Agent based simulation to optimise emergency departments

Nowadays, many of the health care systems are large and complex environments and quite dynamic, specifically Emergency Departments, EDs. It is opened and working 24 hours per day throughout the year with limited resources, whereas it is overcrowded. Thus, is mandatory to simulate EDs to improve qualitatively and quantitatively their performance. This improvement can be achieved modelling and simulating EDs using Agent-Based Model, ABM and optimising many different staff scenarios. This work optimises the staff configuration of an ED. In order to do optimisation, objective functions to minimise or maximise have to be set. One of those objective functions is to find the best or optimum staff configuration that minimise patient waiting time. The staff configuration comprises: doctors, triage nurses, and admissions, the amount and sort of them. Staff configuration is a combinatorial problem, that can take a lot of time to be solved. HPC is used to run the experiments, and encouraging results were obtained. However, even with the basic ED used in this work the search space is very large, thus, when the problem size increases, it is going to need more resources of processing in order to obtain results in an acceptable time.

Dynamic model of the left ventricle for use in simulation of myocardial perfusion SPECT and gated SPECT

Simulation is a useful tool in cardiac SPECT to assess quantification algorithms. However, simple equation-based models are limited in their ability to simulate realistic heart motion and perfusion. We present a numerical dynamic model of the left ventricle, which allows us to simulate normal and anomalous cardiac cycles, as well as perfusion defects. Bicubic splines were fitted to a number of control points to represent endocardial and epicardial surfaces of the left ventricle. A transformation from each point on the surface to a template of activity was made to represent the myocardial perfusion. Geometry-based and patient-based simulations were performed to illustrate this model. Geometry-based simulations modeled ~1! a normal patient, ~2! a well-perfused patient with abnormal regional function, ~3! an ischaemic patient with abnormal regional function, and ~4! a patient study including tracer kinetics. Patient-based simulation consisted of a left ventricle including a realistic shape and motion obtained from a magnetic resonance study. We conclude that this model has the potential to study the influence of several physical parameters and the left ventricle contraction in myocardial perfusion SPECT and gated-SPECT studies.

Sensitivity of simulation results to competing SAM updates

Recently there has been a renewed research interest in the properties of non survey updates of input-output tables and social accounting matrices (SAM). Along with the venerable and well known scaling RAS method, several alternative new procedures related to entropy minimization and other metrics have been suggested, tested and used in the literature. Whether these procedures will eventually substitute or merely complement the RAS approach is still an open question without a definite answer. The performance of many of the updating procedures has been tested using some kind of proximity or closeness measure to a reference input-output table or SAM. The first goal of this paper, in contrast, is the proposal of checking the operational performance of updating mechanisms by way of comparing the simulation results that ensue from adopting alternative databases for calibration of a reference applied general equilibrium model. The second goal is to introduce a new updatin! g procedure based on information retrieval principles. This new procedure is then compared as far as performance is concerned to two well-known updating approaches: RAS and cross-entropy. The rationale for the suggested cross validation is that the driving force for having more up to date databases is to be able to conduct more current, and hopefully more credible, policy analyses.

Numerical simulation of combined heat transfer phenomena (conduction, convection, and radiation). Application to he optimisation of thermal systems

Thermal systems interchanging heat and mass by conduction, convection, radiation (solar and thermal ) occur in many engineering applications like energy storage by solar collectors, window glazing in buildings, refrigeration of plastic moulds, air handling units etc. Often these thermal systems are composed of various elements for example a building with wall, windows, rooms, etc. It would be of particular interest to have a modular thermal system which is formed by connecting different modules for the elements, flexibility to use and change models for individual elements, add or remove elements without changing the entire code. A numerical approach to handle the heat transfer and fluid flow in such systems helps in saving the full scale experiment time, cost and also aids optimisation of parameters of the system. In subsequent sections are presented a short summary of the work done until now on the orientation of the thesis in the field of numerical methods for heat transfer and fluid flow applications, the work in process and the future work.

L' Aprenentatge basat en problemes a través de casos clínics simulats. Una proposta metodològica de disseny i avaluació docent

