High Performance Algorithms and Software for Nonlinear Optimization

Abstract New general theorems of the alternative are presented. The constructive proofs based on the duality theory are given. From these results many well-known theorems of the alternative are obtained by simple substitutions. Computational applications of theorems of the alternative to solving linear systems, LP and NLP problems are given. A linear systems of possibly unsolvable equalities and inequalities are considered. With original linear system an alternative system is associated such that one and only one of these systems is consistent. If the original system is solvable then numerical method for solving this system consists of minimization of the residual of the alternative inconsistent system. From the results of this minimization the normal solution of the original system is determined

RADIONUCLIDE EVALUATION OF CONTRACTILITY OF THE RIGHT HEART IN MITRAL VALVE STENOSIS

Aim. With the use of radionuclide weight-adjusted tomoventriculography (RTVG), to assess the condition of the right heart chambers in mitral valve stenosis (MV) of rheumatic origin.Material and methods. Totally, 20 patients studied (mean age — 54,2±8,22 y.) with rheumatic mitral valve lesion, of those 13 were investigated before and after correction of the defect. All patients, before and after correction of the defect were examined with the RTVG.Results. In all patients with the MV defect, we found a decrease of regional contractility of the RV. Patients with MV defects, related to the comparison group, had significantly more statistically decreased EF, MCI and SSN/Z, EF and higher values of EDV of the RV. Valve defect correction led to statistically more significant decrease of ESV, increase of MCI and EF RV. The sizes of the right atrium, measured with RTVG, were significantly higher comparing to the controls, and after correction of the defect, they reduced.Conclusion. The RTVG method could be applied for non-invasive assessment of the right heart chambers function in patients with MV stenosis of rheumatic origin

Comparison of microflora isolated from peripheral blood and valvular structures of the heart in patients with infective endocarditis

Background. Infective endocarditis (IE) is defined as an infection of a native or prosthetic heart valve, endocardial surface, or permanent cardiac apparatus. Currently, the determination of microorganisms that induce a disease or are involved in the process of pathogenesis by PCR is one of the most modern and rapid tests.The aim. To determine and to compare the spectrum of infectious pathogens in homogenate samples of native heart valves and blood of patients with IE.Materials and methods. Twenty patients with confirmed IE diagnose were examined, admitted for hospitalization at the Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases (Kemerovo, Russia) in 2019. The range of tests used in the study was aimed at detecting such microorganisms as Streptococcus pyogenes, Streptococcus agalactiae, Enterobacter spp., Klebsiella spp., Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Bacteroides fragilis, Bacteroides vulgatus, Bacteroides thetaiotaomicron, and Bacteroides ovatus.Results. The study found that 19 samples of heart valves were characterized by the presence of microorganisms from the genus Streptococcus spp., wherein Streptococcus agalactiae was found in two patients. Staphylococcus spp. Were found in 16 samples of valve homogenate. Detection of other pathogens revealed only two cases of Enterobacter spp., Klebsiella spp. When analyzing blood samples from patients with IE, not a single infectious agent was identified. The study revealed a statistically significant difference (p < 0.001) between the incidence of Staphylococcus spp. in samples of valve homogenate and peripheral blood of patients with IE. There was also a statistically significant difference (p < 0.001) for Streptococcus spp. both in samples of valve homogenate and peripheral blood from patients with IE.Conclusion. Molecular genetic research using PCR technologies has low efficiency in detecting the pathogen in the circulating bloodstream, as well as in blood culture. However, the study of homogenized biopsy specimens of the heart valve structures removed during surgery may allow correcting antimicrobial tactics in the early postoperative period of prosthetics

МОЛЕКУЛЯРНО–ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПОВ ПРОЦЕССА НИТРИДИЗАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ Si(111) В Атмосфере NH₃

