MX2012014269A - Metodo y dispositivo para detectar material biologico. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para detectar material biológico en una corriente de aire, en cuyo método - la corriente de aire (16) se alimenta con la ayuda de dispositivos de muestreo (12), - un rayo de luz (17) se emite hacia la corriente de aire (16), - se crea una señal de fluorescencia (24) que representa la fluorescencia de la partícula (14), - se crea una señal de dispersión (32) que representa la dispersión de la luz de la partícula (14), - la señal de fluorescencia (24) y la señal de dispersión (32) se convierten en valores discretos, y - se define un valor de alarma, - los valores discretos se registran acumulativamente como puntos de choque en un espacio de medición por lo menos bidimensional equipado con dimensiones seleccionadas, - por lo menos un área de índice (56, 58, 60) se preselecciona de dicho espacio de medición, - un índice acumulativo se calcula en una frecuencia de índice desde los puntos de choque acumulados en cada área de índice preseleccionada (56, 58, 60), - un valor de alarma, que muestra la presencia de un material biológico seleccionado, se define de dicho índices al utilizar un criterio preseleccionado.

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA DETECTAR MATERIAL BIOLÓGICO MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere a un método para detectar material biológico en una corriente de aire, la corriente de aire contiene partículas de material biológico y/o material biológicamente inerte, en cuyo método - la corriente de aire se alimenta con la ayuda de dispositivos de muestreo en una cámara y fuera de la cámara después del muestreo, - un rayo de luz es emitido hacia la corriente de aire por una fuente de luz, para excitar las partículas en la corriente de aire, para crear la fluorescencia, - la fluorescencia emitida por cada partícula golpeada por el rayo de luz es medida con la ayuda de un primer medio de medición y se crea una señal de fluorescencia que representa la fluorescencia de la partícula, - la luz dispersa de cada partícula golpeada por el rayo de luz se mide con la ayuda de un segundo medio de medición y se crea una señal de dispersión que representa la dispersión de la luz de la partícula, - la señal de fluorescencia y la señal de dispersión se convierten en valores discretos en la frecuencia de muestreo, y - se define un valor de alarma con base en los valores discretos. La invención también se refiere a un dispositivo correspondiente para detectar material biológico.

Los agentes de armas biológicas son armas peligrosas de destrucción masiva, que son una amenaza significativa debido, por ejemplo, a organizaciones terroristas. Los agentes de armas biológicas con frecuencia se dispersan como partículas en aerosol, que son difíciles de detectar. En esta conexión, el aerosol se refiere al aire y partículas que flotan en el mismo.

La técnica anterior en la detección de agentes de armas se representa por la publicación de patente de E.U.A. 5,701 ,012, que describe un aparato que explota la fluorescencia de un material biológico. En el aparato, cada partícula dirigida al dispositivo se excita por un rayo láser, después de lo cual se usa un dispositivo de medición para medir la fluorescencia emitida por la partícula. Los valores de fluorescencia de cada partícula se comparan uno a la vez con una base de datos interna, que se basa en qué decisión se toma para la viabilidad biológica de la partícula.

En el dispositivo de acuerdo con la patente de E.U.A. , la decisión se toma de una partícula individual. Sin embargo, es demandante y costoso implementar un circuito electrónico que determine los valores de diferenciación y pico del pulso de fluorescencia de una partícula individual. Además, en una situación, en donde el aire tiene un alto contenido de partículas, el llamado fenómeno de coincidencia llega a ser probable, causando asi problemas en la medición de las partículas individuales. La señal entonces se forma a partir de varías partículas que están simultáneamente en la cámara de detección. En tal situación, un estimado de la viabilidad biológica de una partícula individual que se basa en la fluorescencia puede ser erróneo, porque la fluorescencia puede no originarse necesariamente a partir de una sola partícula.

También se conoce de la técnica anterior es E.U.A. 7,738,099 B2, que describe un aparato, por medio del cual se puede medir la luz dispersa por la partícula, como también la fluorescencia emitida por la partícula. En este caso también, se mide el valor pico de cada pulso, con base en lo cual se detecta una posible partícula biológica. Para trabajar, dicha solución demanda una sección electrónica compleja para medir y analizar las alturas pico de los pulsos, que opera débilmente en grandes contenidos de partículas.

La presente invención pretende crear un método para detectar material biológico, que sea más simple que la técnica anterior. También pretende crear un dispositivo para detectar material biológico, que sea más simple y mejor que la técnica anterior. El método y dispositivo de acuerdo con la invención son particularmente adecuados para detectar/identificar partículas biológicas.

Los rasgos característicos del método de acuerdo con la invención se establecen en la reivindicación 1 anexa y los rasgos característicos del dispositivo en la reivindicación 12 anexa.

Esta intención se puede lograr por medio de un método para detectar un material biológico en una corriente de aire, que contiene partículas de material biológico y/o material biológicamente inerte, en cuyo método los valores discretos se registran acumulativamente como puntos de choque en por lo menos un espacio de medición bidimensional equipado con dimensiones seleccionadas, por lo menos un área de índice de la cual se preselecciona el espacio de medición. Un índice acumulativo se calcula para cada área de índice preseleccionada a intervalos regulares desde los puntos de choque acumulados y un valor de alarma que muestra la presencia de un material biológico seleccionado se define de los índice utilizando los criterios preseleccionados. En el método, la corriente de aire se alimenta con la ayuda de medios de muestreo en la cámara y fuera de la cámara después del muestreo y un rayo de luz se emite hacia la corriente de aire por una fuente de luz, para excitar las partículas en la corriente de aire, para crear la fluorescencia, la fluorescencia emitida por cada partícula golpeada por el rayo de luz se mide con la ayuda de medios de medición y se crea una señal de fluorescencia que representa la fluorescencia de la partícula y correspondientemente la luz dispersa por cada partícula golpeada por el rayo de luz se mide con la ayuda de un segundo medio de medición y se crea una señal de dispersión que representa la dispersión de la luz por la partícula. La señal de fluorescencia y la señal de dispersión se convierten en valores discretos en la frecuencia de muestreo para clasificación y análisis, y con base en los valores discretos, se define un nivel de alarma.

