Monte Carlo Methods in Parameter Estimation of Nonlinear Models

Yksi keskeisimmistä tehtävistä matemaattisten mallien tilastollisessa analyysissä on mallien tuntemattomien parametrien estimointi. Tässä diplomityössä ollaan kiinnostuneita tuntemattomien parametrien jakaumista ja niiden muodostamiseen sopivista numeerisista menetelmistä, etenkin tapauksissa, joissa malli on epälineaarinen parametrien suhteen. Erilaisten numeeristen menetelmien osalta pääpaino on Markovin ketju Monte Carlo -menetelmissä (MCMC). Nämä laskentaintensiiviset menetelmät ovat viime aikoina kasvattaneet suosiotaan lähinnä kasvaneen laskentatehon vuoksi. Sekä Markovin ketjujen että Monte Carlo -simuloinnin teoriaa on esitelty työssä siinä määrin, että menetelmien toimivuus saadaan perusteltua. Viime aikoina kehitetyistä menetelmistä tarkastellaan etenkin adaptiivisia MCMC menetelmiä. Työn lähestymistapa on käytännönläheinen ja erilaisia MCMC -menetelmien toteutukseen liittyviä asioita korostetaan. Työn empiirisessä osuudessa tarkastellaan viiden esimerkkimallin tuntemattomien parametrien jakaumaa käyttäen hyväksi teoriaosassa esitettyjä menetelmiä. Mallit kuvaavat kemiallisia reaktioita ja kuvataan tavallisina differentiaaliyhtälöryhminä. Mallit on kerätty kemisteiltä Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta ja Åbo Akademista, Turusta.

Development of Raman microscopy methods for polymer coatings of polyfilms

Työn tavoitteena oli tutkia Raman-spektrometrin soveltuvuutta muovipäällystettyjen kartonkien syvyyssuuntaisiin mittauksiin. Lisäksi pyrittiin selvittämään voidaanko kiteisyyttä nähdä Raman-laitteistolla. Työn kirjallisessa osassa on selvitetty Raman-laitteiston teknisiä ominaisuuksia. Kokeellinen osa suoritettiin Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa Membraanitekniikan ja teknillisen polymeerikemian laboratoriossa. Työssä käytettiin Horiban Jobin Yvon¿in valmistamaa konfokaalista Raman-spektrometri-laitteistoa (LabRam). Syvyyssuuntaisissa mittauksissa käytettiin apuna motorisoitua x-, y- ja z-suuntaan liikkuvaa tasoa. Mittaukset suoritettiin pistemäisesti tietyllä askelvälillä fokusoimalla näytteen pinnasta sisällepäin. Syvyysprofilointimittaukset aloitettiinmäärittelemällä laitteiston syvyysresoluutio eri konfokaalireikäkoolla. Lisäksityössä tehtiin syvyysprofilointimittauksia sekä läpinäkyvillä monikerrosmuoveilla että muovipäällystetyillä kartongeilla. Työssä mitatut muovipäällysteet sisälsivät pääasiassa polyeteeniä. Tulokset osoittivat, että Raman laitteistolla voidaan havainnoida Raman-aktiiviset ryhmät näytteen eri kerroksista. Lisäksi polyeteenin kiteisyysaste voidaan havaita tietyillä aallonpituuksilla.

Ultra-performance liquid chromatography mass spectrometry and sensitive bioassay methods for quantification of posaconazole plasma concentrations after oral dosing.

