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CN117875058A - 压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统、方法及设备 - Google Patents

压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统、方法及设备 Download PDF

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CN117875058A
CN117875058A CN202410041135.6A CN202410041135A CN117875058A CN 117875058 A CN117875058 A CN 117875058A CN 202410041135 A CN202410041135 A CN 202410041135A CN 117875058 A CN117875058 A CN 117875058A
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point
sliding
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CN202410041135.6A
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高光勇
赵迪
任应祥
越敏
王薪安
钟海升
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Chongqing Tianwaitian Biotechnology Co ltd
Original Assignee
Chongqing Tianwaitian Biotechnology Co ltd
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Abstract

本发明提供了压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统、方法及设备。补偿模型构建方法包括：S1，在压力传感器保护罩中分别安装N张弹性膜片获取每张弹性膜片对应的测试数据组对；S2，获得每个统计类型对应的设备压力统计值组；S3，在标准管路压力数据组上滑动，根据每次滑动后设备压力统计值拟合管路压力值的拟合度的变化确定拟合分段点；S4，选择拟合度最高的统计类型对应的设备压力统计值拟合管路压力值的拟合公式作为子区间的补偿子模型；S5，利用所有子区间的补偿子模型构成压力传感器保护罩压力补偿模型。提高了压力传感器保护罩压力补偿模型的补偿精度，提高了血液净化设备的压力测量准确性。

Description

压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统、方法及设备
技术领域
本发明涉及血液净化技术领域，尤其涉及压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统、方法及设备。
背景技术
血液净化是指使用一次性体外血液净化循环管路将人体内血液引出体外，于血液净化设备内清除患者血液中的内源性和/或外源性毒素，再通过一次性体外血液净化循环管路将血液送回人体内的一种治疗方法。现有的血液净化设备通过蠕动泵来提供体内血液抽取(定义为负压)和体外净化血液输入(定义为正压)的动力，分别设置两条血液净化管路，一条用于抽取人体血液，另一条用于向人体输入血液，为保证治疗的安全性，必须监控血液净化管路中的血液压力，因此，血液净化设备内集成有测量血液净化管路中血液压力的压力传感器。
由于血液净化设备并非耗材，可多次重复使用，为避免血液净化管路中的血液污染血液净化设备的压力传感器，通常在血液净化设备外壳上设置压力监测接口，压力传感器位于压力监测接口内部，通过外设的传感器保护器、支管等结构将血液净化管路内的血液压力传递到压力传感器进行测量。图10展示了现有血液净化设备中传感器保护器和支管的连接结构示意图，在血液净化管路2上接一个三通1，如T三通或Y三通，在三通1上接一根一定长度的压力传导支管4，压力传导支管4上安装有止流夹3，压力传导支管4的机器端(与血液净化设备的压力监测接口连接的一端)通过鲁尔接头5与传感器保护器6连接，传感器保护器6的下端设置传感器保护器护帽7，通过传感器保护器护帽7与压力监测接口连接。通过建立血液净化管路2与压力监测接口的联系，来实现对血液净化管路2内压力的实时监测。图10所示的血液压力测量技术方案存在以下技术问题：
由于使用了压力传导支管4，一部分血液会进入压力传导支管4并滞留，滞留血液与空气长时间接触增大了凝血的风险，为降低凝血风险，会增加抗凝剂的使用，增加了治疗成本；压力监测接口与压力传导支管4里的血液直接接触，增大了血液净化设备的污染概率，从而增加血液净化设备的消毒成本；此外，传感器保护器6在使用过程中有可能会被压力传导支管4中的血液填满，空气无法进入血液净化设备的压力监测接口，无法进行压力监测，即使不被填满，血液进入传感器保护器6后，也会影响压力检测数据的准确性。
(2)血液净化管路中的血液压力依次通过压力传导支管4、传感器保护器6传递至压力监测接口内部的压力传感器，传导路径随着进入压力传导支管4和传感器保护器6内部的血液量不同而传导效率不同，导致血液净化设备的压力传感器的测量精度不稳定。
