CN109316669A - 一种智能可穿戴超声理疗仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能可穿戴超声理疗仪，其包括主机和治疗头组件。主机包含电源模块、显示模块、主控模块、功率输出模块；治疗头组件包括治疗头和耦合贴，其中治疗头包括驱动电路板、温度传感器和超声换能器，耦合贴包括固态耦合剂、耦合剂填充盒以及黏性敷料。治疗头一端通过柔性电缆与主机连接，另一端与耦合贴以可拆卸的方式连接。该理疗仪的输出声强为0.1W/cm2～0.5W/cm2，低功率的超声能保证长时间使用而不会提高安全方面的风险，采用锂电池供电使得整机结构与手机尺寸相仿，方便用户放进口袋或佩戴在身上使用。该理疗仪主要用于各种肌腱疾病、肌肉损伤或关节疼痛的物理治疗。
Description
技术领域
本发明涉及一种低功率超声理疗仪，尤其是一种智能可穿戴超声理疗仪。
背景技术
超声波作用于人体组织时会产生一定的生物效应，利用这些生物效应对人体的组织进行治疗，即所谓的超声理疗。其主要的生物效应为机械效应、温热效应、理化效应。
机械效应：超声振动可以引起组织细胞内物质运动，由于超声的细微按摩，使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦，从而产生细胞按摩作用，也称为“内按摩”，这是超声波疗法的独有特性。超声波的这种“内按摩”可以改变细胞膜的通透性，刺激细胞壁的弥散过程，促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺氧状态，改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机能等。
温热效应：人体组织对超声能量有比较大的吸收能力，因此当超声波在人体组织中传播过程中，其能量不断地被组织吸收而变成热量，其结果是组织的自身温度升高。即内生热。超声温热效应可增加血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增强酶活力。一般情况下，超声波的热作用以骨和***为显著，脂肪与血液为最少。
理化效应：超声的机械效应和温热效应均可促发若干物理化学变化。
目前，国内外的绝大多数理疗仪的体积与电话机差不多，且采用市电供电方式，所以其使用范围基本只限制在医院康复科或家庭等带有市电供电插座的地方。另一方面，大部分的理疗仪超声输出声强在1W/cm2～3W/cm2，在这样的声强作用下，一般一次的理疗时间需控制在15分钟以内，且理疗的时候需要移动理疗头，避免灼伤。再一方面是，目前的理疗仪只是内置了一些参数，整个设备是单机运行，相关数据不能利用以便后期更好的调整理疗参数。此外，目前的理疗仪无法准确监控治疗区域的温度，容易导致灼伤；超声治疗仪治疗头与治疗区域无法紧密贴合，治疗效果不佳。
发明内容
为解决现有产品中的不足以及满足多种治疗需求，本发明提供了一种智能可穿戴超声理疗仪，具体如下：
一种智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于，包括主机和治疗头组件：所述主机包含主机机身、电源模块、显示模块、主控模块、功率输出模块，所述电源模块向所述显示模块、所述主控模块、所述功率输出模块提供电能，所述主控模块与所述电源模块、所述显示模块、所述功率输出模块相连；所述显示模块与所述功率输出模块受所述主控模块的控制；所述主机机身上有功率输出端口，所述功率输出模块连接到所述功率输出端口；所述治疗头组件包含治疗头和耦合贴，所述治疗头包括驱动电路板、超声换能器、温度传感器；所述驱动电路板控制所述超声换能器，所述超声换能器包括一个辐射面用于输出超声能量，所述辐射面的中心位置设有开孔，所述温度传感器从所述开孔穿出，所述温度传感器与所述超声换能器密封连接；所述治疗头靠近辐射面的一端与所述耦合贴连接；所述智能可穿戴超声理疗仪还包括输出电缆，所述功率输出端口与所述治疗头组件通过所述输出电缆连接。
