• Nie Znaleziono Wyników

Recenzja rozprawy doktorskiej mgra inż. Łukasza Turchana pt. Analiza numeryczna sztucznej hipertermii z wykorzystaniem różnych modeli przepływu biociepła

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Recenzja rozprawy doktorskiej mgra inż. Łukasza Turchana pt. Analiza numeryczna sztucznej hipertermii z wykorzystaniem różnych modeli przepływu biociepła"

Copied!
5
0
0

Pełen tekst

(1)

dr hab. inż. Jerzy M endakiew icz prof. nzw. w Pol. SI.

Instytut M echaniki i Inżynierii Obliczeniowej W ydział M echaniczny Technologiczny Politechnika Śląska

G liw ice, dn. 3 0 .0 6 .2 0 14r.

H 7 T R K A N

W yda > Technologicznego

prof. dr hab. il ż. A rkadiusz M ężyk

Recenzja

p ra c y d o k to rsk iej

m g ra inż. Ł u k a sz a T U R C H A N A

Przedm iotem recenzji jest praca doktorska m gra inż. Łukasza Turchana pt. „A naliza num eryczna sztucznej hiperterm ii z wykorzystaniem różnych modeli przepływ u biociepła”. Prom otorem pracy je st prof. dr hab. inż. Ew a M ajchrzak, a podstaw ą opracow ania recenzji je st zlecenie Dziekana W ydziału M echanicznego Technologicznego Politechniki Śląskiej z dnia 11.06.2014r.

1. T em atyka i cel pracy

Tem atyka recenzowanej pracy dotyczy modelowania procesów zachodzących w nagrzew anych tkankach z uw zględnieniem ich niejednorodnej struktury, czyli m odelow ania w skali m akro i mikro. D oktorant podjął się trudnego zagadnienia zw iązanego z opracow aniem takich modeli m atem atycznych analizowanego procesu, które uw zględniają naczynia krwionośne, ich liczbę, wym iary oraz w pływ na rozkłady tem peratury w tkankach miękkich. Podjęta tem atyka jest w ażna zarówno z teoretycznego ja k i praktycznego punktu widzenia, poniew aż bliższe rzeczywistości m odele m atem atyczne opisujące zjaw iska cieplne zachodzące w organizm ach żywych zapew niają bardziej precyzyjne m odelowanie m iędzy innymi zabiegów sztucznej hiperterm ii.

(2)

2. O gólna ocena treści, układu i zakresu pracy

Praca liczy 145 stron i składa się z 9 rozdziałów, wykazu literatury, streszczeń w języku polskim i angielskim. Spis literatury obejm uje 129 pozycji, w tym 22, których w spółautorem jest mgr inż. Łukasz Turchan.

A utor poprawnie przyjął kolejność rozdziałów. W rozdziale 1, po krótkim w prow adzeniu, form ułuje cel i tezę pracy oraz jej zakres. Rozdział 2 to przegląd literatury zw iązany z modelami matem atycznym i opisującymi przepływ ciepła w organizm ach żywych. W spomniano tutaj o równaniu Pennesa, równaniu Cattaneo V em otte’a oraz rów naniu z dwom a czasami opóźnień. Przedstawiono również modele bazujące na teorii ciał porowatych, czyli model dwutem peraturowy opisujący rozkład tem peratury tkanki miękkiej i krwi oraz model trój tem peraturowy opisujący rozkład tem peratury tkanki miękkiej oraz krwi tętniczej i żylnej. Omówiono również metody oceny stopnia destrukcji nagrzew anych tkanek. Rozdział ten je st napisany kom petentnie, w sposób zwarty, ale zaw iera wszystkie niezbędne informacje w prow adzające w tem atykę recenzowanej rozprawy doktorskiej.

