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| - With the development of multimedia and communication technologies in complex, distributed and cooperative healthcare domains like telemedicine, trust one can have in distributed medical data and services becomes critical. Works conducted during this PhD. in the context of medical imaging, aim at contributing to provide a better response than actually, looking at how the watermarking technology can raise up the protection of digital content. For that purpose, they focused on: 1) the development of watermarking methods adapted to daily medical practices and, 2) the integration of watermarking in medical information system as a security component guided by a security policy. By definition, watermarking imperceptibly modifies or modulates the grayscale values of an image in order to encode a message (a watermark) within it. But doing so may endanger the image interpretation. One solution stands in reversible or lossless watermarking. Such a kind of method allows the user to reconstruct the original image from the watermarked image by removing or inverting distortions induced by watermarking. A key contribution of this work concerns a new dynamic histogram shifting modulation which adaptively takes care of the local specificities of the image content and inserts data in image regions where other methods fail to do. Experiments conducted on some natural images and on medical images issued from different modalities show that our method can insert more data with lower distortion than any existing schemes. For the same embedding capacity, our method achieves a PSNR of about 2-4 dB greater than most recent and efficient approaches making thus possible to consider watermarking in daily medical routines. The second contribution of this work concerns the use of watermarking in order to improve the security of medical images in their exchange and usage. In this objective, we have established a security policy which includes and defines watermarking rules. These rules specify how watermarking has to be used and when so as to achieve different protection objectives (in particular in terms of data integrity and traceability). To formally specify these rules, we used OrBAC as organization based access and usage control model because of its dynamic and contextual characteristics that are well adapted to the medical framework. In our implementation, these rules are supported by an API developed for the OrBAC model. We finally have deployed our solution by means of a trusted watermarking module within a telemedicine platform prototype at the University Hospital of Brest. These developments demonstrate that our solution can serve various security purposes and that it can help to strengthen the security of medical information systems.
- La convergence de l'informatique et des télécommunications change profondément la médecine, à la fois dans ses moyens d'observation, ses méthodes d'analyse et ses pratiques. Alors que l'informatisation s'impose dans des domaines complexes, coopératifs et largement distribués comme la télémédecine, il est plus que nécessaire d'avoir confiance dans les traitements et la distribution des données médicales et services informatiques. Pour établir cette confiance, nous proposons d'intégrer le tatouage à la famille d'outils de protection déjà en place. Son principe est d'ajouter aux données à protéger un message (une marque) permettant, par exemple, d'en déterminer l'origine, de savoir si elles ont été altérées ou d'indiquer qui a pris la responsabilité de les modifier. Nous avons développé des méthodes de tatouage réversible que nous appliquons aux images médicales. Ce type de tatouage permet de récupérer exactement l'image originale après avoir extrait le message inséré. Une première contribution consiste en une classification invariante du signal qui identifie les parties de l'image « tatouables » et qui précise la modulation la mieux adaptée. La propriété d'invariance garantit la synchronisation du lecteur et réduit fortement la quantité d'information de reconstruction à tatouer pour retrouver l'image originale. Nous proposons également, une nouvelle modulation par décalage d'histogramme dynamique qui s'appuie sur le contenu local de l'image pour insérer des bits du message dans des zones où les autres méthodes de tatouage échouent. Notre dernier schéma offre des performances bien meilleures en termes de compromis capacité - distorsion (de l'ordre de 4 dB de PSNR à capacité égale pour la majorité des images médicales). En combinant cette méthode de tatouage à des techniques cryptographiques, nous avons construit un module de confiance qui rend très difficile l'accès à la marque par un tiers non autorisé. Le second axe de nos travaux concerne l'utilisation du procédé de tatouage que nous avons défini comme composant de sécurité au sein d'un système d'information, qui met en oeuvre une politique contrôlant l'accès et l'usage des images médicales. Au niveau de la conception, nous avons proposé d'établir une politique de sécurité qui définit clairement les règles de tatouage pour répondre à un objectif de protection, notamment en termes d'intégrité et de traçabilité. Le modèle de contrôle d'accès et d'usage fondé sur l'organisation (OrBAC) a été retenu du fait de son caractère contextuel et dynamique pour spécifier formellement les règles considérées dans la politique. Au niveau de l'implémentation, ces règles sont prises en charge par l'API développée pour le modèle OrBAC. Cette API tient compte des contextes d'état, apparaissant dans la définition originale du modèle, et des contextes d'évènement qui s'appuient sur la définition de règles de type ECA (Event, Condition, Action) afin de piloter le tatouage et répondre au mieux aux objectifs de sécurité. La démarche proposée permet également d'assurer la sécurité et la traçabilité des images lorsqu'elles sont distribuées à l'extérieur du système d'information d'origine. Enfin, le déploiement de cette démarche rigoureuse sur une plateforme concrète du service d'écho-doppler au CHRU de Brest, montre que notre solution est opérationnelle et qu'elle permet de renforcer la sécurité des systèmes d'imagerie médicale.
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