本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，所述耦合贴包括固态耦合剂、耦合剂填充盒以及黏性敷料；所述治疗头靠近辐射面的一端与所述耦合剂填充盒连接，所述固态耦合剂放置于所述耦合剂填充盒内，所述黏性敷料通过与所述耦合剂填充盒连接将所述治疗头固定在治疗部位且保证所述固态耦合剂与治疗部位充分接触。
本发明的另一种方案是在上述几种方案的基础上，所述电源模块包含锂电池、充电电路、电量监测电路、升压电路、位于主机机身上的充电接口；所述主控模块包括控制单元、蓝牙模块、位于主机机身上的按键和用于识别防伪卡的防伪插座、防伪卡；所述蓝牙模块通过蓝牙与手机或平板电脑连接，所述按键包括开关键、增加键、减少键、锁定键；所述显示模块包括位于主机机身上的液晶显示屏和指示灯。
本发明的另一种方案是在上述几种方案的基础上，所述功率输出模块包括升压电路、MOS管及对应的MOS管驱动电路，所述MOS管驱动电路与所述主控模块连接，所述功率输出模块输出5V～12V的直流电压，所述主控模块可以通过控制输出的直流电压占空比进而控制所述治疗头的平均输出功率。
本发明的另一种方案是在上述几种方案的基础上，所述驱动电路板包括频率发生芯片、高频驱动芯片、温度检测电路、报警提示电路；所述电源模块为所述频率发生芯片提供电能，所述频率发生芯片产生方波信号输出至所述高频驱动芯片，所述高频驱动芯片将所述方波信号放大后输出至所述超声换能器，进而驱动所述超声换能器输出超声能量；所述温度检测电路与所述温度传感器连接，所述温度检测电路将检测到的所述辐射面的温度数据发送到所述主机，所述温度检测电路与所述报警提示电路连接，当所述温度传感器检测到的所述辐射面的温度超出设定范围时，所述报警提示电路发出报警提示信息，所述超声换能器停止输出超声能量；当所述温度传感器检测到的所述辐射面的温度低于设定范围时，所述超声换能器开始输出超声能量。
本发明的另一种方案是在上述几种方案的基础上，所述超声换能器工作频率为1MHz～3MHz，输出声强为0.1W/cm2～0.5W/cm2。
本发明的另一种方案是在上述几种方案的基础上，所述耦合剂填充盒内部为薄的圆柱型结构，所述耦合剂填充盒内部放置所述固态耦合剂，所述耦合剂填充盒与所述黏性敷料连接一端具有底部开口，所述底部开口设有用于拖住所述固态耦合剂的内边缘；所述耦合剂填充盒与所述治疗头连接一端具有顶部开口；所述底部开口比所述顶部开口小；所述黏性敷料具有黏性敷料开口。
本发明的另一种方案是在上述几种方案的基础上，所述固态耦合剂为圆片形，所述固态耦合剂具有延展性。
本发明的另一种方案是在上述几种方案的基础上，所述固态耦合剂和所述黏性敷料通过胶水或超声波焊接进行连接。
本发明的另一种方案是在上述几种方案的基础上，手机或平板电脑可以通过蓝牙与所述智能可穿戴超声理疗仪连接，手机或平板电脑上的应用程序可以对超声理疗的参数进行设置。
本发明的有益效果是：
采用锂电池供电，体积较小，方便将该智能可穿戴超声理疗一戴在身上或放在口袋里，满足各种场景治疗需求，包括医院、家庭、公司、甚至旅途过程中等。
超声换能器中心设置开孔，温度传感器从开孔穿出，温度传感器的位置更接近目标治疗区域，可以更精确地检测治疗区域的温度，防止温度过高灼伤。
采用低功率的治疗头，可以配置不同工作频率，满足不同治疗深度的需求，且由于输出功率较低，能长时间贴附于治疗部位，而不易导致灼伤。
