综合实训报告
题目基于JAVA的医学图像三维重建技术
组长汪星宇（2012310200604）
组员许武奎（2012310200812）
刘毅斐（2012310200814）
申艳（2012310200830）
王琦（2012310200823）
指导教师黄钰
中国·武汉
2014 年 07 月
需求分析文档
1.序言
1.1编写目的
该文档首先给出了整个系统的整体网络结构和功能结构的概貌，试图从总体架构上给出整个系统的轮廓，然后又对功能需求、性能需求和其它非功能性需求进行了详细的描述。这些文字和图形都为了本文档能详细准确地描述用户的需求，同时也为用户更容易地理解这些需求的描述创造了条件。
该文档详尽说明了这一软件产品的需求和规格，这些规格说明是进行设计的基础，也是编写测试用例和进行系统测试的主要依据。同时，该文档也是用户确定软件功能需求的主要依据。
1.2项目背景
医学是与千千万万人的身心健康相关的学科，医学的发展水平代表了一个国家的人民生活水平，代表了一个国家的综合实力。
医学图像的三维重建是根据成像设备上的二维图像集合，利用计算及合成重建形成病灶区或者人体器官的三维图像，使得人体组织的内部空间和物理属性能够被显示出来，在临床中应用广泛。
VTK（Visualization Toolkit）是Kitware公司开发的一个开放源代码的可视化开发工具，它在可视化领域、3D图形学等领域受到广泛应用。特别是它封装了多种三维重建算法，研究人员可以在其平台上直接进行面向对象的开发，同时支持了多种开发语言。
因此，基于VTK的医学图像三维重建技术的研究极具现实意义。
项目委托单位：综合实训项目组
项目开发单位：计科1204班计科1202班
项目主管部门：计科1204班计科1202班
项目规划：
阶段文档完成日期
需求分析需求分析文档2014.6.21
设计实现软件设计文档2014.7.8
测试软件测试文档2014.7.10
项目开发小组：
组长组员
汪星宇许武奎，王琦、申艳、刘毅斐
1.3定义
名词解释
数据字典数据字典是指对数据的数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理逻辑、外部实体等进行定义和描述，其目的是对数据流程
图中的各个元素做出详细的说明。
数据流图数据流图从数据传递和加工角度，以图形方式来表达系统的逻辑功能、数据在系统内部的逻辑流向和逻辑变换过程，是结构化系
统分析方法的主要表达工具及用于表示软件模型的一种图示方法。数据传递数据传递是处于整个规定了的所有数据媒体的中间产物的传递。
数据存储数据存储是一种对深入挖掘用户需求，得出数据分析的存储过程。是对整个数据的中间结果以及最终结果的存储。
1.4参考资料
[1] (美)埃史尔陈昊鹏，《 Thinking in java》中文版，机械工业出版社.2007
[2] 陈刚，《Eclipse 从入门到精通》，清华大学出版社.2005
[3] James Rumbaugh Ivar Jacobson Grady Booch，《UML 参考手册》，机械工业出
版社.
[4] Schroeder W, Martin K, Lorensen B. The Visualization toolkit: An Object
Oriented Approach to 3D Graphics. 3rd Edition. New York: Kitware, Inc.
Publisher, 2003.
[5] Schroeder WJ, Avila LS, Hoffman W. Visualizing with VTK: A tutorial.
IEEE Trans. on Computer Graphics and Applications, 2000,20(5):20?27.
