建模与模拟在口服固体制剂研发中的应用

口服固体制剂(oralsolid dosage forms,OSD)具有服用、运输、携带方便,质量稳定性好,释放速率可满足不同临床需求等特点,在保护和促进公众健康方面发挥着重要作用。但是,现行的实验设计研究方法囿于耗时长、成本高且结果不可预测的困境。本文介绍了建模与模拟方法的优势,以及课题组在OSD建模与模拟方面的研究进展,以期为OSD由批制造向数字化、连续化和智能化等先进制造转变提供理论基础及研究范式的转变思路。

冶金工艺工程设计参数的数学建模与模拟分析——评《冶金工程数学模型及应用基础》

作者:张延玲ISBN:9787502462444出版社:冶金工业出版社出版日期:2013-05在冶金工艺工程设计中,数学模型与仿真技术的结合使用,为工程师提供了一种强大的工具,使他们能够深入理解和控制工艺过程。传统的试验方法需要大量的试验数据和时间,并且存在成本高、风险大的问题,而数学模型与仿真技术(即模拟分析)的综合应用则能够有效地克服这些问题。

药代动力学和药效动力学中数学建模与模拟的基本原理(2)

数学建模与模拟(modeling and simulation,M&S)是药代动力学(药动学)与药效动力学(药效学)中重要的定量研究方法,在研究药物的处置和作用的机理、治疗药物监测及新药开发中发挥越来越重要的作用。但目前国内该领域的研究尚不多,有待大力发展。另外,M&S涉及的数学知识较多,造成研究者阅读文献和实际应用的困难。本系列文章简要介绍M&S的一些基本概念及重要原理,供读者参考。本部分着重讨论模型开发过程及拟合优度标准的有关问题。

经济与管理科学中的计算机建模与模拟分析

探讨了经济与管理科学中计算机建模与模拟的科学方法,通过对系统动力学与基于Agent的建模与模拟的对比,涵盖了适应性、视角和内核思想等方面的内容并进行了分析,比较了2种方法的共同与相似之处,提出了采用2种方法交叉研究复杂经济与管理问题的思路。结果表明,基于Agent建模与模拟较之系统动力学具有高度的实际应用价值,更加稳定,更具可行性,彰显出了各科学领域交叉融合的主旨思想,在经济与管理科学中的应用价值更高,可加以推广使用。计算机科学和经济与管理学科相互影响,极大地促进了两者的发展进步。

建模与模拟中验证和确认及不确定度量化关键方法

验证和确认及不确定度量化(V&V&UQ)已成为工程应用软件可信度评估的最佳途径,是一个知识密集型很强的系统化工程,涉及众多数学方法和关键技术.本文围绕建模与模拟的工程仿真软件预测能力和可信度评估所面对的挑战,对V&V&UQ实施过程中涉及的数学方法、关键技术、求解算法、实施流程和自研分析工具等进行了系统化梳理和归纳总结,论证了V&V&UQ的本质是对建模与模拟中误差和不确定度的量化,阐述了不确定度量化、参数标定和模型修正,可作为提升软件预测能力和可信度的重要途径,并给出了V&V&UQ未来研究与值得关注的重要方向.本文为国家自主研发有泛化能力的高可信度重大工程应用软件面临的困境提供了科学的、有效的技术支撑.

动态环境耦合下的行为建模与模拟现状分析

本文对耦合动态环境的行为建模与模拟进行综述,主要从动态环境研究现状、行为建模与模拟的研究现状、动态环境下的行为建模与模拟的挑战三个方面进行分析与探讨。对于动态环境的现状,本文从数据组织方法和建模方法两个方面进行分析。对于行为建模与模拟现状,分为个体行为和群体行为分别进行探讨。针对以上两方面的研究与分析结果,本文就现阶段下在动态环境下的行为建模与模拟应用现状进行分析。最后,本文分析了动态环境耦合中的行为建模与模拟未来需要面临的挑战,挑战主要是实时性与逼真度之间的矛盾和构建真实有效科学的行为模拟带来的挑战。

面向新时代地理学特征研究的地理建模与模拟系统发展及构建思考

区域性、综合性、复杂性是地理学的基本特征,其核心内涵的挖掘是新时代地理学发展的主要突破口及增长点.本文聚焦地理学研究的重要方法——地理建模与模拟,首先分析了地理学基本特征对地理问题求解的时代新需求,然后从模型资源、建模流程和运行架构三个方面分析了现有地理建模与模拟系统对地理学特征研究的支撑能力及不足,从而进一步探讨了地理建模与模拟系统在面向地理学区域性、综合性及复杂性特征研究时的发展方向.在此基础上,本文设计了新时代地理学特征研究引导下的地理建模与模拟系统实现架构,讨论了模块构成及功能实现,为地理建模与模拟系统更好地服务于新时期地理学发展提供了理论及技术支撑.