(3)血液压力在压力传导支管4、传感器保护器6构成的压力传递机构中存在损耗，血液净化设备端的压力传感器检测到的压力值并不是血液净化管路中血液的真实压力，然而现有技术中并未对该部分损耗进行补偿。
综上可知，要实现血液净化设备的压力高精度测量，一方面需要对现有的压力传导支管4、传感器保护器6构成的压力传递机构进行改进，使其能够稳定准确地传递血液压力，另一方面需要对血液压力传递过程中的损耗进行补偿。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中在血液净化设备进行血液净化管路的血液压力检测时，硬件上使用压力传导支管4、传感器保护器6等结构传递压力准确性和稳定性较差，血液净化设备易被血液污染，安全性差，以及软件上没有进行补偿，导致血液压力测量不准确的技术问题，提供一种压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统、方法及设备。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统，包括：血液净化设备，所述血液净化设备的外壳上设有压力监测接口，所述压力监测接口内部安装有压力传感器；模拟管路，用于传输液体；液体源，为模拟管路提供液体；动力泵，用于从模拟管路抽取液体或向模拟管路注入液体，并控制模拟管路内液体压力；压力表，用于测量模拟管路内液体的压力；所述压力传感器保护罩包括弹性膜片，以及相互连接的第一壳体和第二壳体；所述第一壳体内设有血液腔室以及与所述血液腔室连通的血液进口、血液出口和第一弹性膜片安装孔；所述血液进口和血液出口分别接入模拟管路；所述第二壳体内设有空气腔室以及与所述空气腔室连通的第二弹性膜片安装孔和压力检测孔，在所述压力检测孔内设有弹性密封圈；所述第二壳体的压力检测孔所在的端部设有与压力监测接口连接的连接部；所述弹性膜片安装在所述第一壳体和第二壳体之间且隔开第一弹性膜片安装孔和第二弹性膜片安装孔。
上述技术方案：该补偿模型构建系统通过液体源、模拟管路、动力泵来模拟血液净化设备真实工况，通过压力表测量模拟管路内实际压力值，采集压力传感器读取压力值，建立读取压力值到管路内实际压力值的补偿模型以便提高压力检测精度。该系统对现有的利用压力传导支管4、传感器保护器6等结构传递管路内压力的方式进行了改进，提出了压力传感器保护罩，随着流经血液出口和血液进口的血液的压力变化，弹性膜片和弹性密封圈敏感地产生相应的弹性形变，由于通过弹性膜片和弹性密封圈对空气腔室进行了密封，导致其内部的空气不会泄露，弹性膜片和弹性密封圈的变形能够准确传递血液的压力变化，而弹性膜片和弹性密封圈的变形会导致压力检测孔内弹性密封圈之外的流道内的空气产生相应的流动，该空气流动被血液净化设备的压力传感器感测，进而实现血液压力的精准监测，测量偏差达到了±20m mhg以内；并且通过弹性膜片和弹性密封圈对血液净化设备端进行双重保护，隔绝血液进入血液净化设备。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种基于压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统的补偿模型构建方法，包括：步骤S1，在压力传感器保护罩中分别安装N张弹性膜片，在预设的压力测试区间内通过动力泵、压力表和压力传感器获取每张弹性膜片对应的测试数据组对，每个测试数据组对包括相互对应的标准管路压力数据组和设备压力数据组；所述N为正整数；步骤S2，计算N张设备压力数据组不同统计类型的统计值并获得每个统计类型对应的设备压力统计值组；统计类型包括平均值和中间值；步骤S3，在标准管路压力数据组上按照设定步长依次滑动至压力测试区间终点，根据每次滑动后设备压力统计值拟合管路压力值的拟合度的变化确定拟合分段点；步骤S4，利用拟合分段点将压力测试区间划分为多个子区间，对于每个子区间，选择拟合度最高的统计类型对应的设备压力统计值拟合管路压力值的拟合公式作为该子区间的补偿子模型；步骤S5，利用所有子区间的补偿子模型构成压力传感器保护罩压力补偿模型。
上述技术方案：从图2可以看到，采用了压力传感器保护罩的血液净化设备，管路内血液端的实际压力＝使弹性膜片发生变形的压力+血液净化设备机器端读数，所以，如果不进行压力补偿，血液净化设备监测到的压力数值就不是血液净化管路内的实际压力。为避免弹性膜片的个体差异影响到压力传感器保护罩压力补偿模型的通用性、鲁棒性，本申请通过N张弹性膜片在压力测试区间内测量获得N组测试数据组，利用N组测试数据组的统计值来获取压力传感器保护罩压力补偿模型，消除了补偿模型的单一性，使其可适应不同的弹性膜片；此外，由于压力测试区间包括了正压区间和负压区间，向人体输入血液的正压状态时，如图2所示，弹性膜片朝向弹性密封圈(向左)弯曲形变，由于空气腔室是密封的，其环境稳定，正压区间弹性膜片的变形量与血液压力线性关系较好，而从人体抽取血液的负压状态时，如图2所示，弹性膜片远离弹性密封圈(向右)弯曲形变，而血液腔室可能是血液/液体或空气或空气和血液/液体混合物，且血液/液体是流动的，腔室环境并不稳定，导致此时弹性膜片的变形量与血液压力线性关系较差，为提升压力值补偿效果，需要多段拟合，而不同的拟合分段点也会影响拟合度，为提高补偿模型的补偿精度，采用在标准管路压力数据组上依次滑动，根据每次滑动后设备压力统计值拟合管路压力值的拟合度的变化确定拟合分段点，以获得更好的分段效果，同时在每个子区间选择拟合度最高的统计类型对应的拟合公式作为该子区间的补偿子模型，进一步提高了补偿模型的补偿精度，提高血液净化设备的压力测量准确性，通过上述压力传感器保护罩压力补偿模型补偿，补偿后的血液净化设备的压力检测值与血液净化管路内的实际压力值偏差在±10mmhg以内。