采用固态耦合剂能降低治疗者使用后取下耦合贴的不适感，只需用少量纸巾擦除水分既可。
采用黏性敷料可以更好地将治疗头固定在治疗部位，保证固态耦合剂与治疗部位紧密接触，达到更好的治疗效果。
采用蓝牙将设备与手机或平板电脑连接起来，用手机或平板电脑上的程序对治疗参数进行设置，可以便捷的设置治疗参数，以及自定义治疗参数；此外，可以保存设置记录和治疗参数，进一步的，可以对治疗参数进行分析和优化。
附图说明
图1是整体结构框图
图2是超声理疗仪主机的主视图
图3是超声理疗仪主机的右视图
图4是超声理疗仪主机的仰视图
图5是超声理疗仪主机的左视图
图6是超声理疗仪的主视图
图7是功率输出模块框图
图8是驱动电路板的驱动电路框图
图9是耦合帖的立体图
图10是耦合贴的分解图
图11是治疗头的俯视图
图12是图11治疗头A-A截面图
图13是手机或平板电脑的APP启动前界面图
图14是手机或平板电脑的APP启动后界面图
附图标记说明：
101-开关键
102-增加键
103-减少键
104-锁定键
105-液晶显示屏
106-指示灯
107-防伪插座
108-充电接口
109-输出电缆
201-黏性敷料
202-耦合剂填充盒
203-固态耦合剂
301-驱动电路板
302-电线
303-温度传感器
304-辐射面
305-超声换能器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例进行详细说明。
一种智能可穿戴超声理疗仪，如图1所示，包括主机和治疗头组件：所述主机包含主机机身、电源模块、显示模块、主控模块、功率输出模块，所述电源模块向所述显示模块、所述主控模块、所述功率输出模块提供电能，所述主控模块与所述电源模块、所述显示模块、所述功率输出模块相连；所述显示模块与所述功率输出模块受所述主控模块的控制；所述主机机身上有功率输出端口，所述功率输出模块连接到所述功率输出端口。
进一步的，所述治疗头组件包含治疗头和耦合贴，如图12所示，所述治疗头包括驱动电路板301、超声换能器305、温度传感器303，温度传感器303与驱动电路板301通过电线302连接，所述超声换能器305包括一个辐射面304用于输出超声能量，所述辐射面304的中心位置设有开孔，所述温度传感器303从所述开孔穿出，所述温度传感器303与所述超声换能器305密封连接；所述治疗头靠近辐射面304的一端与所述耦合贴连接；所述智能可穿戴超声理疗仪还包括输出电缆109，所述功率输出端口与所述治疗头组件通过所述输出电缆109连接。
优选的，输出电缆109采用柔性电缆。
如图9和图10所示，所述耦合贴包括固态耦合剂203、耦合剂填充盒202以及黏性敷料201；所述治疗头靠近辐射面304的一端与所述耦合剂填充盒202连接，所述固态耦合剂203放置于所述耦合剂填充盒202内，所述黏性敷料203通过与所述耦合剂填充盒202连接将所述治疗头固定在治疗部位且保证所述固态耦合剂203与治疗部位充分接触。
进一步的，该实施例电源模块包含锂电池、充电电路、电量监测电路、升压电路、位于主机机身上的充电接口108。优选的，锂电池为2000mAh锂电池。
进一步的，该实施例显示模块包括位于主机机身上的液晶显示屏105和指示灯106，指示灯的功能包括指示充电状态。优选的，液晶显示屏为2.23寸的OLED液晶屏。
进一步的，该实施例主控模块包括控制单元、蓝牙模块、位于主机机身上的按键、用于识别防伪卡的防伪插座、防伪卡；所述蓝牙模块通过蓝牙与手机或平板电脑连接，优选的，蓝牙模块采用TI公司的CC2640蓝牙模块芯片，其包含ARM Cortex-M3微处理器和2.4GHzRF收发器，并符合Bluetooth低功耗(BLE)4.2和5规范。
进一步的，该实施例锂电池的输出电压经过低压差线性稳压器给显示模块、主控模块以及功率输出模块提供电能。