Posaconazole (POS) is a new antifungal agent for prevention and therapy of mycoses in immunocompromised patients. Variable POS pharmacokinetics after oral dosing may influence efficacy: a trough threshold of 0.5 ?g/ml has been recently proposed. Measurement of POS plasma concentrations by complex chromatographic techniques may thus contribute to optimize prevention and management of life-threatening infections. No microbiological analytical method is available. The objective of this study was to develop and validate a new simplified ultra-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS) method and a sensitive bioassay for quantification of POS over the clinical plasma concentration range. The UPLC-MS/MS equipment consisted of a triple quadrupole mass spectrometer, an electrospray ionization (ESI) source, and a C(18) analytical column. The Candida albicans POS-hypersusceptible mutant (MIC of 0.002 ?g/ml) ?cdr1 ?cdr2 ?flu ?mdr1 ?can constructed by targeted deletion of multidrug efflux transporters and calcineurin genes was used for the bioassay. POS was extracted from plasma by protein precipitation with acetonitrile-methanol (75%/25%, vol/vol). Reproducible standard curves were obtained over the range 0.014 to 12 (UPLC-MS/MS) and 0.028 to 12 ?g/ml (bioassay). Intra- and interrun accuracy levels were 106% ± 2% and 103% ± 4% for UPLC-MS/MS and 102% ± 8% and 104% ± 1% for bioassay, respectively. The intra- and interrun coefficients of variation were 7% ± 4% and 7% ± 3% for UPLC-MS/MS and 5% ± 3% and 4% ± 2% for bioassay, respectively. An excellent correlation between POS plasma concentrations measured by UPLC-MS/MS and bioassay was found (concordance, 0.96). In 26 hemato-oncological patients receiving oral POS, 27/69 (39%) trough plasma concentrations were lower than 0.5 ?g/ml. The UPLC-MS/MS method and sensitive bioassay offer alternative tools for accurate and precise quantification of the plasma concentrations in patients receiving oral posaconazole.

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus: phylogenetic relatedness between European epidemic clones and Swiss sporadic strains.

We have compared the phylogenetic diversity of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) strains from Switzerland and their phylogenetic relationships with European epidemic clones, using multiprimer random amplification polymorphic DNA (RAPD). Strains included 24 European epidemic clones (59 strains), 66 sporadic strains isolated in Switzerland in 1996-1997, and 15 reference strains of five other Staphylococcus species. Similarity and clustering analysis with the Jaccard's coefficient showed that the maximum genetic distance between MRSA strains was 0.43, whereas the minimum genetic distance between the six Staphylococcus species was 0.97, indicating that the method permits phylogenetic hierarchization. The 24 MRSA clones reported to be epidemic in European countries during the 1990s were distributed into seven different genetic clusters with a maximum distance of 0.29 among them. This clustering pattern was confirmed by the analysis of a subset of MRSA strains by multilocus enzyme electrophoresis at 12 loci. Most of the sporadic Swiss strains were distributed into these seven different genetic clusters, together with the epidemic MRSA clones. This suggests that there is no phylogenetic cluster specific to epidemic clones of MRSA.

Water vapor tightness of packages: methods and optimizing

Työn tarkoituksena oli testata jo tutkimuskeskuksella käytössä ollutta ja tutkimuskeskukselle tässä työssä kehitettyä pakkauksen vesihöyrytiiveyteen liittyvää mittausmenetelmää. Saatuja tuloksia verrattiin keskenään sekä materiaalista mitattuihin arvoihin. Elintarvikepakkauksia tutkittiin myös kosteussensoreiden, säilyvyyskokeen sekä kuljetussimuloinnin avulla. Optimoinnilla tutkittiin pakkauksen muodon vaikutusta vesihöyrytiiveyteen. Pakkauksen vesihöyrynläpäisyn mittaamiseen kehitetty menetelmä toimi hyvin ja sen toistettavuus oli hyvä. Verrattaessa sitä jo olemassa olleeseen menetelmään tulokseksi saatiin, että uusi menetelmä oli nopeampi ja vaati vähemmän työaikaa, mutta molemmat menetelmät antoivat hyviä arvoja rinnakkaisille näytteille. Kosteussensoreilla voitiin tutkia tyhjän pakkauksen sisällä olevan kosteuden muutoksia säilytyksen aikana. Säilyvyystesti tehtiin muroilla ja parhaan vesihöyrysuojan antoivat pakkaukset joissa oli alumiinilaminaatti- tai metalloitu OPP kerros. Kuljetustestauksen ensimmäisessä testissä pakkauksiin pakattiin muroja ja toisessa testissä nuudeleita. Kuljetussimuloinnilla ei ollutvaikutusta pakkausten sisäpintojen eheyteen eikä siten pakkausten vesihöyrytiiveyteen. Optimoinnilla vertailtiin eri muotoisten pakkausten tilavuus/pinta-ala suhdetta ja vesihöyrytiiveyden riippuvuutta pinta-alasta. Optimaalisimmaksi pakkaukseksi saatiin pallo, jonka pinta-ala oli pienin ja materiaalin sallima vesihöyrynläpäisy suurin ja vesihöyrybarrierin määrä pienin.

