1. Zasadność podjęcia tematu rozprawy doktorskiej i jej zakres

Transkrypt

1 Dr hab. inż. Grzegorz MILEWSKI, prof. PK Kraków, Zakład Mechaniki Doświadczalnej i Biomechaniki Instytut Mechaniki Stosowanej Wydział Mechaniczny Politechnika Krakowska Al. Jana Pawła II 37, Kraków RECENZJA rozprawy doktorskiej mgr inż. Karola SUPRYNOWICZA pt. Opracowanie optycznej metody wyznaczania pola odkształceń próbek pierścieniowych i jej wykorzystanie do badań właściwości mechanicznych tętnic Podstawa opracowania: pismo Dziekana Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej Prof. dr hab. inż. Janusza Frączka, nr MEiL - 428/2017 z dn r. 1. Zasadność podjęcia tematu rozprawy doktorskiej i jej zakres Metodyka badań doświadczalnych oraz modelowanie konstytutywne tkanek miękkich jest złożonym i w wielu aspektach jeszcze niedostatecznie zidentyfikowanym zadaniem badawczym. Decydują o tym silne nieliniowości geometryczne i fizyczne materiałów biologicznych, które dodatkowo wykazują właściwości anizotropowe i cechy reologiczne. Naczynia krwionośne, a w szczególności tętnice opisywane są w literaturze modelami hipersprężystymi, a wyznaczanie współczynników, czy stałych materiałowych występujących w równaniach fizycznych ciągle stanowi aktualny interdyscyplinarny problem badawczy, zarówno dla środowiska inżynierów, jak i lekarzy. Istotnym trendem badawczym w tym zakresie są badania na zwierzętach. Prawidłowa metodyka badań doświadczalnych dla określenia własności mechanicznych tkanki miękkiej jest też podstawą do wyznaczania deskryptorów warunkujące powodzenie leczenia chirurgicznego, w tym leczenia farmakologicznego. Recenzowana praca należy właśnie do takiego kręgu tematycznego. Doktorant podjął się w swojej pracy istotnego i trudnego zadania opracowania złożonych algorytmów doświadczalno-numerycznej procedury wykorzystującej metodę cyfrowej korelacji obrazu do zwiększenia dokładności wyników uzyskiwanych z prób obwodowego rozciągania próbek 1

2 pierścieniowych wycinanych z aort szczurzych z równoczesną próbą automatyzacji procedury. Swoje opracowanie Autor przedstawił łącznie na 116 stronach zawierających tekst pracy, tabele, rysunki, wykresy, wykaz cytowanej literatury oraz załączniki. Rozdział 1 zawiera syntetyczny przegląd stanu wiedzy w zakresie anatomii, histologii oraz właściwości mechanicznych i równań konstytutywnych naczyń tętniczych jako materiałów hipersprężystych i lepkosprężystych. Kolejne podrozdziały dotyczą metod doświadczalnych stosowanych w pomiarach właściwości mechanicznych aort ze szczególnym uwzględnieniem przedmiotowych dla rozprawy dwu- i trójwymiarowych metod cyfrowej korelacji obrazu. Rozdziały (2-6) to badania własne Autora zawierające fundamentalne dla pracy oryginalne procedury i algorytmy polowych metod optycznych wykorzystywanych w analizie deformacji pierścieniowych próbek aort szczurzych w próbach rozciągania obwodowego. W rozdziale 7 Doktorant zawarł podsumowanie swoich wyników pracy i przedstawił kierunki dalszych badań dotyczące automatyzacji procedur pomiarowych w próbach wytrzymałościowych oraz optymalizacji oprogramowania w metodzie cyfrowej korelacji obrazu. Rozprawę kończy wykaz cytowanej literatury i załączniki przedstawiające autorską konstrukcję siłownika elektrodynamicznego maszyny wytrzymałościowej stosowanej w pracy oraz potwierdzenie zgłoszenia patentowego na wynalazek Urządzenie do nanoszenia znaczników na próbki biologiczne zespołu twórców, wśród, których mgr inż. Karol Suprynowicz występuje jako pierwsza osoba. 2. Ocena merytoryczna rozprawy Praca ma typowo doświadczalno-numeryczny charakter. W mojej ocenie mgr inż. Karol Suprymowicz bardzo dobrze wywiązał się z postawionego w rozprawie celu zadania badawczego, którym było opracowanie własnych oryginalnych algorytmów do dwu- i trójwymiarowych metod cyfrowej korelacji obrazu oraz automatyzacji próby wytrzymałościowej materiału biologicznego zapewniającej stałą prędkość odkształcenia na podstawie indywidualnego pomiaru długości bazy pomiarowej. Moim zdaniem najważniejsze osiągnięcia Doktoranta to: konstrukcja zespołu siłownika elektrodynamicznego maszyny wytrzymałościowej do badań własności mechanicznych tkanek biologicznych i jej synchronizacja z zestawem kamer do badań optycznych w bezkontaktowej 2