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种血液净化设备，所述血液净化设备包括血液净化管路和压力传感器，所述血液净化设备的外壳上设有压力监测接口，所述压力传感器位于所述压力监测接口内部，还包括补偿模块和本发明第一方面所述的传感器保护罩，传感器保护罩的血液进口和血液出口分别接入血液净化管路，传感器保护罩的连接部与压力监测接口连接还包括补偿模块；所述补偿模块配置有利用本发明第二方面所述的补偿模型构建方法获取的压力传感器保护罩压力补偿模型，所述补偿模块在获取压力传感器的实时压力测试值后，确定实时压力测试值的所属子区间，将实时压力测试值输入实时压力测试值所属子区间对应的补偿子模型获得补偿后的修正压力测试值，输出修正压力测试值。
上述技术方案：在血液净化设备中引入和压力传感器保护罩和补偿模块，提高了设备端的血液压力检测精度。
附图说明
图1是本发明一种优选实施方式中传感器保护罩的二维结构示意图；
图2是图1的A-A向剖面视图；
图3是图1的左视图；
图4是图1的俯视图；
图5是图1对应的三维立体视图；
图6是本发明一种优选实施方式中平面弹性膜片的正面视图；
图7是图6的B-B向剖视图；
图8是本发明一种优选实施方式中波纹型弹性膜片的正面视图；
图9是图8的C-C向剖视图；
图10是现有技术中血液净化管路中血液压力监测技术方案示意图；
图11是本发明一种优选实施方式中压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统的结构示意图；
图12是本发明一种优选实施方式中压力传感器保护罩压力补偿模型构建方法的流程示意图；
图13是本发明一种示例中步骤S3和步骤S4的详细流程示意图；
图14是本发明另一种示例中步骤S3和步骤S4的详细流程示意图；
图15是本发明一种示例中正压测试区间弹性膜片形变曲线图；
图16是本发明一种示例中负压测试区间弹性膜片形变曲线图；
图17是本发明补偿验证实验中负压-300mmhg到0区间的实际血液压力值曲线和修正压力测试值曲线对比图；
图18是本发明补偿验证实验中正压0到500mmhg区间的实际血液压力值曲线和修正压力测试值曲线对比图；
附图标记：
1三通；2血液净化管路；3止流夹；4压力传导支管；5鲁尔接头；6传感器保护器；7传感器保护器护帽；10第一壳体；101血液进口；102血液出口；103血液腔室；104第一弹性膜片安装孔；20第二壳体；201压力检测孔；202第二弹性膜片安装孔；203空气腔室；204连接部；205弹性密封圈；30弹性膜片；301主第一凸纹；302辅第一凸纹；303主第二凸纹；304辅第二凸纹；305波纹部分。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语″纵向″、″横向″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明公开了一种压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统，如图11所示，包括：血液净化设备，血液净化设备的外壳上设有压力监测接口，压力监测接口内部安装有压力传感器；模拟管路，用于传输液体；液体源，为模拟管路提供液体；液体优选但不限于为盐溶液或自来水，液体源为装载液体的容器。动力泵，用于从模拟管路抽取液体或向模拟管路注入液体，通过控制模拟管路内液体的流速来实现控制模拟管路内的液体压力；动力泵优选但不限于为蠕动泵，如图11所示，通过控制动力泵正向或反向抽取液体实现模拟管路内的液体的输入或抽出，进而在血液净化设备的压力传感器检测到正压或负压。压力表，用于测量模拟管路内液体的压力，优选但不限于为数字压力表。
传感器保护罩的二维结构示意图如图1所示，三维立体视图如图5所示，传感器保护罩包括弹性膜片30，以及相互连接的第一壳体10和第二壳体20；第一壳体10内设有血液腔室103以及与血液腔室103连通的血液进口101、血液出口102和第一弹性膜片安装孔104；第二壳体20内设有空气腔室203以及与空气腔室203连通的第二弹性膜片安装孔202和压力检测孔201，在压力检测孔201内设有弹性密封圈205；弹性膜片30安装在第一壳体10和第二壳体20之间且隔开第一弹性膜片安装孔104和第二弹性膜片安装孔202。血液进口101和血液出口102分别接入模拟管路。第二壳体20的压力检测孔201所在的端部设有与压力监测接口连接的连接部204。
在本实施方式中，血液净化管路2中的液体/血液从血液进口101进入血液腔室103，再从血液出口102流出回到血液净化管路2中。优选地，血液进口101和血液出口102与血液净化管路2密封连接。