[6] 赵明昌, 田捷，薛健等. 医学影像处理与分析开发包 MITK 的设计与实现. 软件
学报，2005,16(4):485-495
2.任务概述
2.1目标
1.明确用户需求，加速开发进程
2.为后续工作提供有力支撑
3.保证设计的正确性
2.2运行环境
1.操作系统：Microsoft Windows7
2.数据库：SQL Sever 2005
3.开发工具：Eclipse
2.3条件与限制
1.处理器要求：Pentium Ⅵ或以上
2.运行环境： Microsoft Windows 7
3.内存要求： 512MB或以上
2.4用户特征
本软件的使用范围较广，适用于具有一定的计算机操作基础的用户，本软件内部大量的信息与复杂的信息处理对于用户是透明的，用户只需掌握简单的录入等基本操作即可。
3.数据描述
3.1静态数据
a)数据文件信息：数据
3.2动态数据
动态数据是指在系统应用中随时间变化而改变的数据。动态数据的准备和系统切换的时间有直接关系。动态数据是常常变化，直接反映事务过程的数据。
a)输入数据：对真实物体扫描所得的二维断层DICOM格式医学图像序列。
b)输出数据：3D重建图像。
c)内部生成的数据：面绘制、体绘制算法所产生的中间数据。
3.3数据库介绍
数据库：SQL Server 2005
其优点在于：
1.能在所有主流平台上运行（包括 Windows）。
2.采用完全开放策略，可以使选择最最适合的解决方案。
3.长时间的开发经验，完全向下兼容。得到广泛的应用。完全没有风险。3.4数据流图
3.5数据采集
数据库名称：不同的软件都有不同的名称，一般在选择不同的接口类型后，系统都会显示默认的数据库名，一般不用修改；如果需要修改，可以点击“数据库清单”来选择相应的数据库。
选择采集文件存放目录及采集参数：选择采集后文件存放目录，采集的数据类型，手动录入数据，或将数据库文件载入数据库。
4.功能需求
4.1功能划分
基于JAVA的医学图像三维重建系统JV的构建功能具体如下：
（1）前台登陆，打开文件，提交断层数据
（2）选择算法、设置参数、完成重建
（3）模型静态显示，模型旋转、翻转等显示
4.2功能描述
主要实现医学图像的三维重建的功能
5.性能需求
5.1时间特性
为满足用户高效要求，数据的响应时间、更新处理时间都应在1-2秒之内。如果需要与外部设备交互（如打印机）时，响应时间可能较长，但应在可接受范围之内
5.2适应性
本系统可在微软的多种软件平台上运行。
6.运行需求
6.1用户界面
采用图形化界面
6.2硬件接口
1、处理器要求：Pentium Ⅵ或以上
2、运行环境： Eclipse
3、内存要求： 512MB或以上
6.3软件接口
操作系统平台：Microsoft Windows7
数据库系统平台：SQL Sever 2005
开发语言：JAVA
开发工具：Eclipse
6.4故障处理
由于用户在管理系统时，可能因长期的修改数据造成系统响应时间超长，因此，应定期对系统进行修复和压缩，从而减少响应时间，可以满足用户高效率的要求。
硬件方面：如果本系统出现问题，我们可以通过倒入备份文件来解决
软件方面：做好每天关机前自动备份。
7.其他需求
代码的可维护性：要求每个方法预留出必要的接口。
7.1软件的正确性
要求所发布的软件可以正确的完成用户的操作需求。如用户在对系统进行录入数据时，系统不仅要将用户输入的正确数据完整、准确的添加到系统里，而且要准确反映排序的全过程。
7.2软件的可靠性
在用户进行可预期的操作时，系统要保证不出故障
7.3软件的效率
本软件是为实现排序算法动态可视化，使用户可以看到动态的排序过程，因此该软件对用户的操作请求应在1-2秒内做处响应。
7.4软件的完整性
在发生例如掉电等以外情况时，可以保证系统数据的不丢失。
7.5软件的可维护性
系统应可以在发现错误时不仅做出错误显示，还应该进行错误处理，并多系统进行自动修复。
7.7软件的可理解性
软件应提供完全图形化的界面，尽可能的方便用户进行操作，从而以满足各层次的用户需求。
概要设计说明书
目录
1引言 (3)
1.1编写目的 (3)
1.2背景 (3)
1.3定义 (3)
1.4参考资料 (5)
2总体设计 (5)
2.1需求规定 (5)
2.2运行环境 (5)
2.3基本设计概念和处理流程 (6)
2.4结构 (7)
2.5功能器求与程序的关系 (7)
2.6人工处理过程 (7)
2.7尚未问决的问题 (7)
3接口设计 (8)
3.1用户接口 (8)
