uprinmatusИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроениеProceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering2223-1536Юго-Западный государственный университетuprinmatus-13Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫINFORMATION AND INTELLIGENT SYSTEMSРазработка системы автоматического диагноза на наличие антител иммуноглобулинов IgG и IgM SARS-CoV-2Development of an Automatic Diagnosis System for the Presence of Immunoglobulin IgG and IgM SARS - CoV-2https://orcid.org/0000-0002-3097-7037КостаревС. Н.KostarevS. N.

Костарев Сергей Николаевич, д-р технических наук, проф. каф. безопасности жизнедеятельности, Пермский ГАТУ, проф. каф. ВМКСиС, Пермский военный институт ВНГ РФ

ул. Петропавловская 23, г. Пермь 614000

ул. Гремячий лог 1, г. Пермь 614030

Sergey N. Kostarev, Dr. of Sci. (Engineering), Professor of the Department of Life Safety, Perm State Agro-Technological University, Professor of the Department of Computers, Complexes, Systems and Networks, Perm Military Institute of National Guard Troops

23 Petropavlovsk str., Perm 614000

1 Gremyachy Log str., Perm 614030

iums@dom.raid.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6997-9067КочетоваО. В.KochetovaO. D.

Кочетова Оксана Валерьевна, д-р ветеринарных наук, проф. каф. внутренних незаразных болезней, хирургии и акушерства, Пермский ГАТУ, проф. каф. зоотехнии, Пермский институт ФСИН России

ул. Петропавловская 23, г. Пермь 614000

ул. Карпинского 125, г. Пермь 614012

Oksana V. Kochetova, Dr. of Sci. (Veterinary), Professor of the Department of Internal Noncommunicable Diseases, Surgery and Obstetrics, Perm State Agro-Technological University, Professor of the Department of Animal Science, Perm Institute of the FPS

23 Petropavlovsk str., Perm 614000

125 Karpinsky str., Perm 614012

kochetovaox@yandex.ruТатарниковаН. А.TatarnikovaN. F.

Татарникова Наталья Александровна,д-р ветеринарных наук, проф., зав. каф. инфекционных болезней

ул. Гремячий лог 1, г. Пермь 614030

Natalia F. Tatarnikova, Dr. of Sci. (Veterinary), Professor, Head of the Department of Infectious Diseases

23 Petropavlovsk str., Perm 614000

tatarnikova.n.a@yandex.ruСередаТ. Г.SeredaT. G.

Середа Татьяна Геннадьевна, д-р технических наук, проф. каф. безопасности жизнедеятельности 

ул. Петропавловская 23, г. Пермь 614000

Tatayna G. Sereda, Dr. of Sci. (Engineering), Professor of the Department of Life Safety

23 Petropavlovsk str., Perm 614000

iums@dom.raid.ruПермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д. Н. Прянишникова; Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской ФедерацииРоссияPerm State Agrarian and Technological University named after Academician D. N. Pryanishnikov; Perm Military Institute of the National Guard Troops of the Russian FederationRussian FederationПермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д. Н. Прянишникова; Пермский институт ФСИН РоссииРоссияPerm State Agrarian and Technological University named after Academician D. N. Pryanishnikov; Perm Institute of the Federal Penitentiary Service of RussiaRussian FederationПермский военный институт войск национальной гвардии Российской ФедерацииРоссияPerm State Agrarian and Technological University named after Academician D. N. PryanishnikovRussian FederationПермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д. Н. ПрянишниковаРоссияPerm State Agrarian and Technological University named after Academician D. N. PryanishnikovRussian Federation202102052023112824Copyright © Костарев С.Н., Кочетова О.В., Татарникова Н.А., Середа Т.Г., 20232023Костарев С.Н., Кочетова О.В., Татарникова Н.А., Середа Т.Г.Kostarev S.N., Kochetova O.D., Tatarnikova N.F., Sereda T.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/13Цель исследования

Цель исследования. SARS-CoV-2 - новое эпидемическое инфекционное заболевание, характеризующееся сравнительно высокой контагиозностью и вероятностью развития жизнеугрожающих осложнений в виде острого респираторного дистресс-синдрома, острой дыхательной и полиорганной недостаточности. Возбудитель заболевания - оболочечный зоонозный РНК-вирус SARS-CoV-2 относится к семейству Coronaviridae, роду Betacoronavirus, как и известные ранее вирусы SARS-CoV и MERS-CoV, которые вызывают тяжелый острый респираторный синдром и ближневосточный респираторный синдром соответственно. Эпидемия SARS-CoV-2 быстро распространилась по всему миру и в настоящее время охватывает 213 стран, в которых зарегистрировано более 1,6 млн заболевших, из которых на данный момент умерло более 90 000 человек. В весенне-летний период 2021 г. прогнозируется третья волна вспышки заболевания коронавирусом SARS-CoV-2. Доступность анализа на наличие антител иммуноглобулинов SARS-CoV-2 позволит своевременно обнаружить заболевание и принять меры к лечению и самоизоляции. Целью исследования является разработка модуля автоматического диагноза для прибора экспресс­анализатора на наличие антител иммуноглобулинов IgG и IgM SARS-CoV-2.