El método se puede ¡mplementar sin definir un valor pico individual a partir de las señales de dispersión y fluorescencia, gracias a lo cual el método es extremadamente simple. Esto significa que el método tolerará el fenómeno de coincidencia considerablemente mejor que la técnica anterior e incluso corregirá errores de medición provocados por el mismo.

Existen preferiblemente al menos dos áreas de índices, más preferiblemente al menos tres de ellas. El uso de más áreas de índices reducirá la imprecisión y falsas alarmas del método y el dispositivo, especialmente en condiciones difíciles al aire libre, en donde los gases de chimenea y otras impurezas pueden perturbar la detección.

Los índices se comparan preferiblemente, para condiciones relativas entre cada índice y condiciones absolutas para por lo menos algunos de los índices, en cuya base, cuando se cumplen las condiciones, se emite una alarma. La comparación de los índices es simple y rápida.

El espacio de medición es preferiblemente una memoria. De este modo, los valores discretos se registran en la memoria directamente como puntos de choque, sin etapas intermedias innecesarias.

El rayo de luz se emite preferiblemente utilizando una fuente de luz perpendicularmente a la corriente de aire. La fuente de luz se puede disponer para utilizar una frecuencia constante.

El dispositivo se dispone preferiblemente para muestrear la señal de fluorescencia y la señal de dispersión continuamente/a una frecuencia de muestreo constante. Los métodos de procesamiento para señales continuas de fluorescencia y dispersión se pueden aplicar simplemente. Con muestreo continuo, el número de puntos de datos que corresponden a aproximadamente el contenido correcto de partículas se obtiene para las áreas específicas para biopartículas y partículas de fondo. La frecuencia de muestreo puede ser 100 kHz - 2 MHz, preferiblemente 300 - 800 kHz.

De acuerdo con una modalidad, en una memoria por lo menos bidimensional las dimensiones son la fluorescencia de las partículas y la luz dispersa por las partículas. Se obtienen estas dimensiones directamente de los valores discretos, sin operaciones computacionales.

De acuerdo con una segunda modalidad, en una memoria por lo menos bidimensional las dimensiones son la luz dispersa por las partículas y el producto de la fluorescencia de las partículas y la llegada de la luz dispersa por las partículas.

El intervalo del cálculo de los índices acumulativos puede ser 0.1 - 0 s, preferiblemente 0.8 - 1.5 s. La cantidad de datos que se acumulan en la memoria entonces permanecerán razonables y el cálculo se puede realizar rápidamente.

De acuerdo con una modalidad, las correlaciones de los valores discretos se utilizan para calcular los índices. De este modo, cuando se crea un resultado, los valores de señal utilizados se multiplican mutuamente, de tal forma que se elimine por lo menos un valor promedio a largo plazo (o componente DC así denominado) de por lo menos la segunda señal. Esta eliminación se puede realizar, por ejemplo, en una manera simple y, como tal, una manera conocida, realizando un filtrado de paso alto así denominado de la señal en cuestión, antes de multiplicar las dos señales.

De acuerdo con una segunda modalidad, el producto promedio de los valores discretos se utiliza para calcular los índices. Los resultados de dichos método de procesamiento se pueden disponer además fácilmente como mapas para los algoritmos actuales o se pueden integrar para formar parámetros fácilmente procesables, por ejemplo, coeficientes de correlación, el tiempo integral de la dispersión, o el tiempo integral de la fluorescencia.

Además, otros valores derivados también, calculados de las señales de dispersión y fluorescencia se pueden utilizar en el cálculo de los índices. Dichos valores derivados pueden ser los valores de correlación entre las señales, o las relaciones mutuas de las señales. Por ejemplo, al dividir el valor de la señal de fluorescencia entre el valor de la señal de dispersión, se obtendrá un número, que representa la cantidad de material biológico contenido en las partículas.

De acuerdo con una modalidad, los medios de análisis se disponen para formar mapas de clasificación con base en las señales, para detectar el material biológico. La interpretación de los mapas de clasificación es simple y rápida.

Cuando el valor de alarma excede el criterio preseleccionado, los medios de alarma y despliegue emiten preferiblemente una alarma. La alarma se puede emitir en tres pasos, en las siguientes etapas: el material biológico se detecta en la corriente de aire, cuando el nivel de alarma excede el criterio preseleccionado, los medios de alarma y despliegue emiten una alarma y toman muestras de la corriente de aire para análisis más detallado.