3.2外部接口 (8)
3.3内部接口 (8)
4运行设计 (8)
4.1运行模块组合 (8)
4.2运行控制 (8)
4.3运行时间 (9)
5系统数据结构设计 (9)
5.1逻辑结构设计要点 (9)
5.2物理结构设计要点 (9)
5.3数据结构与程序的关系 (9)
6系统出错处理设计 (9)
6.1出错信息 (9)
6.2补救措施 (9)
6.3系统维护设计 (9)
1引言
1.1编写目的
项目开发总结报告的编制是为了研究本项目的总体需求，背景，对开发结果、开发技术进行分析，总结本项目开发工作的经验，说明实际取得的开发结果以及对整个开发工作的各个方面的评价。
在三维图像重建的过程中，也就是需求分析阶段中，已经将系统用户对本系统的需求做了详细的阐述，这些用户需求已经在上一阶段中在实地调研中获得，并在需求分析说明书中得到详尽的叙述及阐明。
在下一阶段的详细设计中，小组人员可参考此概要设计报告，在概要设计对重建算法的动态图形可视化系统所做的模块结构设计的基础上，对系统进行详细设计。在以后的软件测试以及软件维护阶段也可参考此说明书，以便于了解在概要设计过程中所完成的各种模块设计结构，或在修改时找出在本阶段设计的不足或错误。
1.2背景
工程的名称：基于JAVA的医学图像三维重建系统
工程产品名称：基于JAVA的医学图像三维重建系统
工程组织者：综合实训项目组
产品用户：教师和学生
产品设计者：综合实训项目组
产品生产者：综合实训项目组
产品所有权：综合实训项目组
1.3定义
术语定义或解释表
1.4参考资料
[1] 国家软件工程开发标准
[2] 窦万峰《软件工程及实践》电子工业出版社
[3] 《概要设计说明书》国标
2总体设计
2.1需求规定
对功能的规定：
三维重建作为计算机科学的一个重要领域，广泛应用于图像处理，医学诊断，等许多方面，医学图像的三维重建系统正是基于这一现状医学图像重建，这也对该系统提出了更高层面的要求，因此三维图像要需要满足多方面的需求。本系统的目标是方便医生诊断，用三维图像的方式更加直观的传递医学信息。
本系统功能的需求主要是：医学图像三维重建，是计算机图形学和数字图像处理技术在生物医学工程中的重要应用。它涉及到计算机图形学、数字图像处理、生物医学工程等多种技术，是一项多学科交叉的研究领域，是目前的一个研究热点。医学三维重建技术在医学诊断、手术规划、模拟仿真、整形及假肢外科、解剖教学等方面都有重要的应用。因此，对医学图像三维重建技术的研究，具有重要的学术意义和广阔的应用前景。医学图像三维重建的主要研究内容包括医学图像的预处理，如滤波、插值等；组织器官的分割与提取；三维模型的重构等。
对性能的规定：
系统的性能需求一般是指相互消息传递顺利，协议分析正确，界面友好，运行时间满足使用需要，安全性得到完全保证等。就实际情况而言，我们最需要考虑的性能需求就是系统的界面问题。本系统在设计的时候，性能需求主要从一下几方面进行考虑：
1）稳定性：由于系统面对的大量数据的排序，在对大量数据的处理中，一旦服务器发生阻塞而崩溃，将给演示带来很大的麻烦。因此，系统服务器要能及
时响应，由于数据量大，还要对数据及时做好备份和恢复。
2）可扩展性：系统要保证可持续增长一满足用户需求和业务复杂性要求。排序算法的动态可视化系统将随着需求的增长而显指数的增长，大体表现在用户
数量以及提供的用户服务的复杂性和集成性等方面，系统要能随着用户的需
求和技术的不断发展而改进。
3）易于管理：用户可以很方便地对本系统进行管理，确保系统运行正常。2.2运行环境
硬件环境：PIV以上处理器，256M以上内存。
软件环境：windows7/windows8，SQL Server 2000，Eclipse
使用人员：医生、护士、医学图像分析者
2.3基本设计概念和处理流程
2.4结构
2.5功能需求与程序的关系2.6人工处理过程
无
2.7尚未问决的问题
无。
3接口设计
3.1用户接口
包括用户界面、三维图像重建处理、文件数据，其中三维图像重建处理实现对原始数据的可视化，文件数据模块负责文件的操作，包括打开文件、关闭文件、和保存文件，用户需要一个友好的界面，在界面设计上，应做到简单明了，易于操作，并且要注意到界面的布局，应突出重要以及出错信息。
3.2外部接口
3.2.1软件接口
服务器程序可使用Eclipse提供的对SQL Server 2005的接口，进行对数据库的所有访问。
服务器程序上可使用SQL Server 2005的对数据库的备份命令，以做到对数据的保存。