Методы исследования основываются на общей теории систем, теории конечных автоматов, минимизации логических выражений. В качестве программно-аппаратного комплекса используется программируемый контроллер Отrоп. Разработан интерфейс оператора-аналитика с использованием СХ- Designer. Программирование микроконтроллера выполнено на языке Ladder Diagram (МЭК 61131-3). Наличие контрольного сигнала позволит повысить достоверность анализа. Экспресс-анализатор построен на методике Immunosorbent Assay (ELISA), использующей жидкофазную иммуноферментную среду.

Результаты

Результаты. Разработано программное обеспечение для проектирования прибора жидкофазного анализатора на наличие антител иммуноглобулинов IgM, IgG SARS-CoV-2 на базе микроконтроллера СР1Н Отrоп. Проведено имитационное моделирование, которое показало правильную логику работы проектируемого прибора и удовлетворительные результаты по постановке предварительного диагноза заболевания.

Заключение

Заключение. Производство портативных экспресс-анализаторов на наличие антител иммуноглобулинов IgG и IgM SARS-CoV-2 позволит оперативно определять стадию заболевания и будет способствовать своевременной изоляции и лечению.

Purpose of research

Purpose of research. SARS-CoV-2 is a new epidemic infectious disease characterized by a relatively high contagiousness and the likelihood of life-threatening complications in the form of acute respiratory distress syndrome, acute respiratory and multiple organ failure. The causative agent of the disease, the enveloped zoonotic RNA virus SARS-CoV-2, belongs to the Coronaviridae family, the genus Betacoronavirus, as well as the previously known SARS- CoV and MERS-CoV viruses, which cause severe acute respiratory syndrome and Middle East respiratory syndrome, respectively. The COVID-19 epidemic has quickly spread around the world and currently covers 213 countries, in which more than 1.6 million cases have been registered, of which more than 90,000 people have died so far. In the spring- summer period of 2021, the third wave of the SARS-CoV-2 coronavirus outbreak is predicted. The availability of an analysis for the presence of antibodies of immunoglobulin’s SARS-CoV-2 will allow timely detection of the disease and take measures for treatment and self-isolation. The aim of the study is to develop an automatic diagnosis module for the rapid analyzer device for the presence of IgG and IgM SARS-CoV-2 immunoglobulin antibodies.

Methods of research are based on general systems theory, theory of finite automata, and minimization of logical expressions. An Omron programmable controller is used as a hardware and software complex. An operator-analyst interface has been developed using CX-Designer. The microcontroller is programmed in Ladder Diagram language (IEC 61131-3). The presence of a control signal will increase the reliability of the analysis. The express analyzer is based on the immunosorbent assay (ELISA) method using a liquid-phase enzyme immunoassay.

Results

Results. Software has been developed for designing a liquid-phase analyzer device for the presence of immunoglobulin antibodies IgM, IgG SARS - CoV-2 on the basis of the CP1H Omron microcontroller. Simulation modeling was carried out, which showed the correct logic of the designed device and satisfactory results in the formulation of a preliminary diagnosis of the disease.

Conclusion

Conclusion. The production of portable express analyzers for the presence of immunoglobulin IgG and IgM antibodies SARS-CoV-2 will allow to quickly determine the stage of the disease and will contribute to timely isolation and treatment.