La intención del dispositivo de acuerdo con la invención se puede lograr utilizando el dispositivo para detectar material biológico en el aire, que contiene material biológico como partículas y/o material biológicamente inerte, cuyo dispositivo incluye medios de clasificación y una memoria, de los cuales los medios de clasificación se disponen para registrar valores discretos acumulativamente como puntos de choque en la memoria equipada con por lo menos dimensiones seleccionadas bidimensionales. En el dispositivo, los medios de análisis se disponen para calcular un índice en una frecuencia de índice desde los puntos de choque acumulados para cada área de índice preseleccionada, desde los cuales los índices de los medios de análisis se disponen para definir, utilizando un criterio preseleccionado, un valor de alarma que representa la presencia de un material biológico seleccionado. En otras palabras, las ubicaciones individuales de memoria actúan como contadores de punto de choque, es decir, los contenidos de una sola ubicación de memoria se incrementan en la frecuencia de muestreo. La ubicación de la memoria en cuestión corresponde a dichos valores de señal discretos.

El dispositivo además incluye medios de muestreo para alimentar una corriente de aire en una cámara y dirigir la corriente de aire fuera de la cámara después del muestro, una fuente de luz enfocada en la corriente de aire y dispuesta para emitir un rayo con el fin de excitar las partículas en la corriente de aire para crear fluorescencia, y medios de medición para medir la fluorescencia emitida por las partículas golpeadas por el rayo y para crear una señal de fluorescencia que representa la fluorescencia. El dispositivo también incluye segundos medios de medición para medir la luz dispersa por las partículas golpeadas por el rayo de luz y para crear una señal de dispersión que representa la luz dispersa, por lo menos un convertidor AD para muestrear la señal de fluorescencia y la señal de dispersión como valores discretos en la frecuencia de muestreo y medios de análisis para detectar el material biológico.

Las dimensiones seleccionadas del dispositivo de conformidad con la invención pueden ser 10 x 10 - 30 x 30, preferiblemente 15 x 15 - 20 x 20. El dispositivo preferiblemente también incluye además medios de alarma y despliegue para emitir una alarma con base en dicho valor de alarma.

Los medios de alarma y despliegue se disponen preferiblemente para comparar el valor de alarma con condiciones, cuyas condiciones comprenden la examinación de índices determinados de la duración de por lo menos dos periodos de tiempo diferentes.

De acuerdo con una modalidad, el dispositivo incluye medios de software, que comprenden por lo menos dos temporizadores de software para determinar los dos periodos de tiempo de diferentes longitudes para la examinación de los índices.

La implementación del dispositivo de acuerdo con la invención es económica, ya que el muestreo y registro que utilizan el dispositivo se pueden realizar sin sistemas electrónicos y/o lógica difíciles, para determinar los valores pico de señales individuales o alguna otra variable que los representa, como es el caso en los dispositivos de la técnica anterior. Por medio del dispositivo de acuerdo con la invención, las mediciones se pueden realizar en escalas de flujo considerablemente grandes, sin que la magnitud del flujo de la muestra afecte el resultado de la medición. En otras palabras, la medición precisa y que requiere mucho tiempo y la regulación del flujo de la muestra del dispositivo es innecesaria.

La frecuencia de muestreo de las señales puede ser variada e incluso aleatoria sin afectar el resultado final, aunque tanto la fluorescencia como la dispersión de señales se midan esencialmente de manera simultánea. Por lo tanto el dispositivo es fácil de implementar tanto a niveles de hardware como de software.

El dispositivo de acuerdo con la invención, es fuerte y sensible en la detección de partículas de bio-aerosol y con la ayuda del cual las partículas de bio-aerosol perjudiciales se pueden monitorear y advertir de manera constante. Su construcción fuerte permite que el dispositivo sea utilizado en una amplia gama de condiciones.

En lo siguiente, la invención se describe con mayor detalle con referencia a los dibujos anexos que representan alguna modalidad de la invención, en donde La figura 1 muestra el principio del procesamiento en los dispositivos de la técnica anterior, con la ayuda de señales de fluorescencia y dispersión medidas de las partículas, La figura 2 muestra un diagrama de bloques simple y una imagen esquemática del dispositivo de acuerdo con la invención; La figura 3 muestra un perfil de rayo típico del rayo láser del dispositivo de acuerdo con la invención, La figura 4 muestra los valores pico y puntos de muestreo continuos medidos por el dispositivo de acuerdo con la invención en un conjunto logarítmico de coordenadas de fluorescencia-dispersión, La figura 5 muestra un mapa de clasificación del dispositivo de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra una señal de fluorescencia 24 y una señal de dispersión 32 medidas utilizando un dispositivo de acuerdo con la técnica anterior. En ambas curvas, los picos individuales, como el pico 90, representan partículas individuales detectadas por el dispositivo. Los altos picos de dispersión han sido causados por partículas grandes, mientras que los picos más pequeños son causados por partículas pequeñas. El pico alto en la gráfica de fluorescencia representa una partícula, que ha contenido una sustancia con mucha fluorescencia. SC en la curva de las curvas que se muestran en la figura 1 se refiere a la dispersión, FL a la fluorescencia, y THD al nivel de activación 66, es decir, el nivel por arriba del cual se miden las señales. En los dispositivos de la técnica anterior, la detección de las partículas biológicas se basa en la medición de los valores pico de las señales de fluorescencia y dispersión. Se asume un valor pico individual para representar una partícula biológica individual. Un valor pico se mide solamente si excede el nivel de activación 66.

Sin embargo, un problema en este procedimiento es que, si el contenido de la partícula del aire es grande, incrementa la probabilidad de incrementos del fenómeno de coincidencia así denominados, causando problemas en la medición de las partículas individuales. Por ejemplo, en el pico de señal 88, la señal se forma por varias partículas que están simultáneamente en la cámara de detección. Sin embargo, la medición del valor pico de la señal procesa esto como sólo un valor pico individual. Si dicho pico es una señal de fluorescencia, el estimado de la viabilidad biológica de una partícula individual puede ser errónea, ya que la fluorescencia no se origina necesariamente de una sola partícula. En otras palabras, en una situación de coincidencia, puede haber varias partículas simultáneamente en la cámara de detección, de manera que los impulsos individuales de las partículas ya no puedan diferenciarse más claramente entre sí, pero a menudo se traslapen en parte.