3 metodzie pomiaru deformacji; Autor bezsprzecznie wniósł tym swój duży udział w rozwój wyposażeniu aparaturowego laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji WMEiL PW, opracowanie metody równomiernego nanoszenia znaczników na całą powierzchnię próbki biologicznej w optycznej metodzie cyfrowej korelacji obrazu; w tym aspekcie należy podkreślić zgłoszenie patentowe na wynalazek Urządzenie do nanoszenia znaczników na próbki biologiczne zespołu twórców, wśród, których mgr inż. Karol Suprynowicz występuje jako pierwsza osoba, opracowanie algorytmów numerycznych wykrywania, oceny jakości i analizy przemieszczeń znaczników oraz triangulacji analizowanych obszarów w optycznej metodzie analizy deformacji próbki, podkreślenie i analiza zagadnienia właściwego określenia początkowej długości bazy pomiarowej próbki dla materiału biologicznego dla dużych przemieszczeń i ich gradientów w tym zakresie na uwagę zasługuje oryginalna propozycja wykorzystania drugiej pochodnej siły w funkcji przemieszczenia do metodologicznego określania długości bazy początkowej próbki; standardowo analiza drugiej pochodnej funkcji stosowana jest do określania punktów przegięcia funkcji monotonicznych oraz fizykalnej interpretacji zjawisk i procesów nimi opisywanych, walidacja zaproponowanej metody z wykorzystaniem metody elementów skończonych z uwzględnieniem oryginalnej procedury korekcji zmienności modułu stycznego i naprężenia w funkcji odkształcenia, wykonanie badań z wykorzystaniem zaproponowanej metodologii do oceny właściwości wytrzymałościowych naczyń tętniczych szczurów poddawanych terapii farmakologicznej. Podsumowując tę część opinii mogę stwierdzić, że Doktorant prawidłowo ocenił podjęty przez siebie problem, do którego zastosował odpowiednie narzędzia nowoczesnych metod eksperymentalnych ciała stałego. Przedstawiona do oceny rozprawa zawiera aspekty poznawcze, a wymienione powyżej jej elementy stanowią niezaprzeczalnie oryginalny dorobek Autora w metodyce badań doświadczalnych materiałów biologicznych. 3