纸张多烘缸干燥过程建模与智能模拟技术研究进展

以纸张干燥工序为切入点,总结纸张干燥过程建模与智能模拟技术的研究进展,为建立纸张干燥过程系统模型,实现智能模拟纸张干燥生产过程并最终助力传统造纸工业转型升级、实现智能制造,积累技术力量。

新药临床试验的计算机模拟

新药临床试验模拟在新药研发中发挥越来越重要的作用,其对相关信息(尤其是药物的药理学知识)进行综合,用于研究假设并改进试验设计,目的是为了减少试验数目、降低成本、缩短开发时间、提高试验成功率、使数据中的信息最大化。另外,通过模拟还可获得对药物处置和作用的深刻理解。在新药研发中,临床试验模拟可用于对变异进行建模、评估临床操作因素的影响、评估假设、比较和优化试验设计、区分竞争性药物等。本文介绍临床试验模拟的概念、作用、发展历程、方法学,重点说明其在新药开发中的应用及意义,最后做了展望。模拟可用于临床试验的很多方面,这里讨论的模拟主要基于药动学/药效学模型(反映药物的处置和作用)。

公司治理机制中的信任关系及其对创新影响的模拟研究

采用基于agent建模与模拟的方法,研究了公司治理机制中的信任关系及其对创新的影响;探索了董事会、CEO、研发中心之间非线性交互作用"涌现"的复杂行为。研究发现,基于是否信任的代理理论和管家理论对创新有重大影响:代理理论以不信任为主、强调控制,导致经理近视的行为,从而侧重渐进性创新;管家理论以信任为主、强调合作,经理往往从战略角度出发,进而侧重突变性创新。充分考虑信任对创新的影响,有效设计控制与合作兼顾的公司治理机制可以更好促进企业的创新。

基于模型的中药研发

中药研发由于本身的复杂性面临诸多挑战,尤其是药效成分不明确成为研发的瓶颈,需要新的研发模式予以支撑。本文将吸收入血的已知有效成分和血药浓度较高的代表性成分称为"化学标志物",并与疗效相关的"生物标志物"相关联,建立药动学/药效学(PK/PD)模型,定量分析(model-analysis)试验数据,指导临床试验的定量设计(design by simulation),从而阐述中药复方的有效性、安全性和组方合理性。由于PK/PD建模与模拟可以贯穿临床前至临床试验的整个过程,可以提高新药研究效率和科学审评水平,降低成本,缩短上市时间。另外,研发中配合临床动态设计方法和风险导向的临床前与临床循环推进战略,最终形成"基于模型的中药研发"模式。本文根据国内外建模与模拟的应用实践,阐述了本模式的特点、在不同研发阶段的应用价值和适用条件,旨在为我国药监部门制定中药新药研发政策提供参考。由于中药新药本身的复杂性,并不否定中药其他研发模式的合理性。

一维变参数溶质运移模型的数值研究

研究地下水中溶质的迁移规律可以为地下水环境质量预报、控制和管理服务。首次采用数值方法探讨与位置坐标相关的溶质运移参数模型,采用即时时间域显式差分法格式双精度Fortran语言编程计算了变溶质运移参数模型的一维溶质运移问题,并进行了算法可靠性验证;然后对本文首次提出的3种与位置坐标相关的变溶质运移参数模型进行了参数分析,获得了这3种模型的初步认识。还将时间域显式差分方程计算结果与解析解和实验结果进行了验证对比分析,说明算法可靠,显式法列式简单,更适于复杂模型计算。本文提出的算法和处理技巧可以应用到许多与地质相关的溶质运移问题的研究,通过建立不同模式的溶质运移参数模型,从而实现复杂条件下溶质运移过程的预测和模拟。

创新组织适应性的NK模型计算实验

基于Kauffman提出的NK模型,借助其核心思想——系统内部要素间的相互作用对系统的整体适应性存在直接影响,从计算组织理论视角,对创新组织的适应性进行了模拟实验研究。发现创新组织的个别创新活动与其相关的若干活动共同交互作用,对组织的整体创新适应性做出贡献,共同交互的活动数恰当(K=6)时贡献最大。同时,创新组织的整体适应性需要随着内部活动和外部环境的变化进行适应性的调整,创新组织适应性行为最强时,需要几个关键活动(K=6)有效的交互作用。总之,适应性造就了组织创新活动的复杂性。

模型引导的精准用药:中国专家共识(2021版)

模型引导的精准用药(MIPD)是通过数学建模与模拟技术,将患者、药物和疾病等相关信息进行整合,为患者精准用药提供依据。相较于经验用药,MIPD是一种基于患者生理、病理、遗传、疾病等特征制订给药方案的新方法、可提高药物治疗的安全、有效、经济和依从性。本文对MIPD的基本原理、方法、实施和相关临床决策支持系统的应用作了论述,分析目前的现状和未来的发展方向,以期为MIPD在中国的发展和应用提供有益的参考。

模型引导的华法林精准用药:中国专家共识(2022版)