La figura 2 muestra una modalidad del dispositivo de acuerdo con la invención. El dispositivo 10 incluye una unidad de medición 11 que contiene medios de muestreo 15, una fuente de luz, medios de división 28, primeros medios de medición 23 y segundos medios de medición 30. La fuente de luz no se muestra, porque la fuente de luz 17 corre perpendicularmente al plano de la figura 2, desde la vista al plano o viceversa. Únicamente se marca el rayo de luz 17. De acuerdo con la figura, el medio de muestreo 12 puede incluir un concentrador 40, una conexión de flujo de succión 42 y una conexión de aire protector 44, con la ayuda del cual la muestra de aire se procesa para medición. La corriente de aire es primero llevada a un concentrador tipo impactador virtual 40. En el concentrador 40 está una conexión de flujo de succión 42, que reduce la corriente de aire 16 a una décima parte de la original. Al mismo tiempo, el flujo de succión que gira con fuerza incrementa la concentración de las partículas más grandes en la corriente de aire 16.

La muestra concentrada se dirige a una cámara óptica resistente a la luz, es decir, la cámara 18, en donde se miden la dispersión y la fluorescencia. La corriente de aire 16 a la cámara óptica 18 proviene del extremo de la boquilla superior angosta 48 y se rodea por aire protector limpio que proviene de una conexión de aire protector 44, de manera que la cámara permanecerá limpia. La corriente de las partículas 14 se desplaza libremente a través de la cámara óptica y termina en la boquilla inferior 50, de la cual sale. La medición óptica de las partículas 14 se hace entre la boquilla superior 48 y la boquilla inferior 50. En la cámara óptica, la corriente de las partículas 14 golpea el rayo de luz 17, cuando surgen la luz de dispersión y posiblemente la luz de fluorescencia inducidas por el rayo de luz. El rayo de luz es preferiblemente un tipo láser de diodo, cuya longitud de onda es 405 nm. De ahora en adelante, el nombre fuente de rayo láser también se puede utilizar para la fuente de luz. La fuente de rayo láser se puede disponer para utilizar una frecuencia constante. El rayo láser puede ser un rayo láser UV, cuyo poder puede ser, por ejemplo, 200 mW.

Para que la intensidad de la luz que proviene de las partículas 14 sea suficiente, se recolecta en un ángulo sólido relativamente grande con la ayuda de un espejo elipsoidal 46 al tubo fotomultiplicador (PMT), es decir, al primer medio de medición 23 y al segundo medio de medición 30, como se puede observar en la figura 2. El ángulo de recolección del espejo elipsoidal 46 puede ser, por ejemplo, 1/4 del ángulo sólido y la ampliación óptica 9. Existen preferiblemente medios de división 28 antes del tubo fotomultiplicador, que incluyen un espejo dicróico 52, que refleja la luz de dispersión al segundo tubo fotomultiplicador (PMT SC), es decir al segundo medio de medición 30. La luz reflejada puede tener una longitud de onda de <440 nm. La luz más larga de longitud de onda, que puede tener una longitud de onda de >440 nm, atraviesa el espejo dicróico 52 y continúa desplazándose hacia el tubo fotomultiplicador (PMT FL) midiendo la fluorescencia, es decir el primer medio de medición 23. El primer medio de medición 23 se puede utilizar para medir la fluorescencia, por ejemplo, de la banda de longitud de onda 442 - 600 nm y los segundos dispositivos de medición 30 se pueden utilizar para medir la dispersión desde la longitud de onda 405 nm. En los primeros dispositivos de medición 23, puede haber, además, un filtro de paso alto 54 que pertenece a los medios de división 28, que pasa a través de solamente la luz de fluorescencia de acuerdo con la longitud de onda >442 nm. De este modo, las luces de dispersión y fluorescencia se pueden separar una de la otra.

El procesamiento del rayo láser juega una parte importante para optimizar el rendimiento del dispositivo. El rayo láser se forma en una configuración y tamaño adecuados, antes de introducirlo a la cámara. En primer lugar, el rayo láser se colima para volverse paralelo por medio de una lente del colimador así denominada. Entonces el rayo se enfoca por una lente cilindrica en la corriente de partícula, cuando se obtiene un perfil del rayo muy plano y ancho. Después de las lentes cilindricas todavía existen dos limitadores de espacio, que evitan que la radiación no utilizada entre a la cámara. Los medios requeridos para formar y recolectar el rayo láser no se muestran en la figura, pero pueden ser medios ampliamente utilizados en la tecnología. La figura 3 muestra un perfil de rayo típico 62 en la corriente de partículas, cuyas dimensiones en esta modalidad son de aproximadamente 2000 x 100 pm. El número de partículas que golpean el rayo y la intensidad del rayo láser se optimizan en la forma del rayo.

Además con relación a la figura 2, además de la unidad de medición 11 el dispositivo 10 incluye por lo menos un amplificador de señal 70, por lo menos un convertidor A/D 68, medios de clasificación 36, medios de análisis 92 y medios de alarma y despliegue 74. En la modalidad que se muestra en la figura 2, existen amplificadores de señal separada 70 y convertidores A/D 68 tanto para la señal de fluorescencia 24 como para la señal de dispersión 32.