Molecular dynamic modeling of the deposition of a single ammonium molecule on the (111) surface of silicon has been carried out. We have used the process of parametric identification of interatomic interaction potentials for the atomic system being described. We have developed software for the molecular dynamic calculations that allows optimizing the geometry of the structures being considered and visualizing the results. To verify the results of molecular dynamic modeling we have carried out quantum mechanical calculations on a supercomputer. We have obtained the interatomic interaction potentials that allow deriving potentials suitable for further calculations during the modeling of the adsorption of an ammonium molecule on silicon surface. For example, they provide for a correct reproduction of the results of first−principle modeling of the interaction between an adsorbed nitrogen atom and silicon surface and the energy parameters of adsorption. Using the Tersoff potential with the parameters obtained as a result of parametric identification we modeled the position providing for the lowest total energy. This position is the most energetically favorable for an adsorbed atom.Проведено молекулярно−динамическое (МД) моделирование процесса осаждения одиночной молекулы аммиака на поверхность (111) кремния. Для решения поставленной задачи применена процедура параметрической идентификации потенциалов межатомного взаимодействия для описываемой системы атомов. Для проведения МД−расчетов разработано программное обеспечение, позволяющее осуществлять оптимизацию геометрии исследуемых структур, а также визуализировать получаемые результаты. Для верификации результатов МД−моделирования проведены квантово−механические расчеты на супер−ЭВМ. Получены значения параметров потенциалов межатомного взаимодействия, которые позволяют строить потенциалы, пригодные для использования в дальнейших расчетах по моделированию процесса адсорбции молекулы аммиака на поверхности кремния. В частности, с их помощью корректно воспроизводятся результаты первопринципного моделирования взаимодействия адсорбированного атома азота с поверхностью кремния и энергетика процесса адсорбции. С помощью потенциала Терсофа со значениями параметров, полученными в результате параметрической идентификации, удалось смоделировать положение с наименьшей полной энергией. Это положение соответствует наиболее энергетически предпочтительному размещению адсорбированного атома азота при адсорбции.

Science Requirements and Conceptual Design for a Polarized Medium Energy Electron-Ion Collider at Jefferson Lab

This report presents a brief summary of the science opportunities and program of a polarized medium energy electron-ion collider at Jefferson Lab and a comprehensive description of the conceptual design of such a collider based on the CEBAF electron accelerator facility.Comment: 160 pages, ~93 figures This work was supported by the U.S. Department of Energy, Office of Nuclear Physics, under Contract No. DE-AC05-06OR23177, DE-AC02-06CH11357, DE-AC05-060R23177, and DESC0005823. The U.S. Government retains a non-exclusive, paid-up, irrevocable, world-wide license to publish or reproduce this manuscript for U.S. Government purpose

Анализ топографических сценариев формирования очагов кальцификации в дисфункциональных клапанах сердца и атеросклеротических бляшках

Aim. To analyze the topographic patterns of valvular and atherosclerotic calcification growth.Methods.           Dysfunctional aortic valves (n = 18) and atherosclerotic plaques (n = 20) were fixed in formalin, postfixed in 1% osmium tetroxide, consecutively stained by 2% osmium tetroxide and 2% uranyl acetate, and embedded into epoxy resin (Epon) with the further grinding and polishing ofthe samples. Upon the counterstaining by lead citrate and sputter coating with carbon, samples were visualized by backscattered scanning electron microscopy. Elemental analysis was conducted via energy-dispersive X-ray spectroscopy. Measurement of Ca/P ratio within the mineral deposits was carried out employing a pool table principle (i.e., in the center of the deposit, in the near and far circumferences (clockwise), and in control regions around the mineral deposit). Topographic patterns of calcifications were modeled using the correlation analysis.             Results. Significant correlation was revealed between the Ca/P ratio in the deposit center and in the near and far circumferences of deposit in both in valvular (r = 0,35-0,78 - near circumference; r = 0,63-0,69 - far circumference) and atherosclerotic mineral deposits (r = 0,37-0,56 - near circumference; r = 0,48-0,63 - far circumference), suggesting the hierarchical growth of cardiovascular calcification around the initial nucleation sites.Conclusion.       Valvular and atherosclerotic calcifications development is concentric.Цель. Проанализировать топографические сценарии формирования кальцифика-тов в дисфункциональных аортальных клапанах сердца и атеросклеротических бляшках.Материалы и методы. Дисфункциональные аортальные клапаны сердца (n = 18) и атеросклеротические бляшки (n = 20) фиксировали в формалине, постфиксировали в 1% тетраоксиде осмия, последовательно окрашивали 2% тетраоксидом осмия и 2% ура-нилацетатом и заключали в эпоксидную смолу Epon с последующей шлифовкой и полировкой сформованных блоков. После контрастирования цитратом свинца и напыления углеродом проводили визуализацию образцов методом сканирующей электронной микроскопии в обратно рассеянных электронах и элементный анализ кальцификатов методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Измерение соотношения Ca/P в кальцификатах аортальных клапанов и бляшек произведено по схеме «бильярдного стола» в центре кальцификата и часовой стрелке в ближней и дальней окружностях, а также в контрольных участках возле и вдали от кальцификата. Топографические сценарии формирования кальцификатов моделировали при помощи корреляционного анализа.Результаты. Выявлена значимая корреляция соотношения Ca/P в центре кальцификата с таковой в ближней и дальней окружностях как в клапанных (г = 0,35-0,78 в ближней окружности; г = 0,63-0,69 в дальней окружности), так и атеросклеротических (г = 0,37-0,56 в ближней окружности; г = 0,48-0,63 в дальней окружности) кальцификатах, что свидетельствует об иерархическом принципе формирования очагов кальцификации.Заключение. Кальцификация в кальцинированных аортальных клапанах сердца и атеросклеротических бляшках развивается по концентрическому принципу (от центра к периферии)

