Recenzja rozprawy doktorskiej mgra inż. Krzysztofa Króla pt. Redukcja błędu dopasowania czasowo-przestrzennego punktu docelowego do przedoperacyjnego modelu pacjenta w małoinwazyjnych zabiegach jamy brzusznej

Prof.

dr

hab.

inż.

Adam

Czomik

G

liwice,

7.

01.2019

In

stytut

Automatyki

Politechnika

Śląska

RECENZJA

ROZ

P

RA

WY DOKTORSKI

EJ

Tytuł

rozprawy:

"Redukcja

blędu

dopasowania czasowo-prLcstrLcnnego punktu

docelowego do prLedoperac

y

jncgo modelu pacjent

a

w maloinwaz

y

jnych zabiegach jam

y

brLusznej"

A

ut

or rozprawy:

mgr

inż.

Krzysztof Król

Promo

t

or

rozprawy:

dr hab.

inż.

Dominik Spinczyk

I.

C

el

,

zakres

i

char

a

kter rozpr

a

wy

Rozprawa

doktorska

dotyczy zastosowa

nia modeli matematycznych

do budowy

algoryt

mu

dopasowującego

model

anatomi

i

przedoperacyjnej pacjenta,

do pozycji

p

acjenta

,

podczas

za

biegu na podstaw

ie danyc

h uzys

kanyc

h

podczas obserwacji

markerów

ułożonych

na skórze.

Genezą postawionego

probl

em

u

badawczego

jest

wspo

maganie

operacji

chirurgicznych

w

małoinwazyjnych

zabiegach

jamy brzusznej. Podczas

t

ak

i

ch zabiegów, jed

nym

z

głównych

problemów jest

precyzyjne zlokali

zowani

e

patologicznej

tk

ank

i. Systemy nawi

gacyj

ne

oparte

na obraz

ie

wykorzystują wiedzę

o anatomii pacje

nta

uzyskaną

na

podstawie

obrazów

diagnostycznych. Obecny

stan

wiedzy

umożliwia precyzyjną lokalizację

patol

ogicznej zmiany

cho

r

obowej

dl

a sztywnyc

h struktur,

dużym

wyzwan

iem

jest

jednak

taka

l

okalizacja dla

struktur

miąższowych.

W

lit

eraturze

ni

e

ma

ogólnych

i

zweryfikowanych metod

budowy

tego

ty

pu

modeli

.

Praca ma charakter badawczy i obejmuje podstawowe problemy związane z modelowaniem matematycznym. Zdecydowanie można stwierdzić, że problematyka, którą podjął Doktorant

spełnia oczekiwania jakie można wiązać z tematem pracy doktorskiej. Jest stosunkowo mało

poznana, interesująca

i wp

isuje się we współczesne trendy badawcze.

2

.

Zawartość

i strukt

ur

a roz

p

ra

n

'}'

Pracę, która liczy 86 stron i zawiera 56 pozycji literatury, 42 tabele oraz 31 rysunków

podzielono na 5 rozdziałów.

Praca rozpoczyna się od wprowadzenia, w którym przedstawiono kolejno: motywację dla podjęcia proponowanego tematu, definicję problemu rejestracji obrazów, klasyfikację stosowanych w pracy metod rejestracji układu współrzędnych pacjenta, estymatory błędu dopasowania punku docelowego. W tej części pracy opisano również plan badań oraz wskazano

na najistotniejsze trudności, których naJeży oczekiwać podejmując proponowany temat.

Wprowadzenie kończy sfonnułowanie tezy pracy i celów szczegółowych.

Rozdział drugi rozpoczyna się od opisu sposobu pozyskania danych do eksperymentów od 21 pacjentów z rozpoznaniem nowotworów wątroby. U każdego z nich wybrano siedem do dziesięciu zestawów skorelowanych markerów radiologicznych umieszczonych na ich brzuchu z rozpoznawalnymi dla system śledzenia pozycji markerami. W dalszej części opisano sposób

modyfikacji algorytmu AQUIRC (ang. Assessing Quality Using Image Registration Circuits),

który jest wykorzystywany w dalszej części pracy oraz opisano w jaki sposób przeprowadzono eksperymenty. Rozdział ten kończy analiza czasowo-przestrzenna danych wejściowych. Analiza te posłużyła do oszacowania położenia zmiany patologicznej podczas cyklu

oddechowego.