Los medios de clasificación 36 de la modalidad mostrada en la figura 2 incluyen convertidores A/D 68 y una memoria 22. El dispositivo 10 se dispone preferiblemente para muestrear las señales de manera continua. Esto significa que las señales de fluorescencia y dispersión se miden continuamente sin examinarlas de forma individual. En los tubos fotomultiplicadores existen voltajes del amplificador ajustables (Ganancia), por medio de los cuales se pueden amplificar las señales de salida. Además, después de los dispositivos de medición 23 y 30 puede haber amplificadores de señal 70 de acuerdo con la figura 2.

En la modalidad de la figura 2, una señal continua de fluorescencia 24 y una señal de dispersión 32 que proviene de los dispositivos de medición 23 y 30 se muestrean en la frecuencia de muestreo como valores discretos. La frecuencia de muestreo puede ser 100 kHz - 2 MHz, preferiblemente 300 - 800 kHz. De acuerdo con una modalidad preferida, los valores discretos medidos simultáneamente reciben valores de coordenadas con base en la magnitud del voltaje medido, a partir del cual se registra un punto de choque individual en un espacio de medición equipado con dimensiones preseleccionadas. En esta modalidad, el término espacio de medición se refiere a ubicaciones de memoria individual 76 en la memoria 22. Una dimensión del espacio de medición, es decir un eje de coordenada de la memoria, puede ser fluorescencia y el otro dispersión. Todas las señales medidas utilizando los dispositivos de medición 23 y 30 se convierten en valores discretos con la ayuda de un convertidor A D 68 y se almacenan en la memoria 22. En el método, la detección de un material biológico se realiza digitalmente.

La figura 4 muestra los valores discretos muestreados de las señales de dispersión y fluorescencia continuas medidas en la figura 1 a la frecuencia de muestreo, en una gráfica logarítmica. En la gráfica, un punto de choque individual 86 muestra el valor discreto de una señal de dispersión y fluorescencia en un momento específico. La figura también muestra los valores pico medidos 84. De dicha presentación, puede observarse cómo se forma el nivel base 82 de las partículas de fondo. En la práctica, la gráfica de la figura 4 muestra la misma materia que la gráfica de la figura 5, pero en la figura 5 los puntos de choque se relacionan entre sí en la figura y el espacio de los ejes es diferente.

Los medios de análisis 92 incluyen un marco de examinación 72, que consiste en por lo menos dos áreas de índice delimitadas con base en las condiciones empíricamente predefinidas. En este caso, existen tres áreas de índice 56, 58 y 60. Las áreas de índice son definidas de acuerdo con las propiedades de las partículas biológicas que se buscan después. A intervalos regulares, por ejemplo, a intervalos de un segundo, el marco de examinación 72 se utiliza para examinar la memoria 22, cuando un índice que representa cada área de índice 56, 58 y 60 se calcula para las áreas de índice 56, 58 y 60 con la ayuda de los puntos de choque acumulados en la memoria 22. Los índices se pueden calcular, por ejemplo, por la suma aritmética de los puntos de choque registrados en las ubicaciones de memoria. Un intervalo regular también se puede mencionar como una frecuencia de índice, que puede ser 0.1 - 10 s, preferiblemente 0.8 - 1.5 s. El marco de examinación 72 se establece en la parte superior de la memoria 22, cuando un marco de examinación 72 con un área de superficie similar y las dimensiones completas contengan todas las ubicaciones de memoria de la memoria 22 dentro de sus áreas de índice 56, 58, y 60. Además, el marco de examinación incluye un lugar 77 que representa el nivel base, que está afuera de las áreas de índice 56, 58 y 60 y que no se utilizan en el cálculo de los índices.

Los índices que representan cada área de índice 56, 58, y 60 se comparan preferiblemente con las condiciones relativas de cada índice y con los valores absolutos de por lo menos algunos de los índices. En la práctica, esto significa que cada índice se puede comparar con un valor límite de índice específico y relativamente con los valores de los otros índices. Además, cada índice puede ser monitoreado desde los índices anteriores de la misma área de índice y se puede monitorear el desarrollo dependiente del tiempo del índice.

De acuerdo con una modalidad, los medios de análisis 92 se disponen para formar mapas de clasificación 37 de acuerdo con la figura 5 con base en las señales, para detectar el material biológico. Los datos del contenido de partículas medidos por los dispositivos de medición se almacenan en la memoria y un marco de examinación se coloca en la parte superior de la memoria, cuando se obtenga una mapa de clasificación 37. El área o áreas de índice del marco de examinación forman por lo menos un área de índice en el mapa de clasificación, en este caso por lo menos tres áreas de índice 56, 58, y 60. El uso de por lo menos dos y preferiblemente tres áreas de índice puede reducir la imprecisión del método y el dispositivo y evitar alarmas erróneas, como en el método más comparación de las áreas de índice puede crearse y de este modo condiciones para una alarma. Esto puede ser especialmente importante en condiciones de medición difíciles, en donde una muestra de aire puede contener, por ejemplo, gases de chimenea, arena, y otras impurezas.