Pozostałe rozdziały pracy są związane z badaniam i własnymi mgra inż. Łukasza Turchana. W rozdziałach 3, 4 i 5 Autor rozpatruje obszar tkanki miękkiej (sześcian) z centralnie um ieszczonym podobszarem nowotworowym (również sześcian). N ow otw ór je st nagrzewany przez pewien czas nazywany czasem ekspozycji w taki sposób, że w ew nątrz tego podobszaru generowane je st źródło ciepła o stałej wydajności. Rozpatryw ano trzy warianty nagrzewania przyjmując różne czasy ekspozycji oraz różne wartości wew nętrznego źródła ciepła. W ten sposób analizowano szybkie nagrzewanie z dużą w artością źródła ciepła, wariant pośredni oraz w olne nagrzew anie z m ałą w artością źródła ciepła - należy podkreślić, że w każdym przypadku iloczyn tych dwóch wielkości był taki sam (tabela 3.2). Intencją A utora było opisanie tego procesu za pom ocą różnych modeli matematycznych, w yznaczenie rozkładów tem peratury w rozważanym obszarze oraz określenie tzw. dawki termicznej i całki Arrheniusa, które um ożliw iają ocenę stopnia destrukcji tkanki. W tym celu, w rozdziale 3 mgr inż. Łukasz Turchan stosuje równanie Pennesa, równanie Cattaneo V ernotte’a oraz równanie z dwoma czasami opóźnień. W rozdziale 4 prezentuje uogólniony model z dwoma czasami opóźnień, który składa się z dwóch sprzężonych równań opisujących rozkład tem peratury w tkance miękkiej i naczyniach krw ionośnych i w którym czasy relaksacji oraz współczynnik sprzężenia są ściśle związane ze strukturą tkanki biologicznej. Rozwinięciem tego modelu jest uogólniony model z dwoma czasami opóźnień uwzględniający żyły i tętnice, w yprow adzony przez Autora w rozdziale 5. Zadania opisane za pom ocą różnych modeli m atem atycznych rozwiązano stosując jaw ny schemat metody różnic skończonych i w każdym przypadku sform ułowano warunki stabilności rozwiązania.

(3)

Pokazano wyniki obliczeń, przeprow adzono analizę otrzymanych rozwiązań i na tej podstaw ie w każdym z om awianych rozdziałów sformułowano wnioski.

N ieco inny charakter m a rozdział 6 pracy doktorskiej, który dotyczy nagrzewania tkanki skórnej poddanej działaniu zew nętrznego źródła ciepła. Autor wykorzystał tutaj doświadczenie zdobyte przy rozw ijaniu modeli m atem atycznych bazujących na teorii ciał porow atych (rozdziały 4 i 5 pracy doktorskiej) i uwzględnił w modelu m atem atycznym procesu różny stopień ukrwienia kolejnych warstw skóry. Podobnie ja k w rozdziałach poprzednich, zadanie rozwiązano stosując schemat jaw ny metody różnic skończonych, tym razem dla obszarów w ielow arstw ow ych zorientowanych we w spółrzędnych w alcow ych (zadanie potraktow ano jako osiowo-symetryczne).

W rozdziale 7 opisano sposób przeprow adzenia badań eksperymentalnych, które A utor w ykonał i pokazano porów nanie wyników obliczeń z danymi eksperym entalnym i. D la badanej tkanki biologicznej (wątroba), która była silnie ukrwiona, m gr inż. Łukasz Turchan wykazał, że uogólniony model z dwoma czasami opóźnień lepiej opisuje rozkłady tem peratury w nagrzewanej tkance niż powszechnie dotychczas stosowany model Pennesa.

Rozdział 8 pośw ięcono aspektom inform atycznym , tzn. opisano autorskie program y kom puterow e, om ówiono m iędzy innymi czasow ą i pam ięciow ą złożoność obliczeniow ą algorytm ów oraz pokazano sposób prow adzenia obliczeń równoległych.

W rozdziale 9 przedstaw iono wnioski oraz kierunki dalszych badań. Pracę kończy w ykaz literatury oraz streszczenia w języku polskim i angielskim.