进一步的，该实施例主控模块连接电源模块的充电电路，随时监测充电状态并将充电状态通过指示灯106进行显示。
进一步的，该实施例主控模块通过4线SPI与OLED液晶屏连接。
图2-图5所示，该实施例包括控位于主机机身上的开关键101、增加键102、减少键103、锁定键104、液晶显示屏105、指示灯106、防伪插座107、充电接口108和输出电缆109。
在本实施例中，进一步的，长按开关键101三秒，可以对主机进行开机和关机。液晶显示屏105上可显示电池电量、蓝牙连接状态、设定治疗时间以及其他的一些提示信息。指示灯106指示充电状态，在对主机进行充电时会显示黄绿色，充满则变为绿色。增加键102可以控制设定治疗时间的增加，减少键103可控制治疗时间减少。开机启动后默认的治疗时间为零，一旦设置治疗时间大于零则有输出。锁定键104打开后，其他按键无法进行操作，避免在使用过程中误触按键影响治疗。
进一步的，充电接口108采用USB Type-C接口，可以用一般的手机充电器或充电宝对该设备进行充电。
进一步的，如图6所示，输出电缆109包括主机电缆和治疗头电缆，主机电缆和治疗头电缆通过插座连接。
进一步的，防伪插座107用于***耦合贴包装中的防伪卡。防伪卡内部存储设备可使用时间的信息，且该使用时间与耦合贴包装中的耦合贴数量有关。每个耦合贴设置一个固定最大可使用时间，如四小时，则耦合贴包装中耦合贴数量越多，则***该防伪卡后设备可使用时间越长。主机在使用时会先读取存储在防伪卡的时间信息，并在每次使用完成后将可使用时间更新并存入防伪卡中。当可使用时间为零时，则主机无输出，对应治疗头的超声能量也不能输出，并在液晶屏105上提示更换新的防伪卡。该防伪卡存在每一个耦合贴的包装中，能保证每一个耦合贴的使用时间，且尽量减少使用其他仿品。
如图7所示，本实施例功率输出模块包括升压电路、MOS管及对应的MOS管驱动电路，所述MOS管驱动电路与所述主控模块连接，MOS驱动电路的控制信号由主控模块提供，可以是开关信号，也可以是PWM信号，控制信号用于控制MOS管的打开、关断及占空比。
进一步的，本实施例主控模块输出PWM信号给功率输出模块，功率输出模块通过功率输出端口、输出电缆109将PWM信号传输到治疗头的驱动电路板301，控制治疗头超声换能器305的能量输出，功率输出模块输出的直流电压为5V～12V。
进一步的，本实施例升压模块将锂电池的3.7V电压升到5V并通过MOS管输出。功率输出模块输出5V的直流电压，主控模块通过控制输出的直流电压占空比进而控制所述治疗头的平均输出功率。
如图8所示，本实施例驱动电路板包括频率发生芯片、高频驱动芯片、温度检测电路、报警提示电路；电源模块为所述频率发生芯片提供电能，所述频率发生芯片产生方波信号输出至所述高频驱动芯片，所述高频驱动芯片将所述方波信号放大后输出至所述超声换能器305，进而驱动所述超声换能器305输出超声能量；所述温度检测电路与所述温度传感器303连接，所述温度传感器303将检测到的所述辐射面304的温度数据通过温度检测电路发送到所述主机，所述温度检测电路与所述报警提示电路连接，当所述温度传感器303检测到的所述辐射面304的温度超出设定值时，所述报警提示电路发出报警提示信息，所述超声换能器停止输出超声能量。
进一步的，频率发生芯片采用LTC6908，LTC6908可以通过电阻配置输出50kHz-10MHz之间的频率，本实施例配置输出1MHz和3MHz两个频率。LTC6908输出的信号驱动能力弱，不足以驱动超声换能器，通过高频驱动芯片增大驱动能力，然后再驱动超声换能器305。
进一步的，治疗头内部设置振动马达，超温报警时，震动马达会产生短时震动，提醒用户。