W rozdziale trzecim opisano tzw. algorytm rojowy i przedstawiono kilka jego możliwych odmian. Niestety nie opisano tu dokładnie w jaki sposób został on wykorzystany w pracy i jakie przyjęto w nim parametry.

Rozdział czwarty poświęcony jest prezentacji wyników uzyskanych w przeprowadzonych

eksperymentach. W szczególności znajdują się tutaj zestawienia błędu rejestracji punktu docelowego w zależności od fazy oddechowej i zastosowanej transfonnacji. Do anlizy statystycznej uzyskanych wyników zastosowano test Manna-Whilneya- Wilcoxona dla grup:

minimum FRE, wdech, wydech, cały cykl oddechowy i AQUIRC, a transfonnacje dla których przeprowadzono eksperymenty, lO: SZTYWNE-TPS, SZTYWNE-EBS, SZTYWNE

-EBSPSO, AFlNICZNE-TPS, AFINICZNE-EBS, AFINICZNE-EBSPSO, AFINICZNE

-EBSDE, AFINICZNE-EBSPSO-AQUIRC, AFINICZNE-EBSDE-AQUIRC, SZTYWNE

-EBSDE i SZTYWNE-EBSPSO-AQUIRC.

Ostatni rozdział zawiera podsumowanie rozważań prowadzonych w całej pracy oraz zawiera dyskusję i wnioski dotyczące analizy wyników znajdowania optymalnej fazy oddechowej, analizy wyników błędu rejestracji punktu docelowego oraz korelacji liniowej pomiędzy błędem

rejestracji punktu pasowanego

tzw.

miary

multiplikatywnej

z

błędem

rejestracji punktu

docelowego.

3.

Ogólna ocena

i

uwagi

dotyczące

rozp

r

awy.

Zaproponowa

ny

temat

rozprawy jest

aktualn

y

i

bardzo

ważny,

zarówno z

punktu widzenia

naukowego

,

jak

i

aplikacyjnego.

Wpisuje

się

bardzo dobrze

w

sferę działań

badaczy

i

naukowców

zajmujących się inżynierią biomedyczną

oraz

mode

lowaniem

matematycznym.

Praca

napisana jest

przejr.tyście,

bardzo

poprawnym

językiem.

Praca zawiera orygina

l

ne

i

istotne \vynik

i

.

Autor

postawił

sobie za cele opracowanie a

l

gorytmu

dopasowującego

model

anatomii

przedoperacyjnej

pacjenta

,

do pozycji pacjenta

,

podczas zabiegu

na

podstawie

danych

uzyskanyc

h

podczas

obserwacji markerów

ułożonych

na

skór.te

.

Bez żadnyc

h wątpliwości należy stwierdzić, że

cele te zosta

ły osiągnięte, a sformułowana

teza:

Wykor.tystan

ie

obwodów rejestracji

3

-

go

rzędu umożliwia redukcję błędu

dopasowania

czasowo-przestrzennego

punktu docelowego do pr.ledoperacyjnego mode

l

u pacjenta w

małoinwazyjnych

zabi

egach jamy

brzusznej

jest

poprawna

i

została

uzasadniona

w

rozprawie

poprzez

realizację następujących

celów

szczegółowych:

l

.

Adaptacja

podejścia

obwodów

rejestracji do prob

l

em

u minim

al

izacji

blędu

dopasowania

czasowo-przestrzennego

punktu

docelowego

do pr.ledoperacyjnego

mode

l

u

pacjenta w ma

loinwazyjn

ych zabiegach jamy

brzusznej.

2

.

Opracowanie

metody znajdowa

nia

fazy

oddec

howej

,

umożliwiającej

wprowadze

nie

narzędzia

chirurgicznego

do

jamy brzusznej

,

zapewmająceJ redukcję błędu

dopasowania

punktu doce

l

owego do

przedoperacyjnego

modelu

pacjenta \vynikającego

z

ruchów

oddecho\.vych.

3. Wybór

i przebadanie

możliwości użycia rojowych

algorytmów optyma

l

izacj

i

w ce

lu

doboru

wartości

param

etrów

modelu defomlacji jamy

brzusznej

,

służącego

do

estymacji

położenia

punktu docelowego.