SARS-CoV-2ОmrоnLadder DiagramSARS-CoV-2OmronLadder DiagramReferencesCovid-19. Этиология, патогенез, диагностика и лечение / В. П. Баклаушев, С. В. Кулемзин, А. А. Горчаков, Г. М. Юсубалиева, В. Н. Лесняк // Клиническая практика. 2020. Т. 11, № 1. С. 7-19.Baklaushev V. P., Kulemzin S. V., Gorchakov A. A., Jusubalieva G. M., Lesnjak V. N. Covid-19. Jetiologija, patogenez, diagnostika i lechenie [Etiology, pathogenesis, diagnosis and treatment], Klinicheskajapraktika = Clinical Practice, 2020, vol. 11, no.l, pp. 7-19.Comparative therapeutic efficacy of remdesivir and combination lopinavir, ritonavir, and interferon beta against MERS-CoV / T. P. Sheahan [et al.] // Nature Communications. 2020. Vol. 11,N 1. P. 222.Sheahan T. P., eds. Comparative therapeutic efficacy of remdesivir and combination lopinavir, ritonavir, and interferon beta against MERS-CoV. Nature Communications, 2020, vol. 11, no.l, p. 222.Comparative genetic analysis of the novel coronavirus (2019-nCoV/SARS-CoV-2) receptor ACE2 in different populations / Y. Cao [et al.] // Cell Discovery. 2020. Vol. 6, N 1. P. 11.Cao Y., eds. Comparative genetic analysis of the novel coronavirus (2019- nCoV/SARS-CoV-2) receptor ACE2 in different populations. Cell Discovery, 2020, vol. 6, no. 1, p. 11.Смирнов И. В. COVID-19 (SARS-COV-2) - от диагностики до вакцины // Лаборатория и производство. 2020. № 3-4 (13). С. 108-117.Smirnov I. V. COVID-19 (SARS-COV-2) - ot diagnostiki do vakciny [SARS-COV-2 From diagnosis to vaccine], Laboratoriya iproizvodstvo = Laboratory and Production, 2020, no. 3-4(13), pp. 108-117.Масягутова Л. М. Опыт и первые результаты определения антител к SARS-COV- 2 // Медицина труда и экология человека. 2020. № 4 (24). С. 153-160.Masjagutova L. M. Opyt i pervye rezul'taty opredelenija antitel k SARS-COV-2 [Experience and first results of determining antibodies to SARS-COV-2], Medicina truda i jekologija cheloveka = Labor Medicine and Human Ecology, 2020, no. 4 (24), pp. 153-160.Project design of a device for express analysis for Coronaviridae antigens based on Omron industrial programmable logic controller / S. N Kostarev., О. V. Kochetova, N. A. Tatarnikova, T. G Sereda. // International Journal of Biology and Biomedical Engineering. 2020. Vol. 14. P. 21-32.Kostarev S. N., Kochetova О. V., TatarnikovaN. A., Sereda T. G. Project design of a device for express analysis for Coronaviridae antigens based on Omron industrial programmable logic controller. International Journal of Biology and Biomedical Engineering, 2020, vol. 14, pp. 21-32.Разработка автоматизированной системы мониторинга наличия антигенов COV/TU336/F/2008 у служебных собак Росгвардии и ФСИН России / С. Н. Костарев, O.В. Кочетова, Т. Г. Середа, А. Р. Мельникова // Актуальные проблемы собаководства в правоохранительных структурах-2020: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции / Пермский институт ФСИН России. Пермь, 2020. С. 48-54.Kostarev S. N., Kochetova О. V., Sereda T. G., Mel'nikova A. R. [Development of an automated system for monitoring the presence of COV / TU336 / F / 2008 antigens in service dogs of the Russian Guard and the Federal Penitentiary Service of Russia], Aktual'nye problemy sobakovodstva v pravoohranitel'nyh strukturah - 2020». Sbornik materialov Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Actual problems of dog breeding in law enforcement structures-2020. Collection of materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference], Perm', Perm Institute of the Federal Penitentiary Service of Russia Publ., 2020, pp. 48-54. (In Russ.)Медведева М. Приручить коронавирус // Аргументы и факты. Прикамье. 2021. № 8 (1329). С. 15.Medvedeva M. Priruchif koronavirus [Tame the coronavirus], Argumenty i fakty. Prikam'e = Arguments and Facts. Prikamye, 2021, no. 8(1329), p. 15.Домашний экспресс-тест на «корону»! // Техника-молодёжи. 2021. № 5 (1068). С. 110.Domashnij jekspress-test na «koronu»! [Home express test for the "crown"!], Tehnika- molodjozhi = Technique of Youth, 2021, no. 5 (1068), p. 110.Акиньшина Ю. А., Марданлы С. С., Киселева В. А. Иммуно-хроматографическая тест-система для дифференцированного выявления антител классов М и G к коронавирусу SARS-COV-2 //Известия ГГТУ. Медицина, фармация. 