在本实施方式中，第一壳体10和第二壳体20为非金属材质，优选为透明塑料，以便观察液体/血液流动情况。第一壳体10和第二壳体20可通过卡扣的方式连接，如图1到图5所示，第一壳体10的端部设有卡套，第二壳体20的端部设有与卡套配合的轴套，轴套上设有锁止凸起，通过压合的方式使第一壳体10的卡套套设在第二壳体20的轴套外，并通过锁止凸起定位、锁紧卡套。第一壳体10和第二壳体20还可螺纹连接(未图示)，第一壳体10的端部设置内螺纹，第二壳体20的端部设置外螺纹，通过旋拧第一壳体10实现第一壳体10和第二壳体20连接。
在本实施方式中，弹性膜片30优选为非金属材质，如硅胶或PVC或TPU材质等弹性高分子材料。弹性膜片30的形状优选但不限于为圆形(如图6和图8所示)或椭圆形或方形。弹性膜片30可为平面膜片，如图6和图7所示。优选地，弹性膜片30材质为液态硅胶，液态硅胶具有很好的压力敏感性，血液压力较小的变化也会引起液态硅胶的形变，进而引起弹性密封圈205变形，再引起压力检测孔201与血液净化设备的压力传感器连接的流道内的空气流动，有利于实现血液压力的高精度测量。弹性密封圈205为弹性高分子材料，优选但不限于为液态硅胶或PVC或TPU。
在本实施方式中，血液腔室103和/或空气腔室203的形状优选但不限于为半球形或圆柱形或棱柱形，还可以为异形腔室。弹性膜片30被紧密地压在第一壳体10的第一弹性膜片安装孔104所在端面和第二壳体20的第二弹性膜片安装孔202所在端面之间。优选地，第一弹性膜片安装孔104和第二弹性膜片安装孔202大小形状匹配，以提高弹性膜片30的有效形变面积。
在本实施方式中，在本申请提供的传感器保护罩应用于血液净化设备时，压力检测孔201要求对准血液净化设备的压力传感器的感测部，通过感测部测量压力检测孔201所在流道的空气流动。压力传感器优选但不限于为美国SillConMicrostructures INCI(Smi)的晶圆空气流动监测压力传感器SM5108C-015-AX。
在本实施方式中，压力检测孔201可为通孔也可为阶梯孔。优选地，为便于与压力传感器连接，压力检测孔201为图2所示的阶梯孔，阶梯孔的内径较小段与空气腔室203连接且安装有弹性密封圈205，阶梯孔的内径较大段与压力传感器的感测部连接。具体的连接方式可以为：内径较大段套设在压力传感器的感测部外，且尽可能保持内径较大段与压力传感器的感测部同轴；或者，在传感器的感测部设置有感测套筒，内径较大段尽可能同轴嵌入感测套筒内；或者，在传感器的感测部设置有感测套筒，感测套筒内设置有内螺纹，内径较大段外部设有外螺纹，感测套筒和内径较大段通过螺纹连接。
在本实施方式中，当传感器保护罩接入的血液净化管路2为从人体抽取血液的管路时，此时定义血液压力为负压，图2所示的弹性膜片30向右形变，导致弹性膜片30、空气腔室203和弹性密封圈205组成的密封腔体内空气向右移动，带动弹性膜片30也向右形变，压力检测孔201所在流道空气朝向弹性膜片30流动，设于压力检测孔201所在流道的压力传感器检测到负压。同理，当传感器保护罩接入的血液净化管路2为向人体输入血液的管路时，此时定义血液压力为正压，图2所示的弹性膜片30向左形变，导致弹性膜片30、空气腔室203和弹性密封圈205组成的密封腔体内空气向左移动，带动弹性膜片30也向左形变，压力检测孔201所在流道空气远离弹性膜片30流动，设于压力检测孔201所在流道的压力传感器检测到正压。
在另一种优选实施方式中，压力检测孔201的内径小于弹性密封圈205的外径，此时，弹性膜片30的形变面积大于弹性密封圈205的面积，由于弹性膜片30、空气腔室203和弹性密封圈205组成了密闭腔体，在弹性膜片30变形时，密闭腔体内的空气受到挤压，该挤压力作用在面积较小的弹性密封圈205上，导致弹性密封圈205形变位移较大，进而使得压力检测孔201流道的空气波动较大，血液净化设备端的压力传感器检测到的压力较大，使得该压力传感器对血液压力变化敏感，进一步提高压力测量精度。优选地，弹性密封圈205的外径为压力检测孔201的内径的1/5到1/3，这样能够获得较好的压力测量结果。
在再一种优选实施方式中，血液净化设备外壳上设置有压力监测接口时，压力传感器安装于压力监测接口内部中央，压力传感器的感测部与压力监测接口同轴。压力监测接口用于安装传感器保护罩，并接通压力检测孔201和压力传感器的感测部。优选地，压力监测接口包括安装在血液净化设备外壳上的凸台和嵌入凸台连接压力传感器的感测部的检测管道。压力检测孔201为图2所示的阶梯孔，阶梯孔的内径较小段与空气腔室203连接且安装有弹性密封圈205，阶梯孔的内径较大段内嵌入检测管道的一端，通过检测管道接通阶梯孔的内径较大段和压力传感器的感测部。为便于传感器保护罩与压力监测接口连接，优选地，如图1到图5所示，第二壳体20的压力检测孔201所在的端部设有与血液净化设备的压力监测接口连接的连接部204。连接部204可以为设有内螺纹的轴套，凸台外部设置外螺纹，连接部204与凸台螺纹连接。连接部204还可以为如图1、图2、图4和图5所示的卡爪结构，凸台与卡爪结构匹配，且凸台上设有限位凸起，卡爪结构压扣在凸台上时通过限位凸起定位锁紧。
在再一种优选实施方式中，如图7或图9所示，弹性膜片30的第一侧面上设有第一定位部，第一壳体10的第一弹性膜片安装孔104所在端面上设有与第一定位部配合的第一安装部；弹性膜片30的第二侧面上设有第二定位部，第二壳体20的第二弹性膜片安装孔202所在端面上设有与第二定位部配合的第二安装部。通过第一定位部和第一安装部实现了弹性膜片30在第一壳体10的第一弹性膜片安装孔104所在端面上定位，通过第二定位部和第二安装部实现了弹性膜片30在第二壳体20的第二弹性膜片安装孔202所在端面上定位。
