Towards a Testbed for Dynamic Vehicle Routing Algorithms

Since modern transport services are becoming more flexible, demand-responsive, and energy/cost efficient, there is a growing demand for large-scale microscopic simulation platforms in order to test sophisticated routing algorithms. Such platforms have to simulate in detail, not only the dynamically changing demand and supply of the relevant service, but also traffic flow and other relevant transport services. This paper presents the DVRP extension to the open-source MATSim simulator. The extension is designed to be highly general and customizable to simulate a wide range of dynamic rich vehicle routing problems. The extension allows plugging in of various algorithms that are responsible for continuous re-optimisation of routes in response to changes in the system. The DVRP extension has been used in many research and commercial projects dealing with simulation of electric and autonomous taxis, demand-responsive transport, personal rapid transport, free-floating car sharing and parking search

Risikofaktoren für Resistenzen bei Harnwegsinfektionen in einer Zentralen Notaufnahme und Verbesserung der empirischen Antibiotika-Therapie

Harnwegsinfektionen (HWI) gehören zu den häufigsten bakteriellen Infektionen weltweit. Ihre Behandlung wird durch ansteigende Resistenzraten gegenüber Standard-Antibiotika erschwert. Genaue Kenntnis der lokalen Resistenzsituation und eine frühe Identifikation von Resistenzen kann die Therapiesituation verbessern. Diese retrospektive Studie hatte zum Ziel, Risikofaktoren für Resistenzen gegenüber Standard-Antibiotika bei HWI in der Zentralen Notaufnahme (ZNA) der Universitätsmedizin Mannheim (UMM) zu identifizieren. Weiterhin wurde untersucht, ob die empirische Therapie unter Zuhilfenahme dieser Risikofaktoren verbessert werden kann. Zwischen Januar 2013 und Juni 2015 wurden 460 Patienten unter der Diagnose eines HWI behandelt. 137 Patienten hatten ein positives Urinkultur-Ergebnis und konnten weiter ausgewertet werden, 94,7% hiervon wurden als Pyelonephritis klassifiziert. Die häufigsten Erreger waren Escherichia coli (64,2%) und Klebsiella pneumoniae (12,4%). Die Ansprechraten gegenüber häufig eingesetzten Antibiotika lagen bei 71,5% für Ciprofloxacin, 80,3% für Piperacillin/Tazobactam, 54,7% für Ampicillin/Sulbactam, 73,7% für Cefuroxim, 76,6% für Cefpodoxim, 85,4% für Ceftazidim, 84,7% für Gentamicin und 96,4% für Imipinem. Der Anteil multiresistenter Erreger lag bei 36,5%, der Anteil an Erregern die gegen Ciprofloxacin, Piperacillin/Tazobactam und Ceftazidim (SCPC) resistent sind, bei 5,8%. Risikofaktoren wurden für Ciprofloxacin, Piperacillin/Tazobactam, Cefuroxim, Cefpodoxim, Ceftazidim, MDR und SCPC errechnet. Die logistischen Regressionen ergaben als Risikofaktoren: Herkunft aus einem Pflegeheim (Odds Ratio (OR) = 22,8 für SCPC), Krankenhausaufenthalte innerhalb der letzten 30 Tage (OR = 3,6 für MDR; OR = 3,7 für Piperacillin mit Tazobactam; OR = 4,4 für Ciprofloxacin), rezidivierende Harnwegsinfektionen (OR = 4,0 für MDR), männliches Geschlecht (OR = 6,5 für Cefpodoxim; OR = 3,7 für Ceftazidim; OR = 7,3 für Cefuroxim; OR = 9,5 für SCPC), Nierentransplantation (OR = 15,4 für Piperacillin mit Tazobactam; OR = 16,4 für Ceftazidim), Blasen-Dauerkatheter (OR = 5,2 für Ciprofloxacin) und Antibiotika-Therapie innerhalb der letzten 30 Tage (OR = 5,3 für Cefpodoxim; OR = 5,7 für Cefuroxim). ROC-Analysen lieferten AUC-Werte zwischen 0,699 und 0,868. Die Stratifizierung der Patienten anhand dieser Risikofaktoren zeigt, dass Patienten mit keinem Risikofaktor Ansprechraten von 90% und höher für alle Standard-Antibiotika haben. Patienten mit genau einen Risikofaktor haben Ansprechraten um 80% für alle Antibiotika außer Imipinem. Für zwei und mehr Risikofaktoren fallen die Ansprechraten für Ciprofloxacin, Cefuroxim und Cefpodoxim auf Werte unter 60%, während