硬件中断通知DM642，开始EDMA方式的数据传输，在不占用CPU资源的情况下将FIFO数据传人内存中指定的位置阁，然后将数据打包发送。
3、核心加密算法
本文采用将混沌映射和模映射相结合的方法对图像文件进行加密，充分利用混沌的加密性能和模运算的置乱功能，在加密图像文件的同时尽量减少计算复杂度和运算时间，节约时间来处理下一幅图像。
（1）混沌加密原理
混沌现象是一种复杂的非线性、非平衡的动力学过程，对初始条件极为敏感，对于两个相同的混沌系统，若使其处于稍异的初态都会迅速变成完全不同的状态，同时运动的无规则性及具有宽Fourier功率谱及类似噪声的特性，使其具有天然的屏蔽性，十分适合保密通信。
常见的混沌系统为Logistic混沌
式中：a成为分枝参数。当a∈（1.401 15---2]时，Logistic映射工作于混沌状态。
（2）模运算置乱
图像置乱是利用某种运算有效地打乱输入明文的次序，但变换后像素的总个数不变，直方图不变，进而能有效掩盖明文的统计特性，抵御统计分析。目前提出的置乱方法有Arnold变换和幻方变换、Fass曲线、Hilbert曲线等。本文采用的是新型的显乱——模运算。
设图像为f(x，y)，x∈{0，1，…，M-1}，y∈{0，1，…，N-1}，其相平面上的任意一点(x，y)经过(4)映射变到另一点(xn+1，yn+1)。
式中：K1，K2分别是（2，M）和(2，N)范围内的范数，且M不能被K1整除，N不能被K整除，式(2)是一一映射，其逆变换为：
式中：xn和yn变换应当满足的条件xn+1+k1M(modK1 )=0，yn+1+k2N(modK2)=0。
所用时间以及计算量都远远小于Arnold等置乱方法。这是因为Arnold等置乱的每次横坐标或纵坐标变换都有2次乘法，而模运算只要1次乘法运算，每一点的置乱都节约了2次乘法运算，计算时耗时最大的即乘法运算，所以采用此模运算节约了2N2次乘法计算。
DM642作为专用数字多媒体处理器，具有强大的图像处理功能、强大的配置及以太网硬件接口功能，同时经过混沌加密算法处理，保护了医学图像。在本系统中，以太网和DSP的通信技术可以广泛应用到远程医疗系统中其他医学信号的传输，在远程医疗的网络普及化方面具有一定的参考价值。
小知识之远程医疗
远程医疗是指通过计算机技术、通信技术与多媒体技术，同医疗技术相结合，旨在提高诊断与医疗水平、降低医疗开支、满足广大人民群众保健需求的一项全新的医疗服务。目前，远程医疗技术已经从最初的电视监护、电话远程诊断发展到利用高速网络进行数字、图像、语音的综合传输，并且实现了实时的语音和高清晰图像的交流，为现代医学的应用提供了更广阔的发展空间。国外在这一领域的发展已有40多年的历史，而我国只在最近几年才得到重视和发展。