在本实施方式中，第一定位部可以为凸纹，此时第一安装部为与该凸纹匹配的凹槽。第一定位部还可以为凹纹，此时第一安装部为与该凹纹匹配的凸起。第二定位部可以为凸纹，此时第二安装部为与该凸纹匹配的凹槽。第二定位部还可以为凹纹，此时第二安装部为与该凹纹匹配的凸起。
在本实施方式中，为便于弹性膜片30安装和定位，进一步优选地，如图7和图9所示，第一定位部包括至少一条圆周分布的第一凸纹，第一安装部包括至少一条第一凹槽，第一凹槽与第一凸纹一一对应配合。和/或，第二定位部包括至少一条圆周分布的第二凸纹，第二安装部包括至少一条第二凹槽，第二凹槽与第二凸纹一一对应配合。第一凸纹和第二凸纹为连续圆周或多段离散的圆周分布的弧度，其分布圆周的半径可以等于或小于弹性膜片30的半径。优选地，第一凸纹和第二凸纹的厚度取值范围为0.3mm-0.6mm，凸纹厚度是指凸纹最高点到弹性膜片30平面的峰值高度，这样定位安装效果较好，且便于加工。
在本实施方式中，进一步优选地，如图7和图9所示，包括至少两条第一凸纹，包括至少两条第一凸纹包括主第一凸纹301和至少一条辅第一凸纹302，第一安装部包括与主第一凸纹301配合的主第一凹槽和与辅第一凸纹302配合的辅第一凹槽。包括至少两条第二凸纹，至少两条第二凸纹包括主第二凸纹303和至少一条辅第二凸纹304，第二安装部包括与主第二凸纹303配合的主第二凹槽和与辅第二凸纹304配合的辅第二凹槽。主第一凸纹301和主第二凸纹303对称分布于弹性膜片30两侧面的边缘。利用主第一凸纹301和主第二凸纹303对称分布于弹性膜片30两侧面的边缘实现了弹性膜片30在第一壳体10和第二壳体20端面的定位，再利用辅第一凸纹302与辅第一凹槽的配合，以及辅第二凸纹304与辅第二凹槽的配合，使得弹性膜片30两个侧面分别紧密贴合在第一壳体10的端面和第二壳体20的端面。
在本实施方式中，进一步优选地，如图7和图9所示，辅第一凸纹302和辅第二凸纹304交错分布于弹性膜片30两侧面，以提高弹性膜片30两个侧面分别与第一壳体10的端面和第二壳体20的端面的贴合度，保证弹性膜片30被夹紧，减少空隙，提高密封性，进而增提高测量精度。
在再一种优选实施方式中，如图8和图9所示，弹性膜片30为波纹型。发明人发现平面膜片在压力监测时，形变量较大，需要血液净化设备补偿的数值较高。因此，设计了波纹型的弹性膜片30，在承受同等压力的情况下，使弹性膜片30的变形量降低，这样血液净化设备需要补偿的数值会明显降低，压力监测的精度也会随之提高，能监测的压力范围也会提升。波纹部分305的截面形状可以是方波形或锯齿形或半圆形。
在本实施方式中，优选地，如图9所示，弹性膜片30波纹部分305的截面形状为正弦形，截面形状为正弦形的波纹弹性膜片30，其各个方向变形量均匀，保证正压、负压测量的受压变形量均匀，提高血液压力监测的稳定性。优选地，为提高正弦形波纹的弹性膜片30的形变均匀性，图9所示的正弦形的峰峰值高度为0.8mm-1.6mm，正弦周期长度为1.0mm-2.5mm。
本发明还公开了一种基于上述压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统的补偿模型构建方法，在一种优选实施方式中，其流程示意图如图12所示，包括：
步骤S1，在压力传感器保护罩中分别安装N张弹性膜片30，在预设的压力测试区间内通过动力泵、压力表和压力传感器获取每张弹性膜片30对应的测试数据组对，每个测试数据组对包括相互对应的标准管路压力数据组和设备压力数据组；N为正整数，取值范围优选但不限于为5到100。
在一种示例中，压力测试区间为-300mmhg到+500mmhg，压力测试区间起点为-300mmhg，压力测试区间的终点为+500mmhg，在压力测试区间每间隔1mmhg设置一个测量点，则共801个测量点，包括-300、-299、-298、-297......0、......+497、+498、+499、+500(单位mmhg)，每张弹性膜片30测试时，控制动力泵使模拟管路上的压力表测量值依次在这801个测量点并同步记录原始管路压力数据和压力传感器测量的原始设备压力数据，原始管路压力数据的数值由于迟滞等原因，不会在压力测试区间连续，需要通过对原始管路压力数据和原始设备压力数据插值处理，或者与其它膜片的测试数据整合获得标准管路压力数据组和设备压力数据组，标准管路压力数据组在本示例中为[-300、-299、-298、-297......0、......+497、+498、+499、+500]。
在一种示例中，弹性膜片30选择液态硅胶材质的圆形波纹型，在压力测试区间内10张弹性膜片30在正压测试区间[0，500mmhg]测得的10个测试数据组对绘制成的弹性膜片变形曲线如图15所示，负压测试区间[-300mmhg，O]获得的弹性膜片变形曲线如图16所示，图15和图16中横坐标为设备压力数据，纵坐标为管路压力数据。可以看到由于血液腔室103内部物体状态不稳定，导致负压测试区间的变形曲线非线性严重，有必要进行分段拟合来增加补偿模型的精度。
步骤S2，计算N张设备压力数据组不同统计类型的统计值并获得每个统计类型对应的设备压力统计值组；统计类型包括平均值和中间值。
优选地，步骤S2包括：
计算N张弹性膜片30一一对应的N个设备压力数据组的平均值，即计算标准管路压力数据组中每个管路压力值对应的N个设备压力数据组的N个设备压力值的平均值，进而获得设备压力平均值组，记为X1，标准管路压力数据组记为Y；