3. O cena pracy doktorskiej

Pracę doktorską m gra inż. Łukasza Turchana oceniam wysoko i stanowi ona istotny wkład w rozwój metod m odelow ania procesów cieplnych zachodzących w organizm ach żywych. Prezentuje treści związane z inżynierią biom edyczną i należy j ą zaliczyć do dyscypliny „M echanika” . Pragnę jeszcze podkreślić, że rozprawa doktorska została w ykonana w ram ach projektu badawczego „Analiza num eryczna sztucznej hiperterm ii z wykorzystaniem różnych modeli przepływu biociepła” finansow anego ze środków Narodow ego Centrum Nauki (DEC- 2 0 1 1/01/N /ST6/05231), którego m gr inż. Łukasz Turchan je st kierownikiem, co świadczy o Jego umiejętności pozyskiw ania środków na prowadzenie własnych badań naukowych.

Podsum ow ując ocenę ogólną chciałbym w skazać na zalety recenzowanej pracy stanow iące jednocześnie osiągnięcia jej Autora:

• Kom pleksow e podejście do problem atyki m odelowania procesów cieplnych zachodzących w nagrzew anych tkankach,

(4)

• A naliza porów naw cza modeli matem atycznych opisujących procesy cieplne w skali makro i mikro zachodzące w nagrzewanych tkankach (zadania 3D), • W yprowadzenie w łasnego uogólnionego modelu z dwoma czasami opóźnień

uw zględniającego żyły i tętnice, pokazanie sposobu jego rozwiązania i wyników obliczeń (rozdział 5),

• Przeprow adzenie badań doświadczalnych związanych z nagrzewaniem tkanek, • O pracow anie autorskich program ów kom puterow ych do wyznaczania

rozkładów tem peratury, dawki termicznej i całki Arrheniusa, ocena złożoności obliczeniowej i pamięciowej algorytmów, realizacja obliczeń równoległych, • D uża liczba publikacji, których mgr inż. Łukasz Turchan jest współautorem

i które ściśle w iążą się z tem atyką rozprawy doktorskiej.

W ocenie ogólnej pracy nie m ożna nie odnieść się do dużej objętości pracy (145 stron). Uznaję, że rozbudow anie niektórych rozdziałów wynika z chęci przedstawienia w szystkich zagadnień, z którym i A utor musiał się zapoznać analizując poszczególne m odele m atem atyczne opisujące przepływ ciepła w organizmach żywych dotyczące sztucznej hipertermii oraz realizując badania. Jednak niektóre fragmenty, moim zdaniem, m ożna było pominąć. Autor, każdy rozdział pracy potraktował jako niezależną część, w zw iązku z tym pewne treści, np. w rozdziałach 3, 4, 5 i 6, pow tarzają się (wyjaśnienia dotyczące param etrów termofizycznych, wariantów nagrzew ania itp.).

U w agi dyskusyjne:

1. Pojawiająca się w tytule pracy „sztuczna hiperterm ia” jako metoda leczenia ciepłem, w pracy doktorskiej nie została należycie uwypuklona. Autor założył, że podobszar now otw orow y je st nagrzewany przez pewien czas, ale nie wnikał w sposób realizacji tego nagrzewania. Poproszę o komentarz.

2. W rozdziałach 3, 4 i 5 rozpatrywano obszar przestrzenny z symetrycznymi w arunkam i brzegowym i (rys. 3.1) - obliczenia wystarczyło prowadzić dla 1/8 tego obszaru.

3. D yskretyzacja obszaru przedstaw iona na rys. 3.2 je st niepoprawna.

4. Badania eksperym entalne przeprow adzono dla silnie ukrwionej tkanki (wątroba) i pokazano, że uogólniony model z dwoma czasami opóźnień daje lepsze wyniki niż model Pennesa. Czy, zdaniem Autora, w przypadku innych tkanek rów nież tak będzie?