3.2.2硬件接口
在输入方面，对于键盘、鼠标的输入，可用Eclipse的标准I/0，对输入进行处理；
在输出方面，打印机的简介及使用，也可用Eclipse的标准I/O进行处理。
3.3内部接口
各模块之间采用函数调用、参数传递、返回值的方式进行信息传递。接口传递的信息将是以数据结构封装了的数据。
4运行设计
4.1运行模块组合
三维图像重建处理系统的三个模块在服务器启动的时候完成所有模块的加载工作，随时等候用户的调用。
4.2运行控制
在页面上，通过鼠标点击触发相应的操作。
4.3运行时间
视操作系统而定。
5系统数据结构设计
5.1逻辑结构设计要点
无
5.2物理结构设计要点
无
5.3数据结构与程序的关系
无
6系统出错处理设计
6.1出错信息
本系统将出错信息分为两种：操作错误和系统错误
操作错错误是指用户在本系统的使用过程中进行的错误操作，例如输入格式不规范、输入数据超出范围等。
系统错误是指数据库连接失败、系统以外停机等不可避免的以外事故。
6.2补救措施
当用户操作出错时，显示提示信息，并重新操作。
系统出错时只要重启本软件就可以了。
6.3系统维护设计
定期重启服务器。保证服务器每周重新启动一次，重启之后进行复查。服务器优化，包括整理系统空间和性能优化。
详细设计说明书
1 引言
1.1编写目的
根据《需求规格说明书》、《概要设计说明书》，在仔细考虑讨论之后，我们对《排序算法的动态可视化系统》软件的功能划分、数据结构、软件总体结构的实现有了进一步的想法。我们将这些想法记录下来，作为详细设计说明书，为进一步设计软件、编写代码打下基础。
在前一阶段《概要设计说明书》中，已解决了实现该系统需求的程序模块设计问题。包括如何把该系统划分成若干个模块、决定各个模块之间的接口、模块之间传递的信息，以及数据结构、模块结构的设计等。在以下的详细设计报告中将对在本阶段中对系统所做的所有详细设计进行说明。
在本阶段中，确定应该如何具体地实现所要求的系统，从而在编码阶段可以把这个描述直接翻译成用具体的程序语言书写的程序。主要的工作有：根据在《需求分析说明书》中所描述的数据、功能、运行、性能需求，并依照《概要设计说明书》所确定的处理流程、总体结构和模块外部设计，设计软件系统的结构设计、逐个模块的程序描述（包括各模块的功能、性能、输入、输出、算法、程序逻辑、接口等等）
1.2背景
本项目的名称：基于 JA V A 的医学图像三维重建系统 JV（Java-Visual）的构建
本项目的提出者：综合实训指导老师——黄钰
本项目的开发者：刘毅斐，许武奎，王琦，申艳，汪星宇
本项目的使用者：教师和学生
1.3定义
J2SE ：Java2 Standard Edition
VTK ：视觉化工具函式库(visualization toolkit)
医学图像三维重建系统:
医学图像三维重建系统包含二维医学图像预处理和三维模型绘制及交互两大部分。由
CT/MR、超声等影像设备输出的原始切片数据，通过DICOM协议在本机接收后，在二维医学图像预处理部分进行批量预处理，将预处理的结果在三维模型绘制部分中绘制并进行三维的交互操作。
1.4参考资料
[1] (美)埃史尔陈昊鹏，《 Thinking in java》中文版，机械工业出版社.2007
[2] 陈刚，《Eclipse 从入门到精通》，清华大学出版社.2005
[3] James Rumbaugh Ivar Jacobson Grady Booch，《UML 参考手册》，机械工业出版社.
[4] Schroeder W, Martin K, Lorensen B. The Visualization toolkit: An Object Oriented Approach to 3D Graphics. 3rd Edition. New York: Kitware, Inc. Publisher, 2003.
[5] Schroeder WJ, Avila LS, Hoffman W. Visualizing with VTK: A tutorial. IEEE Trans. on Computer Graphics and Applications, 2000,20(5):20?27.
[6] 赵明昌, 田捷，薛健等. 医学影像处理与分析开发包 MITK 的设计与实现. 软件学报，2005,16(4):485-495
[7]《需求规格说明书》
[8]《概要设计说明书》
2程序系统的结构
排序算法的动态可视化系统结构图