Piperacillin/Tazobactam, Ceftazidim und Gentamicin Ansprechraten um 75% halten können. Subanalysen zeigen einige Ausnahmen vom generellen Trend: Für Patienten, die innerhalb der letzten 30 Tage ein Antibiotikum erhielten, ist Piperacillin mit Tazobactam unabhängig von anderen Risikofaktoren den anderen Standard-Antibiotika überlegen. Die Kombination aus Pflegeheim-Herkunft und einem Krankenhausaufenthalt innerhalb der letzten 30 Tage zeigt, ebenso wie in geringerem Umfang auch andere Kombinationen des Risikofaktors Pflegeheim-Herkunft, ein gutes Ansprechen auf Cephalosporine und sehr schlechte Ansprechraten für Ciprofloxacin und Piperacillin/Tazobactam. Einzelmodelle für jedes Antibiotikum mit den korrespondierenden Risikofaktoren zeigen lediglich für Piperacillin/Tazobactam eine potenziell relevante Überlegenheit in Bezug auf Ansprechraten. Cephalosporine und Ciprofloxacin gehen im Vergleich mit Piperacillin/Tazobactam mit einem erhöhten Risiko für Clostridium difficile-Kolitis und vermehrter Resistenzentwicklung einher. Gentamicin ist nebenwirkungsreich und muss engmaschig kontrolliert werden. Imipinem ist eine Reservesubstanz und sollte daher zurückhaltend eingesetzt wurden. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren wurde ein Therapiealgorithmus für die Zentrale Notaufnahme der Universitätsmedizin Mannheim erstellt. Hiernach sollen Patienten ohne Risikofaktoren ein Cephalosporin, z.B. Cefuroxim, Patienten mit mindestens einem Risikofaktor Piperacillin/Tazobactam und Patienten aus einem Pflegeheim und kürzlicher Hospitalisierung ein Cephalosporin erhalten. Unter Anwendung dieses Algorithmus hätten 86,1% der Patienten eine wirksame empirische Therapie erhalten gegenüber 64,5% tatsächlicher Abdeckung während des Untersuchungszeitraumes. Zusammenfassend bestand in der ZNA eine ungünstige Resistenzsituation, die bei unreflektiertem Einsatz von Standard-Antibiotika zu suboptimalen Ergebnissen führte. Es konnten Risikofaktoren identifiziert werden, die eine Unterteilung der Patienten in eine Niedrig- und eine Hochrisikosituation ermöglichten. Bei Anwendung dieser Kriterien kann eine Verbesserung der Ansprechraten der empirischen Therapie erreicht werden. Hierbei zeigte sich ein Antibiotika-übergreifendes Modell verschiedenen Einzelmodellen unter Berücksichtigung von Komplexität und Ansprechraten als ebenbürtig. Für die identifizierten Risikofaktoren lässt sich in der Literatur Rückhalt finden, dennoch gibt es auch einige bereits beschriebene Risikofaktoren, die in dieser Studie keine Assoziation zeigten. Andere Faktoren konnten mangels Datengrundlage von vorneherein nicht untersucht werden. Ein Alleinstellungsmerkmal dieser Studie ist die vergleichende Untersuchung verschiedener Antibiotika und Multiresistenz. Auch für die Übertragbarkeit der Ergebnisse dieser Studie ergeben sich Einschränkungen. Sowohl Vergleiche mit dem übrigen Kollektiv wie auch anderen Studien zeigen, dass die Resistenzraten im untersuchten Patientenkollektiv sehr hoch sind. Auch die Risikofaktoren sind sehr häufig vertreten, sodass angenommen werden kann, dass es sich um überdurchschnittlich kranke Patienten handelt. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren kann somit eine unreflektierte Übertragung dieser Ergebnisse insbesondere auf Settings mit niedrigeren Resistenzraten nicht empfohlen werden. Unabhängig davon zeigt diese Studie jedoch auf, dass das Monitoring der lokalen Resistenz- und Risikosituation ein wichtiger Baustein für effektiven empirischen Antibiotika-Einsatz ist, da die lokale Resistenzsituation signifikant von den in Leitlinien zugrundeliegenden Daten abweichen kann. Daher werden einige Erkenntnisse dieser Studie bereits in der ZNA der UMM zur Verbesserung der Versorgungsqualität umgesetzt. Weiterhin empfiehlt sich zur weiteren Evaluation dieser Ergebnisse die Durchführung einer multizentrischen, prospektiven Studie