进一步的，本实施例中超声换能器工作频率为1MHz～3MHz，输出声强为0.1W/cm2～0.5W/cm2。
进一步的，本实施例中温度传感器303与超声换能器305之间采用704硅橡胶密封连接。
优选的，本实施例中温度传感器303采用NTC热敏电阻，NTC热敏电阻通过电线302连接到驱动电路板301上。驱动电路板301上的温度检测电路采用惠斯通电桥测量NTC热敏电阻的阻值，并将输出的差分电压通过传输电缆109传输到主机的ADC(模数转换器)，然后根据计算出的阻值得出对应的温度值并在液晶显示器105上显示。同时将惠斯通电桥输出的差分信号转化为单端信号并通过一个滞回比较器，滞回比较器的输出连接至报警提示电路及频率输出控制，以便在超出报警温度设定范围时，给出报警信号并关断超声换能器305的超声能量输出；当监测到的温度值低于报警温度设定范围时，启动超声换能器305的超声能量输出。
进一步的，通过调节滞回比较器的回差及阈值，可控制前端温度范围，避免在单点温度处出现频繁开关断超声能量输出。
进一步的，报警温度的设定范围为35℃～45℃，优选为37℃～43℃。
进一步的，本实施例中黏性敷料201和耦合剂填充盒202采用胶水或者超声波焊接进行连接。
进一步的，耦合剂填充盒202内部为薄的圆柱型结构，所述耦合剂填充盒202与所述黏性敷料201连接一端具有底部开口，所述底部开口设有用于拖住所述固态耦合剂203的内边缘；所述耦合剂填充盒202与所述治疗头连接一端具有顶部开口；所述底部开口比所述顶部开口小，保证放入固态耦合剂203时不会掉出，所述黏性敷料201上具有黏性敷料开口。优选的，顶部开口为直径30mm的圆形，底部开口为直径为25mm的圆形，黏性敷料开口为直径为32.3mm的圆形。顶部开口、底部开口和黏性敷料开口为同心的圆。
优选的，黏性敷料上有一个易撕口。
优选的，黏性敷料为水刺无纺布或者PP无纺布。
优选的，固态耦合剂203尺寸与耦合剂填充盒202内部尺寸相当或者固态耦合剂203尺寸比耦合剂填充盒202内部尺寸稍小。
进一步的，耦合剂填充盒202外边缘有锁紧机构，治疗头具有与之配合的锁紧机构，治疗头与耦合剂填充盒202通过锁紧机构连接。优选的，锁紧机构为螺纹机构。
进一步的，固态耦合剂203为圆片形，所述固态耦合剂203具有延展性。黏性敷料201将治疗头与治疗部位(皮肤)紧密连接，确保治疗头上的超声换能器辐射面304、固态耦合剂203、治疗区域如皮肤三者之间没有空隙，尽量减少超声能量的衰减。
进一步的，在该实施例中，用户手机或平板电脑可以通过蓝牙与所述智能可穿戴超声理疗仪连接，手机或平板电脑上的应用程序可以对超声理疗的参数进行设置。如图13和图14所示，分别为智能可穿戴超声理疗仪启动前和启动后的应用程序显示界面，启动前，显示界面显示“启动”按钮，可以控制超声能量输出；启动后，界面显示“暂停”、“取消”，分别控制暂停输出超声能量及取消本次输出计时，结束本次超声治疗；应用程序操作界面上，最上面显示的是剩余时间，部位则显示选择的预定义治疗部位或者自定义的治疗部位，该部分可在参数中进行选择和设置，温度则显示治疗头辐射面304温度传感器303采集的温度信号，由主机计算并传递给手机或平板电脑。参数标签可选择预定义部位和自定义部位，预定义部位包含预定义的输出功率、脉冲周期、占空比、持续时间，且不可对这些参数进行设置，自定义部位可以对上述参数进行设置。数据标签则包含治疗数据的统计，包含治疗时间及对应的参数、总的治疗时间等。个人标签包含个人信息、预定义参数更新、主机信息、耦合贴购买等。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变换，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于，包括主机和治疗头组件：