模型引导的华法林精准用药是基于定量药理理论,通过数学建模与模拟技术,将患者信息、疾病和华法林药动学/药效学特征等相关信息进行整合,实现个体化用药的方法。相较于经验用药,该法可提高华法林治疗的安全、有效、经济和可依从性。本专家共识介绍了华法林的常用建模和模拟技术、以及基于模型在制订和调整华法林的给药方案、提高和改善治疗的依从性和经济性方面的应用。此外,本文还重点阐述了华法林药学服务路径中的具体实施步骤,以期推动模型引导的华法林精准用药的普及和发展。

阿尔兹海默病的疾病进展模型与研究进展

阿尔兹海默病(AD)是一种病理机制暂不明确的神经退行性疾病,定量药理学中的疾病进展模型可以通过定量的方法充分描述AD患者疾病发展轨迹。通过模型中引入生物标志物信息,可有助于加深对AD病理机制的研究,辅助并优化临床试验的设计。现已有多种经验性或半机制的AD疾病进展模型报道。本文对此进行了综述,以期为阿尔兹海默病的临床研究和新药研发提供参考。

多层次矢量元胞自动机建模及土地利用变化模拟

城市规划对土地利用变化起着重要的引导作用,各层次规划相互支撑、互为补充,自上而下影响着土地利用格局的演变。矢量元胞自动机以不规则的地理实体作为基本单元,可以更逼真地表达客观复杂的城市用地空间结构。然而,当面向具有层次协同性、空间引导性和管控传导性等特征的城市规划时,其元胞多层次体系构造、层次间协同方法和转换规则获取等关键问题凸显出来。本文以江阴市2007年、2012年、2017年3期土地利用现状数据为基础,在多层次矢量元胞自动机建模基础上,模拟了2017年土地利用变化,通过模拟结果与用地现状对比分析,对模型个别参数进行了修正,进一步提高了模型的可行性与适用性,进而预测了2022年城市土地利用格局。模拟结果显示,中心城片区建设用地发展已经趋于饱和,澄南、澄东南和澄东片区建设用地扩张较为明显,有逐步形成"中心城区-城镇组团-村庄"三级城乡空间聚落体系的趋势。最后利用FoM指标对模拟结果进行了评价,得到整体和各片区的精度基本都大于或接近于0.21,表明模拟结果精度较高,其构建的模型在面向多层次规划的用地变化模拟方面具有更好的效果。

晶体相场方法在纳米裂纹扩展与韧脆断裂领域的研究进展

进入21世纪,计算机数值模拟技术在科学研究中的作用越来越突出,它与实验观测、理论模型分析并称为20世纪以来的三大科学研究方法。本文首先简要介绍裂纹研究的现状和宏观断裂力学存在的尺度局限性,并对近年来发展的原子级空间分辨尺度的晶体相场(PFC)模拟方法所具有的特征尺度范围和特色,以及PFC模型在模拟纳观尺度的材料微结构演化上所具有的优势进行说明。然后,介绍PFC模型在裂纹研究上的主要应用成果,包括以下5个方面:Zener裂纹的形核与扩展、纳米裂尖楔形位错空隙发射、晶列取向对纳米裂纹扩展的韧脆断裂影响、纳米裂纹扩展模式的分类、纳米孔洞裂纹的愈合修复。最后,总结并指出PFC模型的发展方向及其今后在裂纹研究领域应用的新领域和重点方向。

土地利用变化模拟模型及应用研究进展

元胞自动机CA(Cellular Automata)和多智能体ABM(Agent-Based Model)模型是土地利用格局和演化模拟的主流方法,两者在模拟自然因素影响和人文驱动机制方面具有突出优势,为LUCC研究提供了重要的工具。当前,ABM无论在模型构建还是应用研究方面,CA和ABM均取得了显著进展。论文从数据基础、模拟尺度、CA转换规则挖掘、ABM行为规则定义、CA和ABM的耦合4个方面梳理土地利用模拟模型和方法的研究进展。并总结这些模型在虚拟城市模拟与理论验证、真实城市模拟与规划预测以及多类用地模拟与辅助决策等方面的应用。最后,总结土地利用模拟模型在精细模拟和全球变化研究方面存在的局限性,认为未来发展将主要集中于解决从2维模型向3维模型发展、大数据与规则精细挖掘以及大尺度模拟与知识迁移等问题。

现代定量药理学的研究进展及展望

定量药理学是运用数学和统计方法,定量研究药理作用规律的一门分支学科,该学科在新药研发及临床药物治疗中正在发挥愈来愈重要的作用。近年国外学界提出了基于模型的新药研发等新理念,将定量药理学的重要性提升到了新的高度,定量药理学正迈入一个新的时代。国内该学科已有二十多年的发展历史,打下了良好的基础,但较国际先进水平还有一定差距,目前正面临着新的发展契机,机遇与挑战并存。本文首先辨析了学科定义,并简要回顾了国内外的学科发展简史;重点介绍了该学科的重要研究领域及热点技术,包括群体药动学/药效学、暴露-反应(药动学-药效学)关系、临床试验模拟、新型临床试验设计、生物标记物、疾病模型和试验模型、建模与模拟的方法学等;简介了基于模型的新药研发的新理念;最后,对该学科的国内发展前景进行了展望。