Numerically accurate linear response-properties in the configuration-interaction singles (CIS) approximation

In the present work, we report an efficient implementation of configuration interaction singles (CIS) excitation energies and oscillator strengths using the multi-resolution analysis (MRA) framework to address the basis-set convergence of excited state computations. In MRA (ground-state) orbitals, excited states are constructed adaptively guaranteeing an overall precision. Thus not only valence but also, in particular, low-lying Rydberg states can be computed with consistent quality at the basis set limit a priori, or without special treatments, which is demonstrated using a small test set of organic molecules, basis sets, and states. We find that the new implementation of MRA-CIS excitation energy calculations is competitive with conventional LCAO calculations when the basis-set limit of medium-sized molecules is sought, which requires large, diffuse basis sets. This becomes particularly important if accurate calculations of molecular electronic absorption spectra with respect to basis-set incompleteness are required, in which both valence as well as Rydberg excitations can contribute to the molecule's UV/VIS fingerprint

Empiric antibiotic therapy in urinary tract infection in patients with risk factors for antibiotic resistance in a German emergency department

Background: The aim of this study was to identify clinical risk factors for antimicrobial resistances and multidrug resistance (MDR) in urinary tract infections (UTI) in an emergency department in order to improve empirical therapy. Methods: UTI cases from an emergency department (ED) during January 2013 and June 2015 were analyzed. Differences between patients with and without resistances towards Ciprofloxacin, Piperacillin with Tazobactam (Pip/taz), Gentamicin, Cefuroxime, Cefpodoxime and Ceftazidime were analyzed with Fisher’s exact tests. Results were used to identify risk factors with logistic regression modelling. Susceptibility rates were analyzed in relation to risk factors. Results: One hundred thirty-seven of four hundred sixty-nine patients who met the criteria of UTI had a positive urine culture. An MDR pathogen was found in 36.5% of these. Overall susceptibility was less than 85% for standard antimicrobial agents. Logistic regression identified residence in nursing homes, male gender, hospitalization within the last 30 days, renal transplantation, antibiotic treatment within the last 30 days, indwelling urinary catheter and recurrent UTI as risk factors for MDR or any of these resistances. For patients with no risk factors Ciprofloxacin had 90%, Pip/taz 88%, Gentamicin 95%, Cefuroxime 98%, Cefpodoxime 98% and Ceftazidime 100% susceptibility. For patients with 1 risk factor Ciprofloxacin had 80%, Pip/taz 80%, Gentamicin 88%, Cefuroxime 78%, Cefpodoxime 78% and Ceftazidime 83% susceptibility. For 2 or more risk factors Ciprofloxacin drops its susceptibility to 52%, Cefuroxime to 54% and Cefpodoxime to 61%. Pip/taz, Gentamicin and Ceftazidime remain at 75% and 77%, respectively. Conclusions: We identified several risk factors for resistances and MDR in UTI. Susceptibility towards antimicrobials depends on these risk factors. With no risk factor cephalosporins seem to be the best choice for empiric therapy, but in patients with risk factors the beta-lactam penicillin Piperacillin with Tazobactam is an equal or better choice compared to fluoroquinolones, cephalosporins or gentamicin. This study highlights the importance of monitoring local resistance rates and its risk factors in order to improve empiric therapy in a local environment

A detailed guideline for the fabrication of single bacterial probes used for atomic force spectroscopy