2020. № 3. С. 1216.Akinshina Yu. A., Mardanly S. S., Kiseleva V. A. Immuno-hromatograficheskaya test-sistema dlya differencirovannogo vyyavleniya antitel klassov M i G k koronavirusu SARS-COV-2 [Immunochromatographic test system for the differentiated detection of antibodies of classes M and G to the SARS-COV-2 coronavirus], Izvestiya GGTU. Medicina, farmaciya = Proceedings of the GSTU. Medicine, Pharmacy, 2020, no. 3, pp. 12-16.Design study of a brain-dedicated time-of-flight PET system with a hemispherical detector arrangement / S. Takyu [et al.] // Physics in medicine and biology. 2020. Vol. 65, N3. P. 035012.Takyu S., eds. Design study of a brain-dedicated time-of-flight PET system with a hemispherical detector arrangement. Physics in Medicine and Biology, 2020, vol. 65, no. 3, p. 035012.Detection of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) by real-time RT-PCR / V. M. Corman [et al.] // European communicable disease bulletin. 2020. Vol. 25, N 3. P. 2000045.Corman V. M., eds. Detection of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) by real-time RT-PCR. European Communicable Disease Bulletin, 2020, vol. 25, no. 3, p. 2000045.Большая медицинская энциклопедия / гл. ред. акад. Б. В. Петровский; Акад. мед. наук СССР. 3-е изд. М.: Советская энциклопедия, 1974-1989.Bol'shaya medicinskaya enciklopediya [Big Medical Encyclopedia]; ed. by В. V. Petrovskij. 3th ed. Moscow, Sovetsskay Enciklopediya Publ., 1974-1989.Sereda Т. G., Tatarnikova N. A. Development of an automated system histology security of food production // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019. Vol. 315(3). P. 032003.Sereda T. G., Tatarnikova N. A. Development of an automated system histology security of food production. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 315(3), p. 032003.Creation of the automatic machine of the cell pathology recognizer / S. N. Kostarev, T. G. Sereda, N. A. Tatarnikova, О. V. Kochetova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020. Vol. 421. P. 042003.Kostarev S. N., Sereda T. G., Tatarnikova N. A., Kochetova О. V. Creation of the automatic machine of the cell pathology recognizer. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020, vol. 421, p. 042003.Comparative therapeutic efficacy of remdesivir and combination lopinavir, ritonavir, and interferon beta against MERS-CoV / T. P. Sheahan [et al.] // Nature Communications. 2020. Vol. 11,N 1. P. 222.Sheahan T.P., eds. Comparative therapeutic efficacy of remdesivir and combination lopinavir, ritonavir, and interferon beta against MERS-CoV. Nature Communications, 2020, vol. 11, no 1, p. 222.Comparative genetic analysis of the novel coronavirus (2019-nCoV/SARS-CoV-2) receptor ACE2 in different populations / Y. Cao [et al.] // Cell Discovery. 2020. Vol. 6, N 1. P. 11.Cao Y., eds. Comparative genetic analysis of the novel coronavirus (2019-nCoV/SARS-CoV-2) receptor ACE2 in different populations. Cell Discovery, 2020, vol. 6, no. 1, p. 11.HIV-1 did not contribute to the 2019-nCoV genome / C. Xiao [et al.] // Emerging microbes & infections. 2020. Vol. 9, N 1. P. 378-381.Xiao C., eds. HIV-1 did not contribute to the 2019-nCoV genome. Emerging Microbes &Amp; Infections, 2020, vol. 9, no. 1, pp. 378-381.A mathematical model for simulating the phasebased transmissibility of a novel coronavirus / T.-M. Chen [et al.] // Infectious Diseases of Poverty. 2020. Vol. 9(1). P. 24.Chen T.-M., eds. A mathematical model for simulating the phasebased trans-missibility of a novel coronavirus. Infectious Diseases of Poverty, 2020, vol. 9(1), p. 24.Genomic characterization of the 2019 novel human-pathogenic coronavirus isolated from a patient with atypical pneumonia after visiting Wuhan / J. F.-W Chan [et al.] // Emerging microbes & infections. 2020. Vol. 9 (1) P. 221-236. 22 Информационные и интеллектуальные системы / Information and Intelligent SystemsChan J. F.-W., eds. Genomic characterization of the 2019 novel human-pathogenic coronavirus isolated from a patient with atypical pneumonia after visiting Wuhan. Emerging Microbes &Amp; Infections, 2020, vol. 9 (1), pp. 221-236.Higher glycemic variability within the first day of ICU admission is associated with increased 30-day mortality in ICU patients with sepsis / T.-M. Chen [et al.] // Annals of Intensive Care. 2020. Vol. 10, N 1. P. 17.Chao W.-C., eds. Higher glycemic variability within the first day of ICU admission is associated with increased 30-day mortality in ICU patients with sepsis. Annals of Intensive Care, 2020, vol. 10, no. 1, p. 17.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.