RESUM Les exigències actuals de la professió de d’infermeria requereixen que la docència vagi orientada a interrelacionar els diferents rols a desenvolupar enla pràctica diària, per adquirir experiència en l’aprenentatge i així augmentar la qualitat de les cures d’infermeria. Per assolir aquest objectiu és important l’aprenentatge basat enproblemes. Aquest pretén en primer lloc que els estudiants aprenguin allò que permet desenvolupar-se enla vida professional de la manera més natural possible a partir d’una idea clara i profunda de l’evidència sobre la que s’ha d’actuar. Amb aquesta finalitat es vandissenyar casos clínics amb uns objectius que requerien la integració de coneixements, actituds i valors, en diferents fases a desenvolupar en un període de temps predeterminat. També ens vam proposar una estratègia docent que permetés a l’estudiant incorporar el coneixement científic que dóna suport a la pràctica assistencial per aproximar teoria i pràctica. Es pretén que els estudiants busquin una resposta basada en la millor evidència científica disponible, per prendre una decisió respecte a les cures del pacient. Els objectius de l’estudi són: Avaluar globalment l’aprenentatge basat en la simulació de casos Avaluar com els estudiants valoren la integració del model d’infermeria i del procés d’atenció en l’aprenentatge basat en la simulació de casos. Valorar les sensacions percebudes per l’estudiant durant la simulació del cas. Valorar l’actitud d el’estudiant en relació a la incorporació de l’evidència científica per una millora en la pràctica clínica. Avaluar el grau de dificultat manifestat per l’estudiant en relació al procés de documentació. Avaluar la idonietat de l’argumentació i la decisió de l’estudiant a la pregunta formulada en el cas clínic. Metodologia: L’assignatura d’Infermeria Medicoquirúrgica. Adult I del Departament d’Infermeria de la Universitat de Vic, va iniciar una experiència d’aprenentatge basat en la resolució de problemes, amb estudiants de 2on curs. Les professores responsables dels seminaris van realitzar una avaluació de l’experiència a través d’una enquesta. Aquesta es responia al cap d’un mes de la simulació al laboratori, quan es contrastaven els resultats obtinguts en aquesta entre professores i estudiants després de visualitzar la gravació feta durant el mateix. En el context del seminari de simulació de casos, es va introduir una pregunta/problema, a partir de la que els estudiants, en grup, havien de documentar-se amb el suport d’una guia. Per valorar l’actitud davant aquesta pregunta/problema es va dissenyar un qustionari tipus Likert. L’avaluació del grau de dificultat s’ha registrat a través d’unes escales de puntuació. Per a l’avaluació de la decisió presa, es van valorar les síntesis resum entregades en els treballs escrits pels diferents grups. Resultats: La realització de la simulació en el laboratori va ser avaluada per un alt percentatge d’estudiants (68,8%) amb puntuacions entre 6 i 8 mentre que un 26,6% la van situar en tre 9 i 10, només un 4,7 % la van puntuar amb 5. La integració del model d’infermeria va ser valorada pel 86% amb una puntuació entre 7 i 10. La valoració global de la simulació va ser qualificada pels estudiants amb una puntuació de 8 (34,4%) seguida d’un 28,1% amb una consideració de 7. Un 7,2% van puntuar entre 9 i 10. El 93,3% van assegurar que conèixer les fonts documentals els serviria per millorar l’assistència, el 86,7% esperen obtenir arguments sòlids respecte les seves desicions si la documentació consultada és de qualitat. Un 77,8% dels estudiants consideren estar més satisfets al saber incorporar la presa de decisions basada en evidències. Respecte el grau de dificultat en el procés de documentació la dificultat més gran la presenten en com buscar en les bases de dades de referències bibliogràfiques. Conclusions: L’aprenentatge dels estudiants a través de la simulació de casos és una estratègia vàlida que l’estudiant valora positivament al mateix temps que permet desenvolupar habilitats per a la pràctica professional. L’estratègia docent dissenyada per integrar les evidències en la presa de decisions es considera positiva, no obstant, després d’analitzar els resultats, s’han de modificar alguns aspectes per a la seva millora; tutoritzar per a millorar el procés de documentació i incidir més en la crítica i reflexió, de manera que les troballes de la investigació siguin canalitzades cap a la pràctica.

Physically based walking simulation

Hem realitzat l’estudi de moviments humans i hem buscat la forma de poder crear aquests moviments en temps real sobre entorns digitals de forma que la feina que han de dur a terme els artistes i animadors sigui reduïda. Hem fet un estudi de les diferents tècniques d’animació de personatges que podem trobar actualment en l’industria de l’entreteniment així com les principals línies de recerca, estudiant detingudament la tècnica més utilitzada, la captura de moviments. La captura de moviments permet enregistrar els moviments d’una persona mitjançant sensors òptics, sensors magnètics i vídeo càmeres. Aquesta informació és emmagatzemada en arxius que després podran ser reproduïts per un personatge en temps real en una aplicació digital. Tot moviment enregistrat ha d’estar associat a un personatge, aquest és el procés de rigging, un dels punts que hem treballat ha estat la creació d’un sistema d’associació de l’esquelet amb la malla del personatge de forma semi-automàtica, reduint la feina de l’animador per a realitzar aquest procés. En les aplicacions en temps real com la realitat virtual, cada cop més s’està simulant l’entorn en el que viuen els personatges mitjançant les lleis de Newton, de forma que tot canvi en el moviment d’un cos ve donat per l’aplicació d’una força sobre aquest. La captura de moviments no escala bé amb aquests entorns degut a que no és capaç de crear noves animacions realistes a partir de l’enregistrada que depenguin de l’interacció amb l’entorn. L’objectiu final del nostre treball ha estat realitzar la creació d’animacions a partir de forces tal i com ho fem en la realitat en temps real. Per a això hem introduït un model muscular i un sistema de balanç sobre el personatge de forma que aquest pugui respondre a les interaccions amb l’entorn simulat mitjançant les lleis de Newton de manera realista.