计算N张弹性膜片30一一对应的N个设备压力数据组的中间值，即求取标准管路压力数据组中每个管路压力值对应的N个设备压力数据组的N个设备压力值的中间值，获得设备压力中间值组，记为X2。
步骤S3，在标准管路压力数据组Y上按照设定步长依次滑动至压力测试区间终点，根据每次滑动后设备压力统计值拟合管路压力值的拟合度的变化确定拟合分段点。
在本实施方式中，步长取值范围优选但不限于为1-5mmhg。通过图15和图16可以看到，弹性膜片30在负压区间时，弹性膜片30的变形曲线线性度差异较大，因此，在线性较好的正压检测区间，如0-500mmhg内，设置为第一步长，在线性较差的负压检测区间，如-300mmhg-0内，设置为第二步长，第二步长小于第一步长，提高工作效率的同时提高负压检测区间获得拟合分段的准确性。
在本实施方式中，优选地，根据弹性膜片30的变形曲线的斜率变化来设置滑动步长，以更准确更高效地获得拟合分段点，设置滑动步长的具体过程为：
第一，获取弹性膜片30的变形曲线上所有测量点的切向量斜率，记为k1...ki...kn，n表示测量点数量，i∈[1，n]。滑动步长定义为顺序滑过的连续的测量点数量，滑动步长T的初始值T0为5到10，T0优选为5。
第二，对于每次滑动，设当前滑动到第i个测量点，则通过如下公式获得该次滑动的滑动步长：
其中，表示向下取整。滑动初始点为起始测量点。ki+1表示第i个测量点之后的第i+1个测量点的切向量斜率。ki表示第i个测量点的切向量斜率。
在上述示例中，压力测试区间为-300mmhg到+500mmhg时，获取的拟合分段点包括0、-1OOmmhg和-170mmhg三个。
步骤S4，利用拟合分段点将压力测试区间划分为多个子区间，对于每个子区间，选择拟合度最高的统计类型对应的设备压力统计值拟合管路压力值的拟合公式作为该子区间的补偿子模型。
步骤S5，利用所有子区间的补偿子模型构成压力传感器保护罩压力补偿模型。
在本实施方式中，优选地，预设的拟合函数为多项式拟合函数，进一步优选为二项式拟合函数，二项式拟合函数比较适合弹性膜片30，能够获得更好的拟合效果。
在本实施方式中，优选地，预设分段条件为：当前滑动点获得的拟合度小于前一滑动点获得的拟合度，表明当前滑动点的设备压力统计值已开始与之前的设备压力统计值线性相关性变差了。
在本发明的一种优选实施方式中，为提高拟合精度，当步骤S3和步骤S4顺序执行时，步骤S3和步骤S4的具体流程如图13所示，步骤S3按照如下步骤确定拟合分段点，具体包括：
在标准管路压力数据组上按照设定步长滑动，每次滑动后：在压力测试区间起点或上一拟合分段点到当前滑动点的临时区间内，按照预设的拟合函数利用设备压力平均值拟合管路压力值并获得拟合度，若拟合度符合预设分段条件，则将当前滑动点作为一个拟合分段点，若拟合度不符合预设分段条件，则继续向前滑动直至压力测试区间终点。在上述示例中，每次滑动后，利用设备压力平均值拟合管路压力值来确定拟合分段点，获取的拟合分段点包括0、-100mmhg和-170mmhg。
或者，步骤S3按照如下步骤确定拟合分段点，具体包括：
在标准管路压力数据组上按照设定步长滑动，每次滑动后：在压力测试区间起点或上一拟合分段点到当前滑动点的临时区间内，按照预设的拟合函数利用设备压力中间值拟合管路压力值并获得拟合度，若拟合度符合预设分段条件，则将当前滑动点作为一个拟合分段点，若拟合度不符合预设分段条件，则继续向前滑动直至压力测试区间终点。
在确定第一个拟合分段点前，上述临时区间为压力测试区间起点到当前滑动点，在确定第一个拟合分段点后，上述临时区间为上一拟合分段点到当前滑动点。在本实施方式中，进一步优选地，如图13所示，步骤S4包括：
步骤S411，通过获取的拟合分段点将压力测试区间划分为多个子区间。在上述示例中，获得了[-300mmhg，-170mmhg]、[-170mmhg，-100mmhg]、[-100mmhg，0]和[0，500mmhg]四个子区间。
步骤S42，在每个子区间，获取由设备压力平均值拟合管路压力值获得的平均值拟合度和平均值拟合公式，获取由设备压力中间值拟合管路压力值获得的中间值拟合度和中间值拟合公式，若中间值拟合度大于或等于平均值拟合度，则将中间值拟合公式作为该子区间的补偿子模型，若中间值拟合度小于平均值拟合度，则将平均值拟合公式作为该子区间的补偿子模型。
在上述示例中，按照步骤S4在各子区间分别进行拟合，获得如下结果：
正压(0-500mmhg)：
平均值补偿曲线：
y＝-0.0004x12+1.3451x1-3.1112；R2＝0.9994；
中间值补偿曲线：
y＝-0.0004x22+1.3526x2-2.5863；R2＝0.9995；
负压(-100-0mmhg)：
平均值补偿曲线：
y＝0.0017x12+1.1231x1-0.4933；R2＝0.9994；
中间值补偿曲线：
y＝0.0017x22+1.1194x2-0.4829；R2＝0.9994；
负压(-170--100mmhg)：
平均值补偿曲线：
y＝-0.0056x12-0.3593x1-77.16；R2＝0.9972；
中间值补偿曲线：
y＝-0.0056x22-0.3746x2-77.647；R2＝0.9912；
负压(-300--170mmhg)：
平均值补偿曲线：
y＝-0.003x12+0.6894x1+24.695；R2＝0.999；
中间值补偿曲线：
y＝-0.0027x22+0.7952x2+32.713；R2＝0.9993。
x1∈X1，x2∈X2，y∈Y。
