HADERKA, J. Využití fraktální a harmonické analýzy k charakterizaci fyzikálně chemických dějů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2010.
Ing. Jan Haderka se zabýval řešením úkolů souvisejících s disertační prací od roku 2002, od počátku jako student kombinovaného studia. Podílel se jednak na přípravě experimentů, ale hlavně na analýze naměřených dat. Jeho přínos k řešené problematice spatřuji především v tvorbě a modifikaci programového vybavení pro obrazovou analýzu získaných experimentálních dat, v ověření funkčnosti vzniklého programového vybavení na modelových datech (modelech, které sám vytvořil), ale především ve vlastní analýze několika sérií mikrofotografií analyzovaných struktur. I když uvedené programové vybavení je určeno obecně ke studiu fyzikálně chemických jevů (šíření tepla, studium difúze, akustické jevy, tiskové procesy) věnoval se analýze hrubě disperzních soustav (mikrobiologických jevů). Aplikoval metodu na dva aktuální problémy řešené na FCH VUT: na studium kinetiky růstu různých druhů buněk kvasinek a na studium úmrtnosti buněk po působení desinfekčních prostředků (TiO2). Výsledkem jeho snažení jsou dva unikátní algoritmy vycházející z fraktální analýzy, které byly aplikovány na studium velikosti a dělení buněk kvasinek a na nepřímé určování kinetiky počtu živých a mrtvých buněk po aplikaci desinfekce. V průběhu doktorského studia aktivně přispěl ke vzniku dvou zahraničních publikací: příspěvku v monografii "Complexus Mundi", a příspěvku v časopise "Journal of Imaging Science and Technology". Kromě toho je spoluautorem několika příspěvků v českém časopise "Chemické listy" a několika příspěvků ve sbornících konferencí. Předepsané zkoušky skládal v souladu se stanoveným plánem, státní závěrečnou zkoušku složil do pěti let od zahájení doktorského studia. Na pedagogické činnosti se vzhledem k tomu, že byl studentem kombinovaného studia a zaměstnancem švýcarské firmy Roche zabývající se vývojem farmaceutických přípravků, nepodílel. Avšak při řešení úkolů souvisejících s disertační prací vycházel z poznatků a zkušeností, které v zahraničí získal. Doporučuji proto postoupit disertační práci, kterou vypracoval Ing. Jan Haderka k obhajobě ve studijním odboru "Fyzikální chemie" a po úspěšné obhajobě mu udělit titul Ph.D.
Disertační práce Ing. Jana Haderky je věnována využití fraktální a harmonické analýzy pro popis dispersních systémů a fyzikálně chemických procesů, ke kterým v takových systémech dochází. Obrazová data sledovaných systémů byla analyzována pomocí waveletové analýzy. V práci jsou popsány také různé navržené optimalizace této analýzy. Počátečních 14 stran je věnováno shrnutí současného stavu problematiky. Jsou charakterizovány statické a dynamické dispersní systémy, je proveden rozbor analytických metod používaných v mikrobiální analýze, detailně je diskutovaná obrazová analýza a metody pro určení fraktálních vlastností systémů. V závěru kapitoly je uvedeno srovnání dosud používaných metod, detailně je diskutována diskrétní Fourierova transformace a transformace Walsh-Hadomarova. Zde doktorand prokázal, že se v dané problematice dobře orientuje. Stranou 25 začíná vlastní popis aktivit Ing. J. Haderky. Zde je třeba ocenit zvládnutí metodiky buněčného růstu při různých podmínkách. V závěru této kapitoly je proveden kritický rozbor užívaných analytických metod obrazové analýzy a kriticky rozebrán problém systematických a nesystematických chyb. V páté kapitole jsou uvedeny vlastní výsledky a jejich diskuse. Autor kriticky zhodnocuje přednosti a nedostatky použití fraktální dimense při analýze obrazu a uvádí příklady chybných aproximací. Demonstrace je provedena na buněčných objektech. Zde vidím hlavní přínos předkládané práce: Na příkladech bylo prokázáno a kriticky rozebráno (včetně možných nepřesností) využití fraktální analýzy v biologii a medicíně. Poznamenejme, že růstové vlastnosti buněčných struktur se využívají nejen v oblasti základního výzkumu, ale také v aplikační sféře, farmacii, fotodynamické terapii, aj. U doktorských prací bývá zvykem, že je definován cíl práce. V tomto případě tomu tak není a proto bych poprosil Ing. Haderku, aby stručně shrnul vědecký přínos práce k aktuálním otázkám výzkumu. Ve formulovaném závěru práce se konstatuje, že fraktální analýza umožňuje charakterizovat disperzní systémy, jako jsou např. shluky buněk. Vyplývají z uvedené studie nějaké biologické závěry z růstového chování buněk? Bez ohledu na tuto poznámku musím konstatovat: - Práce je pečlivě vypracovaná, angličtina je dokonalá. - Text je velmi dobře strukturovaný a přehledný. - Výsledky jsou presentovány zřetelně, diskuse je vedena logicky. Praktické využití metody předpokládá nejen dobrou znalost mechanismů studovaných procesů, ale také metodiky výpočetní techniky, což autor předloženou prací prokázal. Prosím, aby doktorand v souvislosti s výše uvedeným textem odpověděl na následující dotazy: 1. Ve fyzice a chemii bývá zvykem, že se u grafů popisují osy. Uveďte veličiny na osách a stručně popište jak byly získány. 2. V grafech na str. 61 jsou uvedeny poměry počtu živých a mrtvých buněk. Jak to obrazová analýza dokáže rozlišit? 3. Jak byla získána kalibrační data, např. na obrázku 33? 4. Je možné využít fraktální teorii k analýze výsledků dynamických měření a oddělit jemnou strukturu signálu od šumu? 5. Jaká je pravděpodobnost určení počtu částic v heterogenním systému z N měření? 6. Je podle Vás možné extrapolovat údaje získané v dynamickém měřícím režimu pro časy t + ?t, kde t je současný čas? Souhrně konstatuji, že aktivity ing. Jana Haderky přinášejí řadu nových původních poznatků. Proto doporučuji, aby jím předložená disertační práce byla přijata k obhajobě v oboru "Chemie, technologie a vlastností materiálů" a po úspěšné obhajobě mu byl udělen titul Ph.D.