The atomic force microscope (AFM) evolved as a standard device in modern microbiological research. However, its capability as a sophisticated force sensor is not used to its full capacity. The AFM turns into a unique tool for quantitative adhesion research in bacteriology by using “bacterial probes”. Thereby, bacterial probes are AFM cantilevers that provide a single bacterium or a cluster of bacteria as the contact-forming object. We present a step-by-step protocol for preparing bacterial probes, performing force spectroscopy experiments and processing force spectroscopy data. Additionally, we provide a general insight into the field of bacterial cell force spectroscopy

Sub-mm/mm optical properties of real protoplanetary matter derived from Rosetta/MIRO observations of comet 67P

Optical properties are required for the correct understanding and modelling of protoplanetary and debris discs. By assuming that comets are the most pristine bodies in the solar system, our goal is to derive optical constants of real protoplanetary material. We determine the complex index of refraction of the near-surface material of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko by fitting the sub-millimetre/millimetre observations of the thermal emission of the comet's sub-surface made by the Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter (MIRO) with synthetic temperatures derived from a thermophysical model and radiative-transfer models. According to the two major formation scenarios of comets, we model the sub-surface layers to consist of pebbles as well as of homogeneously packed dust grains. In the case of a homogeneous dusty surface material, we find a solution for the length-absorption coefficient of $\alpha \approx 0.22~\mathrm{cm^{-1}}$ for a wavelength of 1.594 mm and $\alpha \geq 3.84~\mathrm{cm^{-1}}$ for a wavelength of 0.533 mm and a constant thermal conductivity of $0.006~\mathrm{Wm^{-1}K^{-1}}$. For the pebble scenario, we find for the pebbles and a wavelength of 1.594 mm a complex refractive index of $n = (1.074 - 1.256) + \mathrm{i} \, (2.580 - 7.431)\cdot 10^{-3}$ for pebble radii between 1 mm and 6 mm. Taking into account other constraints, our results point towards a pebble makeup of the cometary sub-surface with pebble radii between 3 mm and 6 mm. The derived real part of the refractive index is used to constrain the composition of the pebbles and their volume filling factor. The optical and physical properties are discussed in the context of protoplanetary and debris disc observations.Comment: Accepted for publication in MNRA

Phosphate decreases urine calcium and increases calcium balance: A meta-analysis of the osteoporosis acid-ash diet hypothesis

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The acid-ash hypothesis posits that increased excretion of "acidic" ions derived from the diet, such as phosphate, contributes to net acidic ion excretion, urine calcium excretion, demineralization of bone, and osteoporosis. The public is advised by various media to follow an alkaline diet to lower their acidic ion intakes. The objectives of this meta-analysis were to quantify the contribution of phosphate to bone loss in healthy adult subjects; specifically, a) to assess the effect of supplemental dietary phosphate on urine calcium, calcium balance, and markers of bone metabolism; and to assess whether these affects are altered by the b) level of calcium intake, c) the degree of protonation of the phosphate.</p> <p>Methods</p> <p>Literature was identified through computerized searches regarding phosphate with surrogate and/or direct markers of bone health, and was assessed for methodological quality. Multiple linear regression analyses, weighted for sample size, were used to combine the study results. Tests of interaction included stratification by calcium intake and degree of protonation of the phosphate supplement.</p> <p>Results</p> <p>Twelve studies including 30 intervention arms manipulated 269 subjects' phosphate intakes. Three studies reported net acid excretion. All of the meta-analyses demonstrated significant decreases in urine calcium excretion in response to phosphate supplements whether the calcium intake was high or low, regardless of the degree of protonation of the phosphate supplement. None of the meta-analyses revealed lower calcium balance in response to increased phosphate intakes, whether the calcium intake was high or low, or the composition of the phosphate supplement.</p> <p>Conclusion</p> <p>All of the findings from this meta-analysis were contrary to the acid ash hypothesis. Higher phosphate intakes were associated with decreased urine calcium and increased calcium retention. This meta-analysis did not find evidence that phosphate intake contributes to demineralization of bone or to bone calcium excretion in the urine. Dietary advice that dairy products, meats, and grains are detrimental to bone health due to "acidic" phosphate content needs reassessment. There is no evidence that higher phosphate intakes are detrimental to bone health.</p