4.

Anali

za

porównawcza

kore

l

acj

i

mult

i

plikalywnej

miary

błędu €, w obwodac

h

reje

s

tracji

3-go

rzędu,

oraz

błędu

dopasowania

mark

er

ów (FRE) z

błędem

dopasowania

punktu

doce

l

owego (TRE).

Poniżej

przedstawiam kilka

pytań,

uwag krytycznych

or

az

wskazuję

na

pewne

błędy

i uchybienia.

W

trakc

ie

publicznej

obrony

proszę

o

ustosunkowanie

się

do tr.lech

p

i

erwszyc

h

uwag.

-

Ciekawym

byłoby przedyskutować

na

ile

opracowane

metody a

są

uniwersalne

czy

też

ich

-

Z

czego wyn

ik

a

mak

sy

malna

częstotliwość

próbkowania

układu śledzenia położenia

równa

25

H

z?

-

W jaki

sposób wy

k

o

r

zysta

n

o

algorytm

r

o

j

owy

i dl

aczego

właśnie ten

a

l

go

r

yt

m

wybrano?

-

Nazewn

i

c

t

wo

"o

dwzorowanie

afiniczne"

użyte

na

stro

ni

e

1

2 jest

niewłaściwe.

Przekształcenie,

o którym jest

tam

mowa

je

s

t

przekształceniem

liniowym.

-

Na

s

tronie

1

2

ni

e poda

n

o

u

zasad

nienia

dlaczego wzory na

wartość oczekiwaną

kwadratów

FRE i

TRE maja

podana

postać.

-

Na s

tr

onie 22

podano

układ

równaJ'!.

,

którego

rozwlązamem są

wek

t

ory

błędów.

Mo

im

z

d

a

ni

e

m

należałoby pi/.edyskutować

u

war

unk

owanie

tego

układu.

-

Na stronie 56 autor p

i

sze

"Najmniejszą medianę błędu

T

RE w obwodac

h r

ejes

tr

ac

ji

zaobse

r.'1

owano dla

marker

ów

polozonych

w

środku układu współrzędnych

i

j

es

t

to

zgodne z

teorią

estymatora F

i

tzpatr

i

cka".

Ta

teza

wymaga

sze

r

szego

wyjaśnienia.

- Na

s

tr

ona 62

użyto niezrozumiałego sformułowania "prawdopodobieństwo

szacowa

m

a

błędu".

-

W ki

lku

miej

scac

h

(

np

. s

tr.

ł

0,56,57)

au

t

or u

żywa sformułowania

opty

maln

y

nie

precyzując

jakie

jest kryterium

optymalności.

-

J

akie

były

pow

ody

wybrania

t

es

tu

Ma

nn

a- W

hitn

eya-Wilcoxona.

Te

st

ten ma

w

literatui

/.e

wicie od

mi

an

i

pow

i

nie

n

być dokładniej

op

i

sa

n

y.

4. Podsumowani

e

i

wnioski

Doktorant

osiągnął

zamie

r

zo

n

y cel,

wykazał się umiejętnością kreowania nowych pomysłów

i

sa

m

odz

ielne

go

rozwiązywania

problemów

n

a

uk

owyc

h. R

ozp

r

awa

dowodzi

,

że

Autor

opanowała

wars

z

tat

n

aukowy

,

zna

krajową

i

zagraniczną literaturę związaną

z tematyką

pracy

.

Praca nie wymaga

uzupełnień

ani poprawek.

Doktorant jest autore

m

lub

współautorem sześciu artykułów

w czasop

i

s

m

ach o

zasięgu międzynarodowym

i

t

rzec

h

doniesień

k

o

nferencyjn

yc

h

.

W

świetle powyższych

uwag

s

t

wierdzam

,

że

opi

ni

owa

n

a rozprawa doktorska

spełnia

wy

m

agan

ia

określone

w

obowiązującej

"Us

t

aw

ie

o

sto

pnia

c

h n

aukowych

i

t

y

tul

e

n

a

uko

wym

oraz stop

ni

ac

h

i tytul

e

w za

kr

es

i

e sz

tuki

"

i

wnoszę

o jej do

pu

szczenie

do publicznej

ob

r

o

n

y.