基于模式匹配与动态霍夫曼编码的加密DICOM图像可逆信息隐藏研究

为解决医疗数据安全传输问题，研究人员提出一种基于模式匹配（PM）与动态霍夫曼编码（DHC）的加密DICOM图像可逆信息隐藏方案。该方案通过像素位切片、模式匹配及动态压缩技术，实现高容量（最高10比特/像素）数据嵌入，同时支持原始图像无损恢复，为智能医疗中的隐私保护提供了高效解决方案。

　　

随着智能医疗的快速发展，医疗影像数据的安全传输成为亟待解决的问题。DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）作为医学影像存储与传输的国际标准，其安全性直接关系到患者隐私和诊疗质量。然而，传统加密技术虽能保护数据，却无法满足医疗场景中对图像可逆恢复的需求。现有可逆信息隐藏（Reversible Data Hiding, RDH）方案在加密DICOM图像中的应用仍处于探索阶段，仅有少数研究尝试解决这一难题。

为此，研究人员提出了一种创新性的PM-DHC方案，通过结合模式匹配（Pattern Matching, PM）与动态霍夫曼编码（Dynamic Huffman Coding, DHC），实现了加密DICOM图像的高效可逆信息隐藏。该方案首先对像素进行位切片处理，随后通过模式匹配确定每个像素的编码模式，并利用动态霍夫曼编码压缩模式数据。实验表明，该方案在保持完全可逆性的同时，嵌入容量显著优于现有技术，最高可达10比特/像素，为电子病历嵌入、远程会诊等场景提供了可靠的技术支持。

关键技术方法
研究采用像素位切片技术分解图像数据，结合模式匹配算法优化编码效率，并引入动态霍夫曼编码实现数据压缩。测试图像来自DICOM Library的CT、MR等数据集，通过对比实验验证了方案的性能优势。

研究结果

1. 加密与嵌入性能：PM-DHC方案在512×512的CT图像中实现了10比特/像素的嵌入容量，加密后图像视觉质量与安全性均达到医疗标准。
2. 可逆性验证：通过双密钥机制（数据隐藏密钥与加密密钥），接收方可准确提取隐藏信息或无损恢复原始图像。
3. 横向对比：与文献[35]-[37]方案相比，PM-DHC在相同图像复杂度下嵌入容量提升30%以上。

结论与意义
该研究首次将动态霍夫曼编码与模式匹配结合应用于加密DICOM图像领域，突破了传统RDH方案的容量限制。其技术框架为医疗数据跨机构共享提供了安全基础，同时为多媒体信息安全领域开辟了新方向。未来可进一步探索其在多模态医学影像（如PET-MRI融合图像）中的适用性。