A simulation-based algorithm for solving the resource-assignment problem in satellite telecommunication networks

This paper proposes an heuristic for the scheduling of capacity requests and the periodic assignment of radio resources in geostationary (GEO) satellite networks with star topology, using the Demand Assigned Multiple Access (DAMA) protocol in the link layer, and Multi-Frequency Time Division Multiple Access (MF-TDMA) and Adaptive Coding and Modulation (ACM) in the physical layer.

Characterization and simulation of a CdTe detector for use in PET

The Voxel Imaging PET (VIP) Path nder project got the 4 year European Research Council FP7 grant in 2010 to prove the feasibility of using CdTe detectors in a novel conceptual design of PET scanner. The work presented in this thesis is a part of the VIP project and consists of, on the one hand, the characterization of a CdTe detector in terms of energy resolution and coincidence time resolution and, on the other hand, the simulation of the setup with the single detector in order to extend the results to the full PET scanner. An energy resolution of 0.98% at 511 keV with a bias voltage of 1000 V/mm has been measured at low temperature T=-8 ºC. The coincidence time distribution of two twin detectors has been found to be as low as 6 ns FWHM for events with energies above 500 keV under the same temperature and bias conditions. The measured energy and time resolution values are compatible with similar ndings available in the literature and prove the excellent potential of CdTe for PET applications. This results have been presented in form of a poster contribution at the IEEE NSS/MIC & RTSD 2011 conference in October 2011 in Valencia and at the iWoRID 2012 conference in July 2012 in Coimbra, Portugal. They have been also submitted for publication to "Journal of Instrumentation (JINST)" in September 2012.

Calculation of Franck-Condon factors including anharmonicity: simulation of the C2 H4+ X̃2B 3u←C2 H4X̃1 Ag band in the photoelectron spectrum of ethylene

Our new simple method for calculating accurate Franck-Condon factors including nondiagonal (i.e., mode-mode) anharmonic coupling is used to simulate the C2H4+X2B 3u←C2H4X̃1 Ag band in the photoelectron spectrum. An improved vibrational basis set truncation algorithm, which permits very efficient computations, is employed. Because the torsional mode is highly anharmonic it is separated from the other modes and treated exactly. All other modes are treated through the second-order perturbation theory. The perturbation-theory corrections are significant and lead to a good agreement with experiment, although the separability assumption for torsion causes the C2 D4 results to be not as good as those for C2 H4. A variational formulation to overcome this circumstance, and deal with large anharmonicities in general, is suggested

Improved earthquake response via simulation and integrated space- and ground-based technologies: the TREMOR proposal

Earthquakes occurring around the world each year cause thousands ofdeaths, millions of dollars in damage to infrastructure, and incalculablehuman suffering. In recent years, satellite technology has been asignificant boon to response efforts following an earthquake and itsafter-effects by providing mobile communications between response teamsand remote sensing of damaged areas to disaster management organizations.In 2007, an international team of students and professionals assembledduring theInternational Space University’s Summer Session Program in Beijing, Chinato examine how satellite and ground-based technology could be betterintegrated to provide an optimised response in the event of an earthquake.The resulting Technology Resources for Earthquake MOnitoring and Response(TREMOR) proposal describes an integrative prototype response system thatwill implement mobile satellite communication hubs providing telephone anddata links between response teams, onsite telemedicine consultation foremergency first-responders, and satellite navigation systems that willlocate and track emergency vehicles and guide search-and-rescue crews. Aprototype earthquake simulation system is also proposed, integratinghistorical data, earthquake precursor data, and local geomatics andinfrastructure information to predict the damage that could occur in theevent of an earthquake. The backbone of these proposals is a comprehensiveeducation and training program to help individuals, communities andgovernments prepare in advance. The TREMOR team recommends thecoordination of these efforts through a centralised, non-governmentalorganization.

Simulation methods with extended stability for stiff biochemical kinetics

Background: With increasing computer power, simulating the dynamics of complex systems in chemistry and biology is becoming increasingly routine. The modelling of individual reactions in (bio)chemical systems involves a large number of random events that can be simulated by the stochastic simulation algorithm (SSA). The key quantity is the step size, or waiting time, τ, whose value inversely depends on the size of the propensities of the different channel reactions and which needs to be re-evaluated after every firing event. Such a discrete event simulation may be extremely expensive, in particular for stiff systems where τ can be very short due to the fast kinetics of some of the channel reactions. Several alternative methods have been put forward to increase the integration step size. The so-called τ-leap approach takes a larger step size by allowing all the reactions to fire, from a Poisson or Binomial distribution, within that step. Although the expected value for the different species in the reactive system is maintained with respect to more precise methods, the variance at steady state can suffer from large errors as τ grows. Results: In this paper we extend Poisson τ-leap methods to a general class of Runge-Kutta (RK) τ-leap methods. We show that with the proper selection of the coefficients, the variance of the extended τ-leap can be well-behaved, leading to significantly larger step sizes.Conclusions: The benefit of adapting the extended method to the use of RK frameworks is clear in terms of speed of calculation, as the number of evaluations of the Poisson distribution is still one set per time step, as in the original τ-leap method. The approach paves the way to explore new multiscale methods to simulate (bio)chemical systems.