CHARVÁT, J. Lokalizace lékařského pracovního nástroje na těle pacienta [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2023.
Zadání práce patřilo mezi náročné a rozsáhlé. Vyžadovalo důkladné nastudování a pochopení velkého množství odborné literatury, pochopení principů mnoha metod počítačového vidění, 3D grafiky či prostorových transformací. Student věnoval řešení práce vysoce nadprůměrné úsilí a enormní množství času – sám jsem byl na pravidelných konzultacích překvapen, kolik toho za týden stihl implementovat. Problémy však bohužel řešil stylem „tady mi to nějak nefunguje, tak zkusím nějaký další algoritmus“, místo aby implementovaný algoritmus pochopil hlouběji, problém našel, a opravil ho. Domnívám se, že kdyby stejnou časovou dotaci věnoval hlubšímu pochopení prvně nasazených algoritmů na místo implementaci druhých (třetích, …), jak mu bylo doporučováno na konzultacích, mohl být výsledek výrazně kvalitnější a robustnější. Neustálá změna koncepce a s tím spojená nutnost zbytečně studovat a implementovat další a další algoritmy/technologie totiž vedla k tomu, že se dostal do časové tísně, která se odrazila na kvalitě výsledku práce. I přes uvedený výtky je výsledkem systém, který je schopen zaznamenávat snímky znamének včetně uložení polohy na těle, je schopen poskytnout údaje pro umístění pacienta do podobné polohy jako při předchozím snímání a navigovat obsluhu do místa, kde bylo při předchozí návštěve znaménko zaznamenáno. Přesnost systému byla otestována a jeví se jako dostatečná pro tuto aplikaci. Přestože má výsledek práce ještě daleko k praktickému nasazení v praxi, splňuje všechny body zadání na dostatečně kvalitní úrovni, aby nebylo pochyb o inženýrských schopnostech studenta. Práci tedy doporučuji k obhajobě.
Cílem diplomové práce bylo vytvořit systém pro šestiosou lokalizaci lékařského nástroje a software pro jeho vizualizaci spolu s 3D modelem lidského těla. Práce míří konkrétně na použití v oblasti dermatologie pro lokalizaci znamének, motivace i cíle jsou tak v práci po celou dobu zřetelné. Úlohu považuji za poměrně obtížnou a komplexní vyžadující samostudium v celé řadě oblastí. Dokumentace má požadovaný rozsah a je logicky členěna. Teoretická část zabírá zhruba třetinu rozsahu a pokrývá všechna témata relevantní pro realizaci. Vzhledem k širokému rozsahu jsou ovšem jednotlivé oblasti popsány spíše stručně, závěry jsou tak často dost zjednodušené. Například u popisu IMU zcela pomíjí fakt, že akcelerometry měří i tíhové zrychlení, díky čemu lze ve statickém režimu určovat orientaci ve dvou osách. Závěr rešerše lokalizačních metod je ale logický, lokalizace založená na optických markerech je s přihlédnutím na povahu práce a rozpočet dobrou volbou. Dále popisuje nezbytný matematický aparát, zejména způsoby popisu translace a rotace ve 3D a také metody 3D skenovaní. V úvodu jsem nenašel žádnou teorii týkající se navigace ve 3D, což vyžaduje zadání, ale její potřebě v kontextu této práce ani nerozumím. Návrh lokalizačního systému spočíval především ve výběru vhodné kamery pro snímaní scény, knihovny lokalizačního systému založeném na optických markerech, kterých je volně dostupných několik a stanovení vhodného rozmístění markerů na lékařském nástroji. K některým krokům student přistupoval svědomitě a technicky, v několika případech vycházel z relevantních odborných publikací, např. při volbě knihovny markerů a při výběru tvaru lokalizační jednotky. Naopak některým částem měl student věnovat pozornosti více. Součástí návrhu lokalizačního systému by měla být rozvaha o dosažitelné přesnosti, např. s ohledem na rozlišení kamery, vnitřní parametry (ohnisková vzdálenost, zkreslení) a rozměry markerů a snímané scény. V úvodu byla stanovena požadovaná přesnost +-1 cm, není ale zřejmé, co je to za typ chyby a zda navrhovaný systém může požadavek splnit. Dále chybí definice souřadných systémů (očekávám systém lékařského nástroje, systém kamery a cílový systém lehátka), což způsobuje nejasnosti v navazujících částech práce věnující se testovaní přesnosti. Autorovi bych také vytknul, že z hlediska transparentnosti od počátku popisu návrhu lokalizačního systému dostatečně nezdůrazňoval velkou inspiraci projektem DodecaPen; tento fakt je pořádně zmíněn až v závěru. Inspirace samotná problémem není, přenesení zmíněné technologie do nástrojů pro dermatologii je pěknou praktickou aplikací. Technická realizace je přesvědčivá a zejména vlastní dermatoskop integrující lokalizační hlavici, Arduino a digitální mikroskop vypadá velice profesionálně jak po stránce designu, ergonomie i funkčnosti. Stěžejní část systému představuje software pro lokalizaci, který musí vyřešit obtížnou úlohu fúze lokalizačních dat z několika zdrojů (markerů) a vypočítat stabilní 3D polohou koncového bodu. Student využívá nejprve patrně vlastní metodu pro vyřazení outlierů vznikající v důsledku popsané dvojznačnosti; následná fúze translace je založena na průměru a řešení pro fúzi rotace je převzato z výše uvedeného projektu, což vzhledem ke komplexnosti práce nepředstavuje problém. Software pro vizualizaci komunikuje se všemi hardwarovými prvky systému a umožňuje přehlednou správu měření ve formátu karet pacienta. V této části odvedl student dobrou práci a vzhledem k integraci herního enginu pro vizualizaci 3D modelu těla pacienta, který lze získat připojenou hloubkovou kamerou, se rozhodně nejednalo o jednoduchou úlohu. Přiložený SW jsem ovšem nemohl otestovat a doporučuji, aby jej student prakticky předvedl při obhajobě. Stěžejní, poslední kapitolu, která je zaměřena na ověření přesnosti lokalizace, nepovažuji za příliš přesvědčivou, a to z důvodu použitých metod, způsobu prezentace naměřených dat a možná i nejasného vyjadřování. Oceňuji snahu vytvořit vhodné hardwarové přípravky, protože získat kvalitní referenční data není snadné. Rozhodně ale nejsem přesvědčen o závěru, že dermatoskop je lokalizován s přesností +-11,43 mm a to z následujících důvodů. - Domnívám se, že přípravek s lineárním a rotačním pohonem testuje pouze relativní přesnost pomocí měření ve dvou polohách, navíc pro každou osu zvlášť a nelze z toho vyvodit závěry o přesnosti absolutní, tedy např. v systému lehátka s pacientem. Není patrné, jak byl lokalizován přípravek vůči kameře. - Zpracování naměřených dat nemá úroveň, kterou by student měl znát z kurzů měření. Z opakovaných měření je prezentována pouze střední hodnota a maximum, směrodatná odchylka není uvedena; počty desetinných míst jsou neadekvátní přesnosti reference, např. v tab. 5.3 je pozice v řádu nanometrů a v tab. 5.6 úhel v řádu miliontin stupně. - Přesnost lokalizace koncového bodu vyjádřena jedním číslem by měla vyjadřovat určitou prostorovou chybu, nikoli maximální naměřenou chybu pouze v jedné z os. - Není jednoznačné, v jakém referenčním systému jsou údaje o přesnosti vyhodnocovány. - Zvolená vzdálenost 200–650 mm mezi dematoskopem a kamerou patrně neodpovídá praktickým pracovním podmínkám, předpokládám kameru ve větší vzdálenosti. - Testování lokalizace pomocí hloubkové kamery a mřížky je přesvědčivější, nicméně nejasný popis techniky zarovnání obou kamer vůči sobě znemožňuje odlišit chybu způsobenou chybným zarovnáním od chyby samotného lokalizačního systému. Vzhledem k množství nejasností by měl student této části práce u obhajoby věnovat větší pozornost. I přes výše zmíněné jsou následující praktické testy provedené v reálných podmínkách na pacientovi důkazem, že zvolená metoda i implementace vedou k primárnímu cíli a tím je lokalizace znaménka s takovou přesností, aby jej bylo možné nalézt a zaznamenat i při opakovaném měření. Jsem přesvědčen, že zvolená metoda lokalizace má potenciál plnit stanovenou úlohu. Je škoda, že student ve spolupráci s vedoucím nevyužil pro ověření přesnosti komerční kamerový lokalizační systém OptiTrack, který je na ústavu k dispozici. Po formální a typografické stránce je práce na dobré úrovni, obsahuje pouze malé množství gramatických chyb a většina je psána srozumitelně. Obsahuje ale i několik chyb způsobených patrně kopírováním, viz chybné popisky 5.5, 5.6, A.1–A.3. Jako nadstandardní hodnotím práci s literárními zdroji, kde nemalá část z takřka 90 zdrojů je tvořena odbornými publikacemi, přičemž z řady z nich autor prokazatelně čerpal. Práce je do jisté míry rozporuplná. Student splnil všechny body zadání, odvedl velké množství práce a předvedl schopnost řešit různorodé problémy s uceleným výsledkem. Na druhou stranu velký rozsah práce se odrazil na kvalitě některých částí, zejména v oblasti testování a ladění systému. Tento fakt ostatně sám reflektuje v závěru. I přes zmíněné nedostatky jsem přesvědčen, že student předložil originální dílo, které svědčí o jeho magisterských schopnostech a doporučuji jej k obhajobě s hodnocením 80 bodů (B). Do hodnocení zahrnuji předpoklad, že student u obhajoby předvede navržený software, který nemohl být ověřen.
eVSKP id 151782