Predložená práca po formálnej stránke predstavuje 80 strán uceleného textu na danú tému s obrazovou a grafickou prílohou, so štandardným usporiadaním kapitol týkajúcich sa súčasného stavu, experimentu, výsledkov a ich diskusie. Rozsah práce je primeraný, kapitoly a výklad v logickom slede. Autor sa opiera o 44 literárnych citácií a 5 prác, na ktorých je spoluautorom. Dve z nich sú priložené ako príloha dizertačnej práce. Aktuálnosť zvolenej témy Obrazová analýza veľkej množiny objektov a kvantifikácia parametrov množiny, (počet, distribúcia, tvar,..) včítane sledovania a charakterizácie časového vývoja systému, je veľmi aktuálna, najmä ak sa vylúčia, alebo potlačia subjektívne a časovo náročné manuálne operácie. Z tohto pohľadu je využitie fraktálnej analýzy na charakterizáciu procesov (v tomto prípade biologických) aktuálne. Splnenie cieľov dizertácie Ciele sú definované pomerne všeobecne ako observačné štúdium vývoja disperzného systému, pričom ako modelové systémy sa použili viaceré mikrobiologické systémy. S ohľadom na úspešne rozpracovanú a aplikovanú metodiku fraktálnej obrazovej analýzy boli ciele splnené. Metódy spracovania problematiky Experimentálne metódy sledovania vývoja biologických systémov, ako i matematické spracovanie dát boli vhodne zvolené, správne aplikované a interpretované. Okrem štandardných postupov sa využila i netradičná metóda vlnkovej analýzy využívajúcej Haarovu trasformáciu. Výsledky dizertačnej práce s uvedením nových poznatkov Prínos pre ďalší rozvoj vedy a techniky Výsledky štúdií potvrdzujú, že použitá fraktálová analýza je vhodná pre charakterizáciu disperzného systému. Fraktálna miera a dimenzia majú vysokú výpovednú hodnotu a korelujú s fyzikálnymi vlastnosťami disperzného systému. Frekvenčné distribúcie umožňujú hľadať nové súvislosti a majú predikatívny charakter. Dá sa predpokladať, že sa vyvinuté metódy a postupy sa dajú aplikovať i na nebiologické systémy. Použité postupy nevyužívajú manuálne operácie s obrazom, čím sa odstraňuje subjektívnosť, znižuje časová náročnosť analýzy a umožňuje automatizácia merania a kontroly procesu. Formálne prevedenie Práca je v angličtine, čo po zverejnení zvyšuje možnosť širšej komunikácie i kontroly. Anglický text je zrozumiteľný a hladký, grafická úroveň práce je štandardná. Prvá priložená publikácia nie je definovaná (kde bola publikovaná). Niektoré citácie nie sú dobre definované, chýba rok, alebo vydavateľ,... (napr. 4, 8-10, 39, 40-3) a spôsob citovania je nejednotný. Chýba číslovanie rovníc, čo sa mi v takejto práci zdá dôležité pre orientáciu, diskusiu. Otázky Pri štúdiu kinetiky rastu a delenia buniek sú v práci (napr. str. 41, tiež v 2. prílohe J. Imag. Sci. Technol.) uvedené kinetické krivky. Mohol by ste sa vyjadriť k priebehu týchto kriviek a súvislostí s vlastným kinetickým procesom rastu a delenia? Zaujímavé je štúdium kinetiky umierania buniek. Bolo už publikované, alebo sa len pripravuje? Aká je neurčitosť zistenia počtu živých a mŕtvych buniek, z akých parametrov rozdelenia tieto počty konkrétne určujete? V práci sú uvedené niektoré modely, na ktorých sa overoval algoritmus analýzy kinetiky rastu a "kinetiky" umierania. Mohol by ste označiť hlavný zdroj rozdielov neurčitostí počtu buniek medzi modelmi a reálnymi systémami? Na uvedených vlastných publikáciách nie ste prvým autorom. Mohli by ste presnejšie vymedziť váš osobný prínos v predloženej práci i v uvedených publikáciách? Záver Záverom môžem konštatovať, že predložená práca spĺňa všetky nároky kladené na dizertačnú prácu, využíva priliehavé, aktuálne metodiky, splnila vytýčené ciele a prináša nové poznatky z vybranej oblasti. Preto odporúčam, po úspešnej obhajobe, prijať prácu ako dizertačnú a udeliť kandidátovi Ing. Jánovi Haderkovi vedecko-akademickú hodnosť PhD.
eVSKP id 24949