共聚焦显微镜操作软件需求说明
归属部门:先进医疗器械工程化中心 密级:限苏州医工所内部共享 版本:1.0(2020.6.9 创建) 作者:田浩然、胡柏杨、孙大林等
本文是共聚焦显微镜软件的详细需求分析说明,用于辅助软件开发工作。软件支持对共聚焦显微镜硬件系统的控制和监控,并对实验结果进行分析处理。
注意:该需求文档主要说明软件的大体功能要求,用于前期需求沟通使用,后期软件开发以讨论后确定的详细软件需求为准。
相关文档:共聚焦项目-软件需求规格说明书-化学发光免疫分析仪(另一项目的 SRS,v1.1)、共聚焦软件使用说明-功能模块手册
一、仪器操作流程
完整操作链路:
开机 → 初始化 → 系统准备 → 样本测试 → 结果上传 → 仪器维护 → 关机
系统准备细分:初始化 → 耗材和废料检查 → 校准 → 质控
开机前检查
- 接线检查:电源线、串口线、USB 线连接确认
- 环境温度检查:若不符合需制冷或制热
- 操作记录检查:上次操作是否有异常断电,若有则初始化时自动执行排空程序
开机和初始化
- 接通电源,开启电脑,启动硬件和软件
- 硬件异常断电自检:若上次为异常断电,先执行排空程序
- 用户输入用户名和密码登录
- 软件给硬件发送握手信号,检测通信状态
- 通信正常 → 执行初始化流程(复位 + 自检)
- 自检包括自动查询状态并反馈给上位机
二、软件界面
软件界面主要分为两大页面:
| 页面 | 主要功能 |
|---|---|
| 采集预览页面 | 采集参数设置、效果预览 |
| 图像处理界面 | 图像处理、测量、统计、3D 重建等 |
仪器状态显示(4 种状态)
| 状态 | 说明 |
|---|---|
| 初始化 | 执行开机握手、复位、自检;测试相关功能不可用 |
| 待机 | 状态正常,无工作任务;可进行样本准备和检查、校准、仪器维护 |
| 测试 | 正在执行样本测试流程 |
| 异常 | 按严重程度分 3 级:①报警但不影响当前工作 ②可完成当前工作但不再取样 ③停机且无法继续工作 |
异常情况视严重程度判断是否弹出窗口提示。
运行状态显示
(文档列有目录项,但正文未展开详细内容)
三、功能需求 — 硬件参数设置
核心硬件模块
| 模块 | 说明 |
|---|---|
| 激光器参数设置 | 多激光器配置与使用状态 |
| PMT 参数设置 | 光电倍增管配置与使用状态 |
| 振镜参数设置 | 扫描速度/频率控制 |
信号链路
激光器 → 光路 → 被测目标 → 光路 → PMT 采集
开始采集时,根据所选择的通道和采集频率实时获得采集信号。 采集频率通过控制振镜扫描机构的旋转速度实现。 多通道采集出的图像需要融合为一整幅预览图像,需图像预处理功能。
四、功能需求 — 扫描模式
共聚焦显微镜具有多种扫描方式,满足不同情境下对图像质量、采集速度、时间序列、光谱序列的不同需求。
尽管不同扫描形式需求不同,所使用的硬件设备基本一致。
扫描模式总览
| 扫描方式 | 核心特点 | 关键参数 |
|---|---|---|
| XY 平面扫描 | 焦平面基础扫描 | 帧频率、通道选择、激光器配置、PMT 配置、保存路径 |
| XYZ 光轴扫描 | Z 轴断层扫描,3D 重建基础 | Z 轴起点/终点、切片数、步长、激光强度自适应调节 |
| XYt 时间序列扫描 | 动态变化观测 | 扫描间隔、扫描时长 |
| XYλ 光谱扫描 | 不同波段光谱成像 | 起始波长、终止波长、光谱宽度、扫描步长、λ 光谱步长 |
| 大图拼接 | 大视场高分辨率成像 | 扫描序号、X 位置/长度、Y 位置/宽度、拼接算法 |
| 多点扫描 | 多区域扫描 | (暂无设计,优先级调后) |
各扫描模式详解
1. XY 平面扫描
针对焦平面上的物体通过扫描成像。关注:
- 通道选择
- 激光器配置
- PMT 配置
- 光路配置(扫描频率)
- 图像数据输出路径
2. XYZ 扫描
在 XY 扫描基础上增加 Z 轴移动策略配置,实现对 Z 轴每一个平面的扫描,为断层扫描/3D 重建提供基础。
相比 XY 扫描增加的参数:
- Z 轴起点设置
- Z 轴终点设置
- 切片数(层数,与步长相匹配)
- 步长(单层距离,与层数匹配)
- 激光强度自适应调节(与位置有关)
3. XYT 扫描
在一段时间内按一定时间间隔不断扫描焦平面上的物体,测得周期内的动态变化图像。
相比 XY 扫描增加的参数:
- 扫描间隔(完成一次 XY 扫描与下一次之间的间隔)
- 扫描时长(完成周期)
4. XYλ 光谱扫描
根据激光器的谱段不同进行扫描,在不同光谱波段下扫描相同焦平面,产生不同波段对应图像结果,分析光谱扫描效果。
相比 XY 扫描增加的参数:
- 起始波长
- 终止波长
- 光谱宽度
- 扫描步长(从上一个波长到下一个波长的间隔)
- λ 光谱步长
5. 大图拼接
将焦平面再度分割成若干小区域,通过快速扫描获得小区域图像,再拼接成完整的焦平面图像。
相比 XY 扫描增加的参数:
- 扫描序号
- 扫描 X 位置 / 扫描长度
- 扫描 Y 位置 / 扫描宽度
- 拼接算法
- 图像拼接
6. 多点扫描
- 优先级调后,暂无设计
UI 布局考虑
整体 UI 分区中,模式设置区主要实现不同模式下对采集各环节的整体需求配置。
五、功能需求 — 图像处理与操作
文档在目录中列出了以下模块,但正文部分的图像处理章节细节未在提取文本中完整展开(可能以图示为主):
- 运行监控
- 质控:选择对应日期可打印质控报告
- 校准
- 维护
- 用户管理
- LIS 管理
- 日志管理
六、外部接口需求
6.1 用户接口
(目录列出,正文未详细展开)
6.2 硬件接口
详见通信协议(独立文档)
6.3 软件接口
- 操作系统
- 主要开发语言
6.4 工控机及屏幕配置
处理器: NXP i.MX6Q (MCIMX6Q6AVT10AD)
- 架构:Cortex-A9 四核 1GHz
- 操作系统:Linux
- DDR3:1GB
- eMMC:4GB
显示:
- 分辨率:1280 × 800
- 尺寸:10.1 英寸
- 触摸屏连接方式:COF
- 触摸屏通讯类型:IIC
接口:
| 接口类型 | 规格 |
|---|---|
| LVDS | 2 路 |
| HDMI | 支持 |
| 2D/3D 加速 | 支持 |
| 串口 | 5 路(含 1 路调试串口) |
| PCIE | 1 路 |
| 以太网 | 1 路百兆/千兆自适应 |
| CAN-bus | 2 路 |
| USB | 1 路 Host、1 路 OTG |
| SD 卡/TF 卡 | 2 路 |
| SPI | 1 路 |
| SATA 2.0 | 1 路 |
| I2C | 2 路 |
| PWM | 1 路 |
| GPIO | 23 路 |
| 外部扩展总线 | 16 位数据线 + 10 位地址线(复用) |
| 供电电源 | 4.2V |
| 独立硬件看门狗 | 支持 |
| 评估底板 | EVB-6708T-L |
七、交付材料
| 交付物名称 | 交付物格式 |
|---|---|
| 软件需求说明文件 | Word 文档 |
| 程序流程图 | Word、PDF 文档 |
| UML 系统分析 | Word、PDF 文档 |
| 代码结构图 | Word、PDF 文档 |
| 软件功能说明书 | Word、PDF 文档 |
| 函式说明书 | Word、PDF 文档 |
| 控制算法文件 | Word、PDF 文档 |
| 模块开发卷宗 | Word 文档 |
| 用户软件源代码 | 电子版 |
八、待确定问题
文档中设有待确定问题跟踪表,字段包括:
- 需求 ID
- 问题描述
- 影响
- 风险
- 责任人
- 解决日期
- 状态(Open/Close)
(创建时为空表,用于项目过程中跟踪待定需求)
关键要点总结
- 项目定位:中科院苏州医工所 × 苏州中科医疗器械产业发展有限公司合作的共聚焦显微镜软件项目,属于先进医疗器械工程化中心
- 双界面架构:采集预览页(硬件控制+实时预览)+ 图像处理页(后处理+分析+3D重建)
- 6 种扫描模式:XY / XYZ / XYT / XYλ / 大图拼接 / 多点扫描(暂未设计),覆盖空间/时间/光谱/大视场四大维度
- 硬件平台:NXP i.MX6Q 四核 Cortex-A9 + Linux 嵌入式系统,10.1 寸触控屏,接口资源丰富(CAN/以太网/USB/SPI/I2C/GPIO 等)
- 完整质控体系:校准、质控、维护、用户管理、LIS 对接、日志管理 — 符合医疗器械软件规范
- 文档状态:v1.0 为前期需求沟通版本,详细需求需后续讨论确定
关联笔记
- 共聚焦项目-软件需求规格说明书-化学发光免疫分析仪 — 同团队另一项目(化学发光免疫分析仪)的完整 SRS
- 共聚焦软件使用说明-功能模块手册 — 实际落地的软件功能说明(6 大模块)
- 共聚焦软件第一阶段计划-甘特图 — 第一阶段项目计划(3.5 个月,3 人团队)
- 徕卡TCS SP8 STED共聚焦显微镜快速操作手册 — 竞品徕卡高端共聚焦操作手册
- 奥林巴斯FV3000共聚焦激光扫描显微镜产品手册 — 竞品奥林巴斯 FV3000 产品手册
- Aperio ImageScope用户指南-数字病理切片查看软件 — 数字病理切片查看软件(Leica 旗下)