软件工程分析报告03需求规格说明书——基于Paddle的肝脏CT影像分割

需求规格说明书

一、 引言

      本项目的背景是解决现有医疗影像处理的挑战,特别是针对CT扫描图像的肝脏和肝脏肿瘤分割。在传统医学影像分析中,手动或半自动分割方法常常耗费大量时间,且容易受主观因素影响,因此需要一种自动化的解决方案。本系统旨在应对这一挑战,通过使用深度学习技术和计算机视觉方法,自动完成肝脏和肝脏肿瘤的分割,以提高影像分析的效率和准确性。

二、需求概述

使用Unet语义分割网络进行CT影像中的肝脏和肝脏肿瘤分割,在肝脏和肝脏肿瘤分割任务上分别取得 0.92 和 0.77 左右的IOU基于Paddle框架的肝脏及肝脏肿瘤CT影像分割,本项目对CT中的肝脏和肝脏肿瘤进行分割,生成分割标签,结合一些后处理也可以快速地计算肝脏及肝脏肿瘤体积,肝脏肿瘤负担等常用的临床指标。

三、系统功能需求

a) 用户操作

1.用户登录:

o用户需要提供有效的用户名和密码以登录系统。

o系统将验证用户身份并授予相应的权限。

2.上传CT影像:

o用户可以上传CT扫描图像文件。

o系统接受图像并进行后续处理。

3.查看分割结果:

o用户可以查看分割后的肝脏和肝脏肿瘤图像。

o用户可以查看临床指标,如肝脏及肝脏肿瘤体积和肝脏肿瘤负担。

b) 系统功能

1.CT影像分割:

o系统使用2.5D Unet网络对上传的CT影像进行分割。

o分割结果生成分割标签图像。

2.后处理:

o系统可能需要进行一些后处理步骤,以提取有用的临床指标。

o临床指标包括肝脏及肝脏肿瘤体积和肝脏肿瘤负担等。

3.性能评估:

o系统可能需要对分割模型的性能进行评估,包括计算IOU等指标。

4.结果展示:

o最终的分割结果和临床指标可以展示给医生或患者。

1、功能结构图:图表1所示。

图表 1功能结构图

2、E-R模型图

3、数据字典

1. 编号:E1

   名称:患者

   来源:医院管理系统

   去向:CT影像

   流量:每天平均1000名患者记录

   组成:

   患者id(主键):用于唯一标识每位患者的ID。

   姓名:患者的姓名。

   性别:患者的性别。

   年龄:患者的年龄。

2. 编号:E2

   名称:CT影像

   来源:医院影像系统

   去向:分割标签、专家病灶分析结果、项目模型训练结果

   流量:每天平均5000个CT影像上传

   组成:

   患者id(外键):与患者中的患者id关联,表示该CT影像所属的患者。

   CT影像id(主键):用于唯一标识每个CT影像的ID。

   CT大小:CT影像的大小信息。

   CT上传时间:CT影像上传的时间。

3. 编号:E3

   名称:分割标签

   来源:Unet分割模型

   去向:无

   流量:每个CT影像对应一个分割标签

   组成:

   CT影像id(主键,外键):与CT影像中的CT影像id关联,表示该分割标签所属的CT影像。

   肝脏体积:分割标签中肝脏的体积。

   肝脏肿瘤体积:分割标签中肝脏肿瘤的体积。

   肝脏肿瘤负担:分割标签中肝脏肿瘤的负担程度。

4. 编号:E4

   名称:专家病灶分析结果

   来源:医生的临床判定结果

   去向:无

   流量:每个CT影像对应一个专家病灶分析结果

   组成:

   专家id:进行病灶分析的专家的ID。

   CT影像id(主键,外键):与CT影像中的CT影像id关联,表示该病灶分析结果所属的CT影像。

5. 编号:E5

   名称:项目模型训练结果

   来源:训练计算机

   去向:无

   流量:每个CT影像对应一个项目模型训练结果

   组成:

   指标id:项目模型训练结果的指标ID。

   CT影像id(主键,外键):与CT影像中的CT影像id关联,表示该项目模型训练结果所属的CT影像。

4、数据系统数据流图

5、状态转换图:如图表2所示。

图表 2转态转换图

 性能需求

1 响应时间

  1. 用户登录请求的响应时间应在2秒内。
  2. CT影像分割的平均响应时间应不超过10秒。

2 可用性

  1. 系统应该在每周7天、每天24小时可用,维护时间除外。
  2. 预计的系统可用性为99.9%。

、数据存储条目

1)原始CT影像数据:

存储原始的肝脏CT扫描图像数据,包括DICOM格式或其他常用图像格式的文件。每个文件代表一个CT扫描切片。

2)标注数据:

存储经过专家标注的肝脏区域的分割标签图像数据,通常以像素级别的二值图像表示,其中标记出的区域代表肝脏。

3)预处理数据:

存储经过预处理后的CT影像数据,包括灰度转换、归一化等操作,以提升模型训练和推理的性能。

4)训练集和验证集:

分割模型的训练数据集和验证数据集,通常是将原始CT影像和对应的分割标签进行配对,用于模型的训练和评估。

5)模型文件:

存储训练好的分割模型文件,包括网络结构和模型参数,用于后续的推理和应用。

6)推理结果:

存储模型对新输入CT影像的推理结果,即分割结果图像和相关临床指标数据。

7)临床数据:

存储与推理结果相关的临床指标数据,如肝脏和肿瘤的体积、负担等,用于辅助医生诊断和治疗决策。

8)日志记录:

存储系统的运行日志,包括模型训练过程中的损失变化、推理过程中的时间消耗等,用于后续分析和优化。

六、系统非功能性需求

  1. 可靠性:系统应具备高度的可靠性,能够在各种情况下稳定运行,保证分割结果的准确性和一致性。
  2. 高效性:系统应具备高效性能,能够在合理的时间内完成数据预处理、模型训练和推理等任务,提高工作效率。
  3. 可扩展性:系统应具备良好的可扩展性,能够适应不同规模的数据集和应用场景,支持横向和纵向的扩展。
  4. 用户友好性:系统应具备良好的用户界面和友好的操作体验,界面简洁直观,操作便捷易懂,降低使用门槛。
  5. 安全性:系统应具备严格的安全措施,保护用户数据的安全和隐私,确保数据不被泄露或滥用。
  6. 可维护性:系统应具备良好的可维护性,易于排查和修复问题,支持系统的升级和更新,方便后续的维护和管理。
  7. 低资源消耗:系统应尽可能地降低对计算资源的消耗,减少能源消耗和硬件需求,在满足性能要求的同时提高资源利用率。
  8. 符合法律法规:系统应遵守当地的法律法规和医疗行业的相关规定,不得涉及违法违规的内容,确保合法合规的使用

七、安全性需求

  1. 数据隐私和保密性:
    1. 要求保护患者的医疗影像数据的隐私和保密性,确保只有经过授权的用户可以访问这些数据。
    2. 对敏感数据进行加密,包括在数据传输和存储时的加密。
  2. 身份验证和授权:
    1. 实施强制的身份验证机制,以确保只有授权的医疗专业人员能够访问和使用系统。
    2. 基于用户角色的授权,确保不同用户具有不同的权限。
  3. 数据完整性:
    1. 保护医学影像数据的完整性,以确保在分割过程中不会篡改。

八、运行环境

  1. 操作系统:系统应支持常见的操作系统,如Windows、Linux和macOS。
  2. 硬件要求:系统应部署在具备足够计算资源的服务器上,以支持图像处理和深度学习模型的运行。
  3. 软件要求:系统需要以下软件环境:
    • Paddle框架(用于2.5D Unet网络的训练和推理)。
    • 数据库系统(用于存储用户数据和分割结果)。
    • Web服务器(用于提供用户界面)。
  4. 网络连接:系统需要可靠的互联网连接,以便用户能够访问系统并上传CT影像。

总结

基于Paddle的肝脏CT影像分割系统结合了深度学习和Paddle框架的能力,能够快速、准确地对肝脏CT影像进行分割,为医生肝脏疾病诊断和治疗提供辅助支持,提高工作效率和准确性。

该系统通过数据预处理、分割模型训练、模型推理、分割结果可视化、临床指标计算、分割结果编辑、模型性能评估、数据存储和管理、用户权限管理等功能,实现了肝脏CT影像分割的自动化,使得医生可以更好地利用分割结果进行病情评估和决策。

此外,该系统还具有界面化操作和临床指标计算等功能,使得医生可以更加方便地使用系统,提高工作效率和准确性。综上所述,基于Paddle的肝脏CT影像分割系统是一种高效、准确、可靠的肝脏疾病诊断辅助工具,有望在医疗领域得到广泛应用。

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