Los puntos de choque para la primera área de índice 56 de menos de 1 pm vendrán particularmente de una muestra de aire que contiene partículas pequeñas <1 pm, para la segunda área de índice no fluorescente 58 particularmente de una muestra de aire que no contiene fluorescencia, es decir partículas biológicamente inertes >1 pm, y para la tercera área de índice de alarma 60 de una muestra de aire que contiene partículas biológicas. El nivel base que se acumula en la ubicación de choque 78 se forma principalmente del ruido de los tubos fotomultiplicadores y partículas de fondo muy pequeñas (<200 nm). Las partículas más grandes que esto se distinguen del ruido de fondo y se ubican en cualquiera de las áreas de índice 56, 58, o 60.

En el mapa de clasificación 37 de la figura 5, los puntos de choque que llegan a las ubicaciones de memoria especificas 76 de la memoria 22 se muestran relativamente a una escala de cinco pasos. Con la ayuda de la escala, los lugares de memoria, en donde sólo hay unos pocos puntos de choque, se pueden eliminar, para que los lugares de memoria que contengan la mayoría de los puntos de choque se observen más claramente. Las dimensiones preseleccionadas del espacio de medición pueden ser 10 x 10, - 30 x 30, preferiblemente 15 x 15 - 20 x 20). Cuando se usa la memoria 22, las dimensiones correspondientes se refieren al número de ubicaciones de memoria 76 en la memoria 22.

De acuerdo con una modalidad, los puntos de choque que llegan al área de índice se pueden registrar en una memoria separada de un periodo de tiempo definido de deslizamiento. La longitud del periodo de tiempo, puede ser por ejemplo, 10 minutos. Los índices calculados desde un área de índice también se pueden registrar en una memoria separada a partir de un periodo de tiempo definido de deslizamiento. Cuando solamente se registran índices, la cantidad de datos que se va a almacenar es considerablemente más pequeña que los puntos de choque que llegan a las áreas de índice durante el registro. Las variables mostradas en el mapa de clasificación pueden ser, por ejemplo, la fluorescencia de las partículas y la luz dispersa por las partículas, o la fluorescencia de las partículas y la llegada de luz dispersa por las partículas y la luz dispersa por las partículas.

En lugar de y/o además de los valores de señal directamente medidos, pueden utilizarse las variables derivadas de los mismos. Un ejemplo de dicha variable es la correlación (o como otro término la correlación transversal) entre dos señales. Esto significa simplemente el valor acumulado, que es obtenido al multiplicar mutuamente los valores de estas señales y acumular (o promedio) el resultado temporalmente. En ese caso, por lo menos la segunda señal de salida debe ser tal que no contenga los denominados componentes DC (en otras palabras, el valor promedio en tiempo de la señal es cero). La eliminación de este componente DC se puede lograr, por ejemplo, por filtrado de paso alto (que puede, en principio, realizarse análogamente antes de la conversión AD, o digitalmente después de la misma), o al remover el valor promedio de la señal de manera computacional (en otras formas). Si la correlación no se calcula en tiempo real, el componente DC de la señal se puede quitar después de forma computacional del resultado acumulado de correlación.

De acuerdo con una modalidad, los medios de análisis se pueden disponer para utilizar las correlaciones para clasificar las señales. Con la ayuda de éstos, se pueden formar varios mapas de clasificación, la información proporcionada puede explotarse. Eistos mapas de clasificación se forman a través de los puntos de choque del espacio de medición al utilizar operaciones matemáticas generales para procesar la señal. De acuerdo con otra modalidad, los medios de análisis se pueden disponer también para utilizar la llegada de las señales para clasificar las señales.

Por medio de los medios de análisis 92 que se muestran en la figura 2, el nivel definido de alarma se transfiere a los medios de alarma y despliegue 74, que comparan el nivel de alarma con criterios preseleccionados. Cada criterio se puede crear de una o varias condiciones. Cuando se cumplen los criterios, los medios de alarma y despliegue 74 inician el procedimiento de alarma. Un criterio preseleccionado también puede ser alterado automáticamente con base en la información de medición en tiempo real.

El procedimiento de alarma del dispositivo de acuerdo con la invención se puede formar en la manera del siguiente ejemplo de aplicación. Los medios de alarma y despliegue examinan los índices definidos de los datos registrados con base en por lo menos dos periodos de tiempo de diferente longitud. Más específicamente, los medios de alarma y despliegue examinan los índices de dos diferentes periodos de tiempo t de los datos registrados, por medio de un valor promedio de deslizamiento. El primer periodo de tiempo se puede medir en segundos, por ejemplo 10 segundos, de cuyo tiempo se examina el valor promedio de los índices, que se calcula de las áreas de índice 56, 58, y 60. Estos índices se marcan, por ejemplo, con los nombres (56a), (58a), y (60a), cada uno de los cuales se refiere al área de índice correspondiente ((56a) al área de índice 56 y así sucesivamente de manera respectiva). El segundo periodo de tiempo se puede medir en minutos, por ejemplo 10 minutos, de cuyo tiempo también se examina el valor promedio de los índices, que se calculan de las áreas de índice 56, 58, y 60. Estos índices se marcan, por ejemplo, con los nombres (56b), (58b), y 60(b).

Los medios de alarma y despliegue dan una advertencia, si se cumple una condición A predefinida. La condición A puede ser, por ejemplo, [(60a) > (60-b) + p], en donde p se refiere en este caso a una constante empíricamente definida. Cuando se cumple la condición A, se congela el valor del índice (60b). El dispositivo entonces se mueve a un estado de advertencia, en donde permanece hasta que a) la condición A de la advertencia ya no es válida, cuando el dispositivo regresa al estado de base, b) alguna excepción, es decir, la condición B o la condición C, se realiza, cuando los valores de los índices (56a) y (58 b) se congelan correspondientemente, la duración de la advertencia se restablece cuando los segundos de la ventana de tiempo q se vuelve a abrir y el estado de advertencia permanece, o c) la condición A está vigente durante un tiempo específico, cuando se alcanza una alarma.