4 3. Uwagi krytyczne W punkcie tym przedstawię uwagi, w tym uwagi o charakterze polemicznym, które nasunęły mi się po zapoznaniu się z recenzowaną pracą. Najważniejsze z nich to: formalna uwaga dotycząca braku standardowego dla rozpraw doktorskich punktu zawierającego cel, tezę naukową i zakres realizowanej pracy; zakres pracy został przedstawiony w streszczeniu, natomiast cel pracy został sformułowany we wstępie; analogiczna uwaga dotyczy braku rozdziału zawierającego syntetyczne wnioski z przedstawionych w pracy badań; pracę kończy 1-stronnicowe podsumowanie, w powyższym kontekście podsumowanie i plany kontynuacji badań, to trochę zbyt skromne ujęcie; taki układ pracy nie pomaga czytelnikowi w jej całościowym oglądzie, a brak w dyskusji odniesień do badań innych autorów zbliża pracę do raportu z badań własnych i nie stanowi o dobrym dysertatywnym charakterze rozprawy, procedury numeryczne przedstawione są na ogół w formie opisowej i nie zawsze są jednoznacznie opisane przydałoby się zamieszczenie schematów blokowych lub lepiej tzw. pseudo-kodów pozwoliłoby to czytelnikowi lepiej zrozumieć i ewentualnie odtworzyć strukturę programów; przykładowo nie jest dla recenzenta jasne czy w trójwymiarowym systemie korelacji obrazu Autor wykorzystuje maksymalizacje współczynnika korelacji Pearsona jako funkcję celu algorytmu optymalizującego położenie węzłów i podzbiorów, czy nie (sprzeczne stwierdzenia na str. 54 i 61); w ogóle rozdział ten nie jest napisany zbyt jasno i nie kończy się określeniem pól odkształceń, pewne polemiczne uwagi mam również odnośnie procedury wykrywania i śledzenia ruchu znaczników; Autor podaje (rozdz i 3.1.2), że stosowany algorytm jest procedurą poszukiwania wyczerpującego - ale czy jest to procedura zoptymalizowana, tzn. w jakim stopniu wpływa na czas obliczeń i jakie ograniczenia w systemie implikuje, np. związane z liczba znaczników wykrytych; w mojej ocenie przedstawiona procedura porównuje wszystko z wszystkim, czyli wszystkie możliwości są sprawdzane, a to stanowi że procedury są niezoptymalizowane; prosiłbym o komentarz w tej sprawie, 4

5 wykaz cytowanej literatury jest reprezentatywny, ale brakuje mi szerszej reprezentacji polskich pozycji literaturowych dotyczących badań i modelowania konstytutywnego tkanki miękkiej, np. zespołu Zakładu Inżynierii Biomedycznej i Mechaniki Eksperymentalnej Politechniki Wrocławskiej, praca jest napisana starannie edycyjnie i graficznie, chociaż Autor nie ustrzegł się pewnych błędów, przykładowo: na rys. 1.2 oznaczenia siecznych są inne niż w opisie w legendzie, na rys. 4.6 nie jest jasny wykres błędu pomiaru DIC w sytuacji gdy odkształcenia uzyskane metodą 3D DIC są tożsame z odkształceniami modelu MES, w warunku nieściśliwości określanym trzecim niezmiennikiem tensora odkształcenia powinny być współczynniki wydłużenia nie wydłużenia (str. 11), sztywność jest pojęciem szerszym niż moduł sprężystości i ujmuje w sobie cechy geometryczne, np. EA czy EI patrz podpis pod rys. 6.2 na str Wniosek końcowy Po zapoznaniu się z treścią rozprawy stwierdzam, iż w moim przekonaniu praca jest merytorycznie poprawna, a jej cel naukowy został zrealizowany. Autor opracował i zweryfikował własną, oryginalną procedurę doświadczalno-numeryczną w zakresie aplikacji polowych metod optycznych cyfrowej korelacji obrazu do wyznaczania pól deformacji naczyń tętniczych. Podjęty temat dotyczy istotnego, aktualnego i trudnego zagadnienia badań eksperymentalnych nieliniowej geometrycznie i fizycznie tkanki miękkiej. Doktorat swoją rozprawą niewątpliwie wniósł własny oryginalny wkład w rozwój metod doświadczalnych i numerycznych w bioinżynierii. Dorobek naukowy oraz rozprawę doktorską mgra inż. Karola Suprynowicza można sklasyfikować w dziedzinie nauk technicznych w dyscyplinie mechanika. Opiniowana praca odpowiada wymaganiom stawianym rozprawom doktorskim i w nawiązaniu do Ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki wnoszę o jej przyjęcie i dopuszczenie Autora do publicznej obrony przed stosowną Komisją powołaną przez Radę Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. 5

6 Równocześnie, ze względu na wysoki poziom badawczy oraz zastosowane oryginalne własne procedury, mimo pewnych zastrzeżeń do układu, oceniam pracę jako zdecydowanie wykraczającą ponad średni poziom prezentowanych rozpraw doktorskich i stawiam formalny wniosek o jej wyróżnienie. 6