«Портрет» пациентов c легочной гипертензией на фоне приобретенного порока митрального Клапана сердца до хирургической коррекции

Aim. To study “the portrait” of patients with acquired mitral valve (MV) heart disease of various origins and pulmonary hypertension hospitalized for surgical correction of the defect.Methods. The study included 97 patients with acquired diseases of mitral valve and pulmonary hypertension. The assessment of demographic, clinical and anamnestic data, indicators of transthoracic echocardiography, quality of life before the correction of MV defect was carried out.Results. The studied cohort is mostly represented by female patients (n = 70; 72.2%). The most common cause of mitral valve disease was rheumatic heart disease (n = 40; 41.2%). Overweight, hypertension (n = 76; 78.4%) and atrial fibrillation (n = 62; 63.9%) were the most common comorbidities. The mean pressure level in the pulmonary artery according to echocardiography was 35.5 (29.0; 40.0) mm Hg, with no significant difference among the patients, regardless the mitral defect etiology. Less pronounced remodeling of the left ventricle was noted in patients with rheumatic heart disease, which is caused by a lesion of the MV by the type of stenosis in contrast to patients with connective tissue dysplasia syndrome or against the background of detachment of MV chords with MV damage in the form of its insufficiency. There were no significant differences in the systolic function of the right ventricle depending on the etiology of MV defect.Conclusion. The “portrait” of a patient with pulmonary hypertension associated with an acquired mitral valve defect before its correction is the predominance of female, overweight, with II or III functional class of chronic heart failure, more frequent rheumatic genesis of MV defect, the presence of concomitant pathology in the form of hypertension and persistent atrial fibrillation, and increased size of the left atrium and left ventricle, reduced systolic function of the right ventricle according to the data of Echocardiography. Цель. Изучить «портрет» больных приобретенным пороком митрального клапана (МК) различного генеза и легочной гипертензией, госпитализированных для хирургической коррекции патологии.Материалы и методы В исследование включены 97 пациентов с приобретенными пороками МК и легочной гипертензией. Оценены демографические, клинико-анамнестические данные, показатели трансторакальной эхокардиографии, качества жизни до коррекции порока МК. Результаты Исследуемая когорта представлена в большей степени больными женского пола (n = 70; 72,2%). Чаще всего причиной порока МК была ревматическая болезнь сердца (n = 40; 41,2%). Избыточная масса тела, гипертоническая болезнь (n = 76; 78,4%) и фибрилляция предсердий (n = 62; 63,9%) – наиболее частые сопутствующие патологии. Уровень среднего давления в легочной артерии по данным эхокардиографии составил 35,5 (29,0; 40,0) мм рт. ст., значимо не различаясь у пациентов независимо от этиологии митрального порока. Менее выраженное ремоделирование левого желудочка отмечено у лиц с ревматической болезнью сердца, что обусловлено поражением МК по типу стеноза, по сравнению с пациентами с синдромом соединительно-тканной дисплазии или на фоне отрыва хорд МК, имеющих поражение МК в виде его недостаточности. Значимых различий в систолической функции правого желудочка в зависимости от этиологии порока МК не выявлено.Заключение. «Портрет» пациента с легочной гипертензией, ассоциированной с приобретенным пороком МК до его коррекции, включает: преобладание женского пола, избыточную массу тела, II–III функциональный класс хронической сердечной недостаточности, более частый ревматический генез порока МК, наличие сопутствующей патологии в виде гипертонической болезни и персистирующей формы фибрилляции предсердий, увеличенные размеры левого предсердия и левого желудочка, сниженную систолическую функцию правого желудочка по данным эхокардиографии.