Aquí, la condición B puede ser, por ejemplo, [(56a)>(56b)*s] y la condición C puede ser, por ejemplo, [(58a)>(58b)*v], en donde s y v son constantes empíricamente definidas.

Se emite una alarma, por ejemplo, cuando la advertencia ha estado vigente sin excepciones (condición B o condición C) durante un tiempo predefinido r. Este tiempo puede ser, por ejemplo, 10 segundos. La alarma puede estar vigente hasta que a) la condición A no es válida, cuando se hace un retorno al estado base o b) algunas de las excepciones, es decir, la condición B o condición C, se realiza, cuando se hace un retorno a la estado de base.

Las condiciones se pueden ajustar según se requiera y en este caso se pueden explotar los cambios de los medios de medición. Durante una alarma, el dispositivo puede tomar automáticamente muestra de la corriente de aire para análisis más exacto.

Los algoritmos de la alarma descritos anteriormente también se pueden utilizar independientemente, por ejemplo, en relación con la alarma del método de altura de pulso o un método correspondiente. El dispositivo de acuerdo con la invención puede incluir medios de software que comprenden por lo menos dos temporizadores de software para determinar dos periodos de tiempo de diferente longitud para la examinación de los índices.

De acuerdo con una modalidad, el dispositivo puede operar en tres pasos, es decir por medio del método de acuerdo con la invención, monitorea una corriente de aire con el fin de detectar material biológico, cuando el nivel de alarma excede un criterio preseleccionado emite una alarma, y después toma muestras de la corriente de aire para un análisis más detallado. Un banco de datos, que da datos precisos del agente biológico después de haber analizado la sustancia, también se puede agregar al dispositivo.

Los componentes que se desgastaron en uso se pueden reducir al mínimo en la fabricación del dispositivo, permitiéndoles operar sin supervisión y mantenimiento durante largos periodos de tiempo. El dispositivo puede ser utilizado como un dispositivo de vigilancia instalado permanentemente en edificios, o en una forma portátil, en cuyo caso el dispositivo se puede utilizar para examinar varias áreas diferentes. Las ubicaciones en donde el dispositivo puede aplicarse incluyen aeropuertos, puertos, estaciones de ferrocarril y del metro, y lugares similares, en donde hay muchas personas.

El dispositivo de acuerdo con la invención puede ser modular y otros analizadores o dispositivos pueden conectarse al mismo. El control del dispositivo de acuerdo con la invención se puede impiementar a través de una unidad de control externo o más preferiblemente con la ayuda de un software de interfaz.

Las frecuencias de muestreo utilizadas por el método de acuerdo con la invención son muy altas, de manera que se crea un número considerable de puntos de choque en la frecuencia de índice. Esto significa que el cálculo de un índice formado con base en los puntos de choque que se acumulan en las áreas de índice en la frecuencia de índice requerirán que los medios de análisis del dispositivo de acuerdo con la invención tengan una cantidad muy grande de poder de cómputo. Sin embargo, suficiente poder de cómputo se puede lograr utilizando componentes relativamente económicos.

Los datos básicos de una modalidad del dispositivo de acuerdo con la invención se detallan a continuación. Los datos básicos presentados dan los datos básicos de sólo un ejemplo de una modalidad y no son restringidos sólo a los mismos.

Método de detección: Fluorescencia UV y dispersión elástica Tamaño de partícula: 0,5 - 10 µ?? Sensibilidad: 100 ACPLA 10 Tiempo de respuesta: < 30 segundos Flujo de muestra de aire 2 l/min Fuente de luz: Láser CW a una longitud de onda de 405 nm Mezclado de aire secundario: Mezclado de aire secundario Componentes compatibles: Filtro de 3 partes de 37-mm desechable Filtros de 37-mm de cassettes, como PTFE y filtros de gelatina prescindibles Conexión de datos: RS-232, RS-485, Ethernet, USB Poder: Entrada 85 - 264 VAC, 9 - 36 VDC Consumo de poder: 50 W Escala de humedad atmosférica: 0 % - 90 % (sin sellar) Escala de temperatura: Operación: -35 - +50 °C Almacenamiento: -40 - +70°C Requisitos ambientales: Diseñado para conformarse a MIL-STD- 810 F y MIL-STD-4-61 F Tamaño: 57 cm x 44 cm x 19,5 cm (H x W x D)