Genetic aberrations in pediatric follicular lymphoma

Background: Pediatric follicular lymphoma (FL) is a rare disease that differs from its adult counterpart both genetically and clinically. Excluding pediatric FL with IRF4-translocation, the genetic events associated with pediatric FL have not yet been defined. Objectives: The aim of this study was to perform a complete genetic characterization of IRF4-translocation negative pediatric follicular lymphomas to elucidate the genetic profile of these rare pediatric cases and determine common genetic alterations that could be associated to this phenotype. Design/Methods: We applied array-comparative genomic hybridization and molecular inversion probe assay adapted to formalin-fixed paraffin-embedded tissues from 18 patients aged £18 years diagnosed with FL. With the exception of one case with only focal involvement by lymphoma, the tumor cell content exceeded 50% in the evaluable samples. Eleven of 18 patients were treated according to NHL-BFM group multicenter trials whereas the remaining according to different protocols. All lacked t(14;18) translocation. Mutational analysis of TNFRSF14 gene was performed in 17 cases. Results: Only six pediatric cases displayed chromosomal imbalances, with gain/amplification of 6pter-p24.3 (including IRF4) and deletion/ copy number neutral-loss of heterozygosity in 1p36 (including TNFRSF14) being the most frequent alterations. Sequencing of the candidate gene TNFRSF14 at 1p36.32 showed nine mutations in seven cases. Conclusion: Combination of molecular and genetic features differentiated a recurrent pattern of genomic imbalances as well as of TNFRSF14 mutations in pediatric FL which together with other genetic alterations distinguishes two subsets of pediatric follicular lymphomas. The first group shows genomic aberrations and is associated with more aggressive histopathologic and clinical features. The second group lacks genetic alterations detectable with the present approaches and is associated with a more limited disease. Despite the absence of genomic aberrations, these cases resembled FL by their histopathological features.

Evaluation and comparison of current fetal ultrasound image segmentation methods for biometric measurements: a grand challenge.

This paper presents the evaluation results of the methods submitted to Challenge US: Biometric Measurements from Fetal Ultrasound Images, a segmentation challenge held at the IEEE International Symposium on Biomedical Imaging 2012. The challenge was set to compare and evaluate current fetal ultrasound image segmentation methods. It consisted of automatically segmenting fetal anatomical structures to measure standard obstetric biometric parameters, from 2D fetal ultrasound images taken on fetuses at different gestational ages (21 weeks, 28 weeks, and 33 weeks) and with varying image quality to reflect data encountered in real clinical environments. Four independent sub-challenges were proposed, according to the objects of interest measured in clinical practice: abdomen, head, femur, and whole fetus. Five teams participated in the head sub-challenge and two teams in the femur sub-challenge, including one team who tackled both. Nobody attempted the abdomen and whole fetus sub-challenges. The challenge goals were two-fold and the participants were asked to submit the segmentation results as well as the measurements derived from the segmented objects. Extensive quantitative (region-based, distance-based, and Bland-Altman measurements) and qualitative evaluation was performed to compare the results from a representative selection of current methods submitted to the challenge. Several experts (three for the head sub-challenge and two for the femur sub-challenge), with different degrees of expertise, manually delineated the objects of interest to define the ground truth used within the evaluation framework. For the head sub-challenge, several groups produced results that could be potentially used in clinical settings, with comparable performance to manual delineations. The femur sub-challenge had inferior performance to the head sub-challenge due to the fact that it is a harder segmentation problem and that the techniques presented relied more on the femur's appearance.