所述主机包含主机机身、电源模块、显示模块、主控模块、功率输出模块，所述电源模块向所述显示模块、所述主控模块、所述功率输出模块提供电能，所述主控模块与所述电源模块、所述显示模块、所述功率输出模块相连；所述显示模块与所述功率输出模块受所述主控模块的控制；所述主机机身上有功率输出端口，所述功率输出模块连接到所述功率输出端口；
所述治疗头组件包含治疗头和耦合贴，所述治疗头包括驱动电路板、超声换能器、温度传感器；所述驱动电路板控制所述超声换能器，所述超声换能器包括一个辐射面用于输出超声能量，所述辐射面的中心位置设有开孔，所述温度传感器从所述开孔穿出，所述温度传感器与所述超声换能器密封连接；所述治疗头靠近辐射面的一端与所述耦合贴连接；
所述智能可穿戴超声理疗仪还包括输出电缆，所述功率输出端口与所述治疗头组件通过所述输出电缆连接。
2.如权利要求1所述的智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于，所述耦合贴包括固态耦合剂、耦合剂填充盒以及黏性敷料；所述治疗头靠近辐射面的一端与所述耦合剂填充盒连接，所述固态耦合剂放置于所述耦合剂填充盒内，所述黏性敷料通过与所述耦合剂填充盒连接将所述治疗头固定在治疗部位且保证所述固态耦合剂与治疗部位充分接触。
3.如权利要求2所述的智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于：所述电源模块包含锂电池、充电电路、电量监测电路、升压电路、位于主机机身上的充电接口；所述主控模块包括控制单元、蓝牙模块、位于主机机身上的按键和用于识别防伪卡的防伪插座、防伪卡；所述蓝牙模块通过蓝牙与手机或平板电脑连接，所述按键包括开关键、增加键、减少键、锁定键；所述显示模块包括位于主机机身上的液晶显示屏和指示灯。
4.如权利要求2所述的智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于：所述功率输出模块包括升压电路、MOS管及对应的MOS管驱动电路，所述MOS管驱动电路与所述主控模块连接，所述功率输出模块输出5V～12V的直流电压，所述主控模块可以通过控制输出的直流电压占空比进而控制所述治疗头的平均输出功率。
5.如权利要求2所述的智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于：所述驱动电路板包括频率发生芯片、高频驱动芯片、温度检测电路、报警提示电路；所述电源模块为所述频率发生芯片提供电能，所述频率发生芯片产生方波信号输出至所述高频驱动芯片，所述高频驱动芯片将所述方波信号放大后输出至所述超声换能器，进而驱动所述超声换能器输出超声能量；所述温度检测电路与所述温度传感器连接，所述温度检测电路将检测到的所述辐射面的温度数据发送到所述主机，所述温度检测电路与所述报警提示电路连接，当所述温度传感器检测到的所述辐射面的温度超出设定范围时，所述报警提示电路发出报警提示信息，所述超声换能器停止输出超声能量；当所述温度传感器检测到的所述辐射面的温度低于设定范围时，所述超声换能器开始输出超声能量。
6.如权利要求2所述的智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于：所述超声换能器工作频率为1MHz～3MHz，输出声强为0.1W/cm2～0.5W/cm2。
7.如权利要求2所述的智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于：所述耦合剂填充盒内部为薄的圆柱型结构，所述耦合剂填充盒内部放置所述固态耦合