按照步骤S42的方法，通过对中间值和平均值的拟合度R2对比(取R2更接近与1的)，获得最终的压力传感器保护罩压力补偿模型为：
正压(0-500mmhg)：
y′＝-0.0004x2+1.3526x-2.5863；R2＝0.9995；
负压(-100-0mmhg)：
y′＝0.0017x2+1.1231x-0.4933；R2＝0.9994；
负压(-170--100mmhg)：
y′＝-0.0056x2-0.3593x-77.16；R2＝0.9972；
负压(-300--170mmhg)：
y′＝-0.0027x2+0.7952x+32.713；R2＝0.9993。
x表示血液净化设备端的压力传感器的压力测量值，y′表示补偿后的血液修正压力测试值。
在本发明一种优选实施方式中，为准确获得拟合分段点，提高拟合公式的拟合度，获得更好的补偿模型，步骤S3和步骤S4同步执行，如图14所示，步骤S3和步骤S4包括：
步骤A，在标准管路压力数据组上从滑动起点开始按照设定步长滑动直到确定平均值拟合分段点；需要说明的是，初始的滑动起点为压力测试区间的起点。
平均值拟合分段点确定方法为：每次滑动后，若当前平均值滑动点不在压力测试区间内，执行步骤S5；若当前平均值滑动点在压力测试区间内，在滑动起点到当前平均值滑动点的临时区间内，按照预设的拟合函数利用设备压力平均值拟合管路压力值并获得平均值拟合度和平均值拟合公式，若平均值拟合度符合预设分段条件，则将当前平均值滑动点作为平均值拟合分段点，进入步骤B，若平均值拟合度不符合预设分段条件，继续向前滑动。预设分段条件为当前平均值滑动点获得的平均值拟合度小于前一平均值滑动点获得的平均值拟合度。
通过执行步骤A后，获得一个平均值拟合分段点，之后进入步骤B再获得一个中间值拟合分段点，在平均值拟合分段点和中间值拟合分段点均获得后进入步骤C，确定出拟合分段点和子区间的补偿子模型。在这里，平均值拟合分段点和中间值拟合分段点可能并不是同一个测量点，根据选取最大拟合度的原则选择出最优的拟合公式以及确定出最优的拟合分段点，以提高补偿模型的补偿精度，同时，拟合分段点和拟合公式同时确定，能够提高补偿模型构建速度。
步骤B，在标准管路压力数据组上按照设定步长滑动直到确定中间值拟合分段点。
中间值拟合分段点确定方法为：每次滑动后，若当前中间值滑动点不在压力测试区间内，执行步骤S5；若当前中间值滑动点在压力测试区间内，在滑动起点到当前中间值滑动点的临时区间内，按照预设的拟合函数利用设备压力中间值拟合管路压力值并获得中间值拟合度和中间值拟合公式，若中间值拟合度符合预设分段条件，则将当前中间值滑动点作为中间值拟合分段点，进入步骤C，若中间值拟合度不符合预设分段条件，继续向前滑动。预设分段条件为当前中间值滑动点获得的中间值拟合度小于前一中间值滑动点获得的中间值拟合度。
步骤C，选择中间值拟合度和平均值拟合度中较大者对应的当前滑动点作为拟合分段点，较大者对应的拟合公式作为该拟合分段点到压力测试区间起点或上一拟合分段点的子区间的补偿子模型。
步骤D，以新获得的拟合分段点为起点返回执行步骤A、步骤B和步骤C。
本发明还公开了一种血液净化设备，血液净化设备包括血液净化管路和压力传感器，血液净化设备的外壳上设有压力监测接口，压力传感器位于压力监测接口内部，还包括补偿模块和上述传感器保护罩，传感器保护罩的血液进口101和血液出口102分别接入血液净化管路，传感器保护罩的连接部204与压力监测接口连接还包括补偿模块。
补偿模块优选但不限于单独的处理器或集成在血液净化设备主机里面的程序模块，补偿模块配置有利用上述补偿模型构建方法获取的压力传感器保护罩压力补偿模型，补偿模块在获取压力传感器的实时压力测试值后，确定实时压力测试值的所属子区间，将实时压力测试值输入实时压力测试值所属子区间对应的补偿子模型获得补偿后的修正压力测试值，输出修正压力测试值。
在上述示例中，补偿模块利用获得压力传感器保护罩补偿模型对压力传感器的测试值进行补偿后，通过实验验证，绘制管路中实际血液压力值曲线和修正压力测试值曲线，负压检测区间如图17所示，正压检测取件如图18所示，发现两条曲线的偏差在±10mmhg以内。实际血液压力值通过管路上的压力表测量获得。图17和图18中，曲线K表示管路中实际血液压力值曲线，曲线V表示修正压力测试值曲线。
在本说明书的描述中，参考术语″一个实施例″、″一些实施例″、″示例″、″具体示例″、或″一些示例″等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统，其特征在于，包括：
血液净化设备，所述血液净化设备的外壳上设有压力监测接口，所述压力监测接口内部安装有压力传感器；
模拟管路，用于传输液体；
液体源，为模拟管路提供液体；
动力泵，用于从模拟管路抽取液体或向模拟管路注入液体，并控制模拟管路内液体压力；
压力表，用于测量模拟管路内液体的压力；
所述压力传感器保护罩包括弹性膜片，以及相互连接的第一壳体和第二壳体；所述第一壳体内设有血液腔室以及与所述血液腔室连通的血液进口、血液出口和第一弹性膜片安装孔；所述血液进口和血液出口分别接入模拟管路；所述第二壳体内设有空气腔室以及与所述空气腔室连通的第二弹性膜片安装孔和压力检测孔，在所述压力检测孔内设有弹性密封圈；所述第二壳体的压力检测孔所在的端部设有与压力监测接口连接的连接部；所述弹性膜片安装在所述第一壳体和第二壳体之间且隔开第一弹性膜片安装孔和第二弹性膜片安装孔。
2.一种基于权利要求1所述的压力传感器保护罩压力补偿模型构建系统的补偿模型构建方法，其特征在于，包括：
