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）