Claims (14)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Método para detectar material biológico en una corriente de aire, cuya corriente de aire (16) contiene partículas (14) de material biológico y/o material biológicamente inerte, en cuyo método, - la corriente de aire (16) se alimenta con la ayuda de dispositivos de muestreo (12) en una cámara (18) y fuera de la cámara (18) después del muestreo, - un rayo de luz (17) se emite hacia la corriente de aire (16) por una fuente de luz, con el fin de excitar las partículas (14) en la corriente de aire (16), con el fin de crear fluorescencia, -la fluorescencia emitida por cada partícula (14) golpeada por el rayo de luz (17) se mide con la ayuda de los primeros medios de medición (23) y se crea una señal de fluorescencia (24) que representa la fluorescencia, - la luz dispersa de cada partícula (14) golpeada por el rayo de luz (17) se mide con la ayuda de los segundos medios de medición (3) y se crea una señal de dispersión (32) que representa la dispersión de la luz, - la señal de fluorescencia (24) y la señal de dispersión (32) se convierten en valores discretos en la frecuencia de muestreo, y - los valores discretos se registran acumulativamente como puntos de choque en por lo menos un espacio de medición bidimensional equipado con dimensiones seleccionadas, - un valor de alarma, que muestra la presencia de un material biológico seleccionado, se define al utilizar un criterio preseleccionado, caracterizado porque, en el método - dicha señal de fluorescencia (24) se crea a partir de una emisión medida de una o más partículas (14) que están simultáneamente en la cámara (18), - dicha señal de dispersión (32) se crea de una luz dispersa medida de una o más partículas (14) que están simultáneamente en la cámara (18), - por lo menos un área de índice (56, 58, 60) se preselecciona de dicho espacio de medición, - un índice acumulativo se calcula en una frecuencia de índice de los puntos de choque acumulados en cada área de índice preseleccionada (56, 58, 60), - el dispositivo (10) se dispone para muestrear la señal de fluorescencia (24) y la señal de dispersión (32) continuamente, - la frecuencia de muestreo es 100 kHz - 2 MHz, preferiblemente 300 - 800 kHz.

2 - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque existen por lo menos dos y preferiblemente por lo menos tres áreas de índice (56, 58, 60).

3. - El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque los índices se comparan con condiciones relativas entre cada índice y las condiciones absolutas para al menos algunos de los índices, en cuya base, cuando se cumplen las condiciones, se emite una alarma.

4. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, caracterizado además porque dicha frecuencia de índice es 0.1 - 0 s, preferiblemente 0.8 - 1.5 s.

5. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, caracterizado además porque en por lo menos una memoria bidimensional, las dimensiones son la fluorescencia de las partículas y la luz dispersa por las partículas.

6. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, caracterizado además porque en por lo menos una memoria bidimensional, las dimensiones son la luz dispersa por las partículas y el producto de la fluorescencia de las partículas y la luz dispersa por las partículas.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las correlaciones de los valores discretos se utilizan para calcular los índices.

8. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, caracterizado además porque los medios de análisis forman mapas de clasificación (37) con base en la señal de fluorescencia (24) y la señal de dispersión (32) para detectar el material biológico.

9.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, caracterizado además porque la alarma se emite en tres pasos, como las siguientes etapas - el material biológico se detecta en la corriente de aire (16), - cuando el valor de alarma excede el criterio preseleccionado, los medios de alarma y despliegue (74) emiten una alarma, y - las muestras se toman de la corriente de aire (16) para análisis más detallado.

10.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, caracterizado además porque los medios de alarma y despliegue (74) comparan dicho valor de alarma con dichas condiciones, las condiciones comprenden la exanimación de los índices definidos de por lo menos dos periodos de diferente longitud.

11.- Dispositivo para detectar un material biológico del aire, que contiene partículas (14) de material biológico y/o material biológico inerte, cuyo dispositivo (10) incluye - medios de muestreo para alimentar una corriente de aire (16) en una cámara (18) y para sacar la corriente de aire (16) de la cámara (18) después del muestreo, - una fuente de luz dirigida a la corriente de aire (16), dispuesta para emitir un rayo con el fin de excitar las partículas (14) en la corriente de aire (16) para crear fluorescencia, - primeros medios de medición (23) para medir la fluorescencia emitida por las partículas (14) golpeadas por el rayo que proviene de la fuente de luz y para crear una señal de fluorescencia que representa la fluorescencia, - segundos medios de medición (30) para medir la luz dispersa por las partículas (14) y para crear una señal de dispersión (32) que representa la luz dispersa, - por lo menos un convertidor AD, para muestrear la señal de fluorescencia (24) y la señal de dispersión (32) como valores discretos en la frecuencia de muestreo, -medios de análisis para detectar material biológico, - medios de clasificación (36) y una memoria (22), de los cuales los medios de clasificación (36) se disponen para registrar dichos valores discretos acumulativamente como puntos de choque en una memoria por lo menos bidimensional (22) equipada con dimensiones seleccionadas, y en donde el dispositivo (10) se caracteriza porque - dichos primeros medios de medición (23) se disponen para crear la señal de fluorescencia (24) de una emisión medida de una o más partículas (14) que están simultáneamente en la cámara (18), - dichos segundos medios de medición (30) se disponen para crear la señal de dispersión (32) de una dispersión de luz medida de una o más partículas (14) que están simultáneamente en la cámara (18), - los medios de análisis (92) se disponen para calcular en la frecuencia de muestreo un índice de los puntos de choque acumulativos para cada área de índice preseleccionada (56, 58, 60) de la memoria (22), a partir de la cual dichos índices de los medios de análisis (92) se disponen para definir, utilizando un criterio preseleccionado, un nivel de alarma que muestra la presencia de un material biológico seleccionado, - el dispositivo (10) se dispone para muestrear la señal de fluorescencia (24) y la señal de dispersión (32) continuamente, - la frecuencia de muestreo es 100 kHz - 2 MHz, preferiblemente 300 - 800 kHz.

12 - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque dichas dimensiones seleccionadas son 10 x 10, - 30 x 30, preferiblemente 15 x 15 - 20 x 20.

13.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 11 o 12, caracterizado además porque el dispositivo además incluye medios de alarma y despliegue (74) para emitir una alarma con base en dicho valor de alarma.

14.- El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 1 - 13, caracterizado además porque el dispositivo (10) incluye medios de software que comprenden por lo menos dos temporizadores de software para determinar los dos periodos de tiempo de diferentes longitudes para la examinación de los índices.