伴随着数字成像与计算机网络技术的飞速发展,医学影像在医疗诊断系统中占据着愈发重要的位置。现代医疗信息系统已将患者流变为数字信息流,极大地方便了患者数据在医院内部、医院之间以及开放网络中的存储和通信。然而,其在给医疗诊断、教学、科研带来极大便利的同时,也面临着巨大的安全威胁。医学影像中往往包含大量的患者隐私信息,无论是从法律还是伦理角度出发,都需要建立一套完善的安全保障机制。因此,如何在网络传输过程中有效地保护患者隐私是数字化医疗面临的一个重要课题。现有医学影像信息系统的安全保障机制大多基于传统的加密方法构建,例如DES,AES以及IDEA等。然而,区别于普通的文本信息,医学影像具有高分辨率、高精度、大数据量、高冗余度等特点,传统的分组加密算法并不适合于医学影像加密,尤其在处理速度方面,不能满足大数据量的医学影像的实时网络传输需求。混沌理论的发展为数字医学影像加密提供了新的思路。混沌是确定的非线性系统,其产生的序列是伪随机的,在理想条件下具有无限大的周期,呈现类似高斯白噪声的统计特性。基于混沌系统具有的对初始值和参数极端敏感的本质特性,该序列具有不可预测性并可以提供巨大的密钥空间。同时,使用混沌动力学系统构造的加密系统软硬件易于实现,加解密速度远优于传统的分组加密算法,因此非常适合于对数据量较大的图像进行加密。1998年,美国学者Fridrich提出了经典的置乱—扩散图像加密架构,随即引起广泛关注,基于混沌理论的图像加密技术自此取得了飞速发展。本文的主要研究内容是基于混沌系统的医学影像加密技术,主要从以下几个方面开展研究。（1）本文首先对Fridrich置乱—扩散图像加密架构进行深入分析,由于传统混沌置乱方法仅能混淆像素的位置,无法改变像素的灰度值且没有扩散效果,从而使得系统要执行多个轮次才能达到理想的加密性能。基于此,本文提出一种改进的置乱方法IPA。该方法作为一种置乱方法,较之Cat映射、Baker映射等传统置乱算法,拥有更好的置乱效果和加密速度。而在获得置乱效果的同时,IPA还能带来一定的像素值改变和差异扩散效果,其在扩散性能上的贡献将大幅降低系统对最耗时的扩散模块执行轮数的要求,从而降低系统的整体加密轮数,提高加密效率。以此为基础,构建了两种完整的加密系统,仿真结果验证了其良好的安全性能。（2）现代医学影像的数据量是巨大的,图像在不同的单位（元）进行传输时,巨大的数据量给网络传输和内容存储带来了极大的压力。结合安全需求,创建一种可以同时实现医学影像压缩和加密的算法在理论和实践上都具有重要意义。本文给出了基于压缩感知和混沌系统的加密压缩联合方案,该方案使用混沌系统生成压缩感知的测量矩阵,以使得压缩感知模块同时具备压缩和加密两重属性。配合置乱-扩散模块,构成完整的压缩加密联合系统。实验结果证明,在一个较大的压缩区间内,接收端可以获得很好的图像恢复效果和安全性能。（3）基于混沌的图像加密技术不断取得进展的同时,密码分析学的相应发展使得一些图像加密系统的安全缺陷被迅速发现并被成功破译。本文分析了一个新近发表的医学图像加密系统[Comput Biol Med,2013,43（8）:1000-1010]的安全缺陷,提出并验证一种选择明文攻击方法,该方法可以成功获取原加密系统的扩散密钥和置乱矩阵。除安全缺陷外,原系统也存在较高的操作冗余,大量的比特级置乱降低了加密效率且对系统的安全性能没有贡献。随后,本文对原系统进行了改进,提高了系统的加密效率和安全性能。最后,对全文进行了总结,给出了混沌医学影像加密算法未来的研究方向。