DPCM-DP-EN：一种用于医疗图像DNA存储的无损动态压缩和加密编码方法，可实现高存储密度

《Medical & Biological Engineering & Computing》：DPCM-DP-EN: a lossless dynamic compress and encrypted encode method for DNA storage of medical images with high storage density

DNA存储方法DPCM-DP-EN通过DPCM、ZigZag和动态规划三级压缩实现40%以上压缩率，编码密度超3 bits/nt并满足GC含量和重复序列生物约束，在三个医疗图像数据集上验证其性能优势。

　　

摘要

医疗图像的长期存储需求对医疗保健组织来说是一个挑战，而DNA被认为可以提供解决方案。本研究提出了一种有效的DNA存储方法（DPCM-DP-EN）来存储医疗图像，该方法包括两个关键组成部分：(i) 在压缩阶段，使用差分脉冲编码调制（DPCM）方法去除像素之间的冗余，然后采用ZigZag和动态规划（DP）进行进一步压缩；(ii) 在编码阶段，提出了一种新的加密编码（EN）方法，以满足生物学约束，同时确保编码时间短且编码密度高。通过对三个不同的医疗图像数据集进行测试，结果表明DPCM-DP-EN方法的压缩率达到了40%以上，比其他方法高出至少30%。所有使用DPCM-DP-EN编码的序列都符合GC含量和同聚物约束，编码密度超过3比特/核苷酸对（nt），显著优于其他编码方法，并且不会影响处理时间。此外，DPCM-DP-EN采用了像素编码技术，即使在高错误率下也能实现有信息损失的情况下解码。总之，DPCM-DP-EN方法为大规模存储医疗图像提供了可行的解决方案。

图形摘要

医疗图像的长期存储需求对医疗保健组织来说是一个挑战，而DNA被认为可以提供解决方案。本研究提出了一种有效的DNA存储方法（DPCM-DP-EN）来存储医疗图像，该方法包括两个关键组成部分：(i) 在压缩阶段，使用差分脉冲编码调制（DPCM）方法去除像素之间的冗余，然后采用ZigZag和动态规划（DP）进行进一步压缩；(ii) 在编码阶段，提出了一种新的加密编码（EN）方法，以满足生物学约束，同时确保编码时间短且编码密度高。通过对三个不同的医疗图像数据集进行测试，结果表明DPCM-DP-EN方法的压缩率达到了40%以上，比其他方法高出至少30%。所有使用DPCM-DP-EN编码的序列都符合GC含量和同聚物约束，编码密度超过3比特/核苷酸对（nt），显著优于其他编码方法，并且不会影响处理时间。此外，DPCM-DP-EN采用了像素编码技术，即使在高错误率下也能实现有信息损失的情况下解码。总之，DPCM-DP-EN方法为大规模存储医疗图像提供了可行的解决方案。

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