A model combining multi-dimensional discretized population balance equations with a computational fluid dynamics simulation (CFD-DPBE model) was developed and applied to simulate turbulent flocculation and sedimentation processes in sediment retention basins. Computation fluid dynamics and the discretized population balance equations were solved to generate steady state flow field data and simulate flocculation and sedimentation processes in a sequential manner. Up-to-date numerical algorithms, such as operator splitting and LeVeque flux-corrected upwind schemes, were applied to cope with the computational demands caused by complexity and nonlinearity of the population balance equations and the instability caused by advection-dominated transport. In a modeling and simulation study with a two-dimensional simplified pond system, applicability of the CFD-DPBE model was demonstrated by tracking mass balances and floc size evolutions and by examining particle/floc size and solid concentration distributions. Thus, the CFD-DPBE model may be used as a valuable simulation tool for natural and engineered flocculation and sedimentation systems as well as for flocculant-aided sediment retention ponds.
Kim, Jin-Heum;Kang, Dae-Ryong;Lim, Hyun-Sun;Nam, Chung-Mo
The Korean Journal of Applied Statistics
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v.22
no.5
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pp.1085-1096
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2009
Population stratification can cause spurious associations between genetic markers and disease locus. In order to handle this population stratification in haplotype-based case-control association studies, we added population indicators as covariates to the haplotype trend regression model proposed by Zaykin et al. (2002). We investigated through simulations how both population stratification and measurement error in the estimation of true population of each individual affect type I error probabilities of the association tests based on both Zaykin et al.'s (2002) model and the proposed model. Based on those results, in the situation that there exists population stratification but there is no error in population classification of each individual, our proposed model does satisfy a type I error probability whereas Zaykin et al.'s (2002) model does not. However, as the measurement error increases, a type I error probability of our model correspondingly becomes larger than a nominal significance level. It implies that as long as uncertainty in the estimation of true population of each individual still remains, it is nearly impossible to avoid false positive in case-control association studies based on haplotypes.
A population model of bacterial spot caused by Xanthomonas campestris pv. vesicatoria on hot pepper was developed to predict the primary disease infection date. The model estimated the pathogen population on the surface and within the leaf of the host based on the wetness period and temperature. For successful infection, at least 5,000 cells/ml of the bacterial population were required. Also, wind and rain were necessary according to regression analyses of the monitored data. Bacterial spot on the model is initiated when the pathogen population exceeds $10^{15}cells/g$ within the leaf. The developed model was validated using 94 assessed samples from 2000 to 2007 obtained from monitored fields. Based on the validation study, the predicted initial infection dates varied based on the year rather than the location. Differences in initial infection dates between the model predictions and the monitored data in the field were minimal. For example, predicted infection dates for 7 locations were within the same month as the actual infection dates, 11 locations were within 1 month of the actual infection, and only 3 locations were more than 2 months apart from the actual infection. The predicted infection dates were mapped from 2009 to 2012; 2011 was the most severe year. Although the model was not sensitive enough to predict disease severity of less than 0.1% in the field, our model predicted bacterial spot severity of 1% or more. Therefore, this model can be applied in the field to determine when bacterial spot control is required.
Cho, So Yeon;Kang, Wonku;Yee, Jeong;Kim, Jae Youn;An, Sook Hee;Gwak, Hye Sun
Korean Journal of Clinical Pharmacy
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v.28
no.1
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pp.24-29
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2018
Background: Cyclosporine is an immunosuppressive agent used to treat and prevent graft versus host reaction (GVHR)-a complication associated with stem cell transplantation. This study aimed to develop a population pharmacokinetic model of cyclosporine and investigate factors affecting cyclosporine clearance in pediatric hematopoietic stem cell transplant patients. Methods: A total of 650 cyclosporine concentrations recorded in 65 patients who underwent hematopoietic stem cell transplantation were used. Data including age, sex, weight, height, body surface area (BSA), type of disease, chemotherapy before stem cell transplantation, type of donor, serum creatinine levels, total bilirubin concentration, hematocrit value, and type of concomitant anti-fungal agents and methylprednisolone used were retrospectively collected. Data related to cyclosporine dosage, administration time, and blood concentration were also collected. All data were analyzed using the non-linear mixed effect model; a two-compartment model with first-order elimination was used. Results: The population pharmacokinetic model of cyclosporine using the NONMEM program was as follows: $CL(L/h)=5.9{\times}(BSA/1.2)^{0.9}$, V2 (L) = 54.5, Q (L/h) = 3.5, V3 (L) = 1080.0, $k_a(h^{-1})=0.000377$. BSA was selected as a covariate of cyclosporine clearance, which increased with an increase in BSA. Conclusion: A population pharmacokinetic model for Korean pediatric hematopoietic stem cell transplant patients was developed, and the important factor affecting cyclosporine clearance was found to be BSA. The model might contribute to the development of the most appropriate dosing regimen for cyclosporine. Further studies on population pharmacokinetics should be carried out, prospectively targeting pediatric patients.
The Oriental White Stork (Ciconia boyciana) is a representative wetland species distributed across East Asia. The species has been declined to face the threat of species extinctions with estimation of at about 3000 individuals. In order to re-introduce the endangered storks in the field, we developed a baseline model using the program VORTEX, performed sensitivity test, and finally suggested an ideal model based on results of the sensitivity test. The baseline model predicted 12.5% extinction probability with mean time to first extinction of 82.0 year. Sensitivity test revealed that two demographic variables (first-year mortality and percent of adult female breeding) had the greatest impacts on population persistence. Thus, corrected model improved the population persistence, where the extinction probability decreased to 1.0% in 100 years by changing values of two variables within a range of applicable to the population. Our models for stork re-introduction suggest this population will be stable by improving first-year mortality and adult female fecundity.