(5)

o niezrozum iałych sform ułow aniach lub wyrażeniach, np. „param etr dawki term icznej”, „param etr całki A rrheniusa”, „Próbkę m ięsa umieszczono w prostopadłościanie

4. P odsum ow an ie recenzji i w n iosek końcow y

Podsum ow ując recenzję chciałbym odwołać się do zasadniczych osiągnięć Autora pracy, a w szczególności do zastosowania kom pleksowego podejścia do problematyki m odelow ania przepływu biociepła. Rozw iązując zadania wynikające z tem atu i celu pracy, A utor w ykazał się um iejętnością samodzielnego prowadzenia rozbudowanych badań m odelow ych i planow ania badań empirycznych. Treść pracy ujawnia także dużą determ inację i zaangażow anie Autora w rozpoznaw anie i dyskusję podjętej tematyki. Jak to zostało zaznaczone w poprzedniej części recenzji, większość uwag do treści pracy nie ma charakteru w skazań na błędy, a stanowi raczej przyczynek do dalszych dyskusji i rozważań.

U w zględniając niniejsze kom entarze oraz ocenę ogólną pracy i uwagi szczegółowe uważam, że recenzow ana praca doktorska zdecydowanie zasługuje na pozytyw ną ocenę. Jednocześnie jestem przekonany, że praca doktorska m gra inż. Łukasza Turchana pt. „A naliza num eryczna sztucznej hipertermii z wykorzystaniem różnych modeli przepływ u biociepła” spełnia wym agania stawiane pracom doktorskim w obowiązującej Ustawie o Stopniach Naukowych i Tytule Naukowym oraz o Stopniach i Tytule w Zakresie Sztuki i wnoszę o dopuszczenie pracy do publicznej obrony.

W nioskuję o wyróżnienie pracy. W niosek znajduje swoje uzasadnienie w przytoczonych w recenzji zasadniczych osiągnięciach Autora pracy. Odnosząc się natom iast do uwag szczegółowych wskazanych w recenzji zaznaczyć można, iż podejm ow anie się rozwiązania trudnych zadań i proponowanie oryginalnych rozwiązań prowadzi zazwyczaj do ujaw niania różnych wątpliwości i pytań. W świetle tego stw ierdzenia podkreślić należy, że wspom niane uwagi m ają w większości przypadków charakter dyskusyjny i nie obniżają wysokiej oceny recenzowanej pracy.

Cytaty

Powiązane dokumenty

czasami, używając terminu poradnictwo, ma się na myśli działalność instytucji, posiadającej w nazwie słowo „poradnia”. Wówczas cała działalność instytucjonalna,

Zauważone zostało, iż objawy nadużycia przez doradcę władzy mogą jednak wynikać nie tylko z chęci „urządzania życia” radzącym się, ale także ze wspomnianych już

Jaka jest ´srednia g˛esto´s´c, g˛esto´s´c centralna, ci´snienie centralne dla kuli politropowej o indeksie politropy n = 1.5, masie 0.5 masy Sło´nca i promieniu 0.014

Jaki jest stosunek ci´snienia promieniowania do ci´snienia całkowitego i energii Fermiego do energii termicznej gazu na dnie warstwy konwektywnej Sło´nca i w jego

Dlatego celem niniejszej dysertacji jest wyjaśnienie w bardziej wyczerpujący sposób stwierdzenia Jana Pawła II, że Duch Święty uosabia i aktualizuje miłosierdzie Boże w

św. „L’Osservatore Romano” wyd.. Podejmował w tej dziedzinie istotną refleksję oraz inicjował działania, służące skutecznemu przekazowi wiary 9. Rolę znaczącą dla

KKTE Komunia święta i kult tajemnicy eucharystycznej poza Mszą świętą dostosowane do zwyczajów diecezji polskich (7 VI 1980).. LC PAWEŁ VI, Konstytucja apostolska

Przy przejściu od mechaniki klasycznej do kwantowej operator występujący po prawej stronie równania (13.9), odpowiada funkcji Hamiltona układu. Stąd jego nazwa -