步骤S1，在压力传感器保护罩中分别安装N张弹性膜片，在预设的压力测试区间内通过动力泵、压力表和压力传感器获取每张弹性膜片对应的测试数据组对，每个测试数据组对包括相互对应的标准管路压力数据组和设备压力数据组；所述N为正整数；
步骤S2，计算N张设备压力数据组不同统计类型的统计值并获得每个统计类型对应的设备压力统计值组；统计类型包括平均值和中间值；
步骤S 3，在标准管路压力数据组上按照设定步长依次滑动至压力测试区间终点，根据每次滑动后设备压力统计值拟合管路压力值的拟合度的变化确定拟合分段点；
步骤S4，利用拟合分段点将压力测试区间划分为多个子区间，对于每个子区间，选择拟合度最高的统计类型对应的设备压力统计值拟合管路压力值的拟合公式作为该子区间的补偿子模型；
步骤S5，利用所有子区间的补偿子模型构成压力传感器保护罩压力补偿模型。
3.如权利要求2所述的补偿模型构建方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
计算N个设备压力数据组的平均值，获得设备压力平均值组；
计算N个设备压力数据组的中间值，获得设备压力中间值组。
4.如权利要求3所述的补偿模型构建方法，其特征在于，当所述步骤S3和步骤S4顺序执行时，所述步骤S3包括：
在标准管路压力数据组上按照设定步长滑动，每次滑动后：
在压力测试区间起点或上一拟合分段点到当前滑动点的临时区间内，按照预设的拟合函数利用设备压力平均值拟合管路压力值并获得拟合度，若拟合度符合预设分段条件，则将当前滑动点作为一个拟合分段点，若拟合度不符合预设分段条件，则继续向前滑动直至压力测试区间终点；
或者，
在标准管路压力数据组上按照设定步长滑动，每次滑动后：
在压力测试区间起点或上一拟合分段点到当前滑动点的临时区间内，按照预设的拟合函数利用设备压力中间值拟合管路压力值并获得拟合度，若拟合度符合预设分段条件，则将当前滑动点作为一个拟合分段点，若拟合度不符合预设分段条件，则继续向前滑动直至压力测试区间终点。
5.如权利要求3所述的补偿模型构建方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S41，通过获取的拟合分段点将压力测试区间划分为多个子区间；
步骤S42，在每个子区间，获取由设备压力平均值拟合管路压力值获得的平均值拟合度和平均值拟合公式，获取由设备压力中间值拟合管路压力值获得的中间值拟合度和中间值拟合公式，若中间值拟合度大于或等于平均值拟合度，则将中间值拟合公式作为该子区间的补偿子模型，若中间值拟合度小于平均值拟合度，则将平均值拟合公式作为该子区间的补偿子模型。
6.如权利要求3所述的补偿模型构建方法，其特征在于，当所述步骤S3和步骤S4同步执行时，所述步骤S3和步骤S4包括：
步骤A，在标准管路压力数据组上从滑动起点开始按照设定步长滑动直到确定平均值拟合分段点；
所述平均值拟合分段点确定方法为：每次滑动后，若当前平均值滑动点不在压力测试区间内，执行步骤S5；若当前平均值滑动点在压力测试区间内，在滑动起点到当前平均值滑动点的临时区间内，按照预设的拟合函数利用设备压力平均值拟合管路压力值并获得平均值拟合度和平均值拟合公式，若平均值拟合度符合预设分段条件，则将当前平均值滑动点作为平均值拟合分段点，进入步骤B，若平均值拟合度不符合预设分段条件，继续向前滑动；
步骤B，在标准管路压力数据组上按照设定步长滑动直到确定中间值拟合分段点；
所述中间值拟合分段点确定方法为：每次滑动后，若当前中间值滑动点不在压力测试区间内，执行步骤S5；若当前中间值滑动点在压力测试区间内，在滑动起点到当前中间值滑动点的临时区间内，按照预设的拟合函数利用设备压力中间值拟合管路压力值并获得中间值拟合度和中间值拟合公式，若中间值拟合度符合预设分段条件，则将当前中间值滑动点作为中间值拟合分段点，进入步骤C，若中间值拟合度不符合预设分段条件，继续向前滑动；
步骤C，选择中间值拟合度和平均值拟合度中较大者对应的当前滑动点作为拟合分段点，较大者对应的拟合公式作为所述拟合分段点到压力测试区间起点或上一拟合分段点的子区间的补偿子模型；
步骤D，以新获得的拟合分段点为起点返回执行步骤A、步骤B和步骤C。
7.如权利要求4或5或6所述的补偿模型构建方法，其特征在于，预设分段条件为：当前滑动点获得的拟合度小于前一滑动点获得的拟合度。
8.如权利要求7所述的补偿模型构建方法，其特征在于，压力测试区间包括正压测试区间和负压测试区间。
9.如权利要求2或3或4或5或6或8所述的补偿模型构建方法，其特征在于，预设的拟合函数为多项式拟合函数。
10.一种血液净化设备，所述血液净化设备包括血液净化管路和压力传感器，所述血液净化设备的外壳上设有压力监测接口，所述压力传感器位于所述压力监测接口内部，其特征在于，还包括补偿模块和权利要求1中的传感器保护罩，传感器保护罩的血液进口和血液出口分别接入血液净化管路，传感器保护罩的连接部与压力监测接口连接还包括补偿模块；
所述补偿模块配置有利用权利要求2-9之一所述的补偿模型构建方法获取的压力传感器保护罩压力补偿模型，所述补偿模块在获取压力传感器的实时压力测试值后，确定实时压力测试值的所属子区间，将实时压力测试值输入实时压力测试值所属子区间对应的补偿子模型获得补偿后的修正压力测试值，输出修正压力测试值。
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