This study tried to construct a direction in regional planning concerning the structural relationship between the ratio of aged population and the industrial characteristics. We investigated this structural relationship incorporating the aged population index and the number of classified companies. We applied diverse statistical analyses to understand the relationship. We classified the number of companies to reflect regional industrial characteristics using the principal component analysis. We applied a multiple regression model to understand the relationship between these two indices. The aged population index represents the degree of being old divided by the ratio of juvenile population and aged population. We found that such industries as manufacturing, service, and conveyance increase the ratio of juvenile population. However, industries such as tourism, waterworks, forestry, agriculture and etc. have a positive effect on the aged population index. In addition to these findings, we believe that the efficacy of this study is the possibility that can be used as the basic data when central or local autonomous entities need to adopt rural development planning.
The purpose of this dissertation is to build a development density control model and estimate optimum developmental density level for a sustainable urban growth management. To develop the model, system dynamics modeling approach was used. The model was developed to analyze how urban growth, transition, and decay occur depending on the interaction among population, houses, industry structure, land and urban infrastructure such as road, water supply, and sewage treatment facilities. The model was applied to Anyang city to estimate optimum density level. Extensive computer simulation was conducted to find out the maximum numbers of population, industry structure, houses, and cars that can be adequately sustained with the current Anyang city's infrastructure capacity. The computer simulation result shows that the city is overpopulated by some 90,000 people. It nab analyzed that 20% increase of existing capacity of urban infrastructure is necessary to support current population of Anyang city. To reduce the population to the adequate level whereby the current urban infrastructure can sustain, the current city regulation on floor area ratio needs be strengthened at least 20% to 35%.
By using temperatures as a key variable, a simulation model was constructed to predict the size and developmental speed for the German cockroach population. The following three research steps were conducted to implement the individual simulation technique to represent the basic life system of the cockroach. First, informations on developmental periods and survival rates in each life stage were obtained through rearing experiments at five different temperatures. Secondly, biological parameters needed for modeling were obtained based on these rearing results. The logistic equation was applied to calculating the developmental speed, while the averages of survival rates were utilized as parameters determining population size. And thirdly, a basic life model was constratued in a stimulative framework in FORTRAN for predicting the populating development on the individual basis. For this purpose the biological characteristics, such as life stage, age in days, developmental speed, fecundity, etc., were assigned as an inherent attribute of the transactiion so that they could accompany each individual automatically all through the simulation. This gave the model flexibility and applicability in representing the isnect life system. The save memory space in computer programing, two files were utilized in translocating the individual informations each other as time proceeded. The developed model could be effectively used as a strategic tool in interpreting and managing the cockroach population. It was also suggested in this study that the individual simulation could efficiently serve as a basis to formulate a fundamental framework on which the advanced and complex life process could be built.
Objective: Midazolam is mainly metabolized by cytochrome P450 (CYP) 3A. Inhibition or induction of CYP3A can affect the pharmacological activity of midazolam. The aims of this study were to develop a population pharmacokinetic (PK) model and evaluate the effect of CYP3A-mediated interactions among ketoconazole, rifampicin, and midazolam. Methods: Three-treatment, three-period, crossover study was conducted in 24 healthy male subjects. Each subject received 1 mg midazolam (control), 1 mg midazolam after pretreatment with 400 mg ketoconazole once daily for 4 days (CYP3A inhibition phase), and 2.5 mg midazolam after pretreatment with 600 mg rifampicin once daily for 10 days (CYP3A induction phase). The population PK analysis was performed using a nonlinear mixed effect model ($NONMEM^{(R)}$ 7.2) based on plasma midazolam concentrations. The PK model was developed, and the first-order conditional estimation with interaction was applied for the model run. A three-compartment model with first-order elimination described the PK. The influence of ketoconazole and rifampicin, CYP3A5 genotype, and demographic characteristics on PK parameters was examined. Goodness-of-fit (GOF) diagnostics and visual predictive checks, as well as bootstrap were used to evaluate the adequacy of the model fit and predictions. Results: Twenty-four subjects contributed to 900 midazolam concentrations. The final parameter estimates (% relative standard error, RSE) were as follows; clearance (CL), 31.8 L/h (6.0%); inter-compartmental clearance (Q) 2, 36.4 L/h (9.7%); Q3, 7.37 L/h (12.0%), volume of distribution (V) 1, 70.7 L (3.6%), V2, 32.9 L (8.8%); and V3, 44.4 L (6.7%). The midazolam CL decreased and increased to 32.5 and 199.9% in the inhibition and induction phases, respectively, compared to that in control phase. Conclusion: A PK model for midazolam co-treatment with ketoconazole and rifampicin was developed using data of healthy volunteers, and the subject's CYP3A status influenced the midazolam PK parameters. Therefore, a population PK model with enzyme-mediated drug interactions may be useful for quantitatively predicting PK alterations.
The purpose of this paper was developing a development density control model for urban growth management, using system dynamics modeling. The density control model was developed to see how urban growth, transition, and decay occur depending on the interaction among population, houses, industry structure, land and urban infrastructure such as road, water supply, and sewage treatment facilities. Suggesting adequate level of development density control using the model was another purpose of this paper. The model was applied to An'yang city to estimate the maximum number of population, industry structures, houses, and cars that can be adequately sustained with the current An'yang city's infrastructur capacity. The computer simulation results shows that the city is overpopulated by some 90,000 people. To reduce the population to the adequate level that the current urban infrastructure can sustain, the current city regulation on floor area ratio are needed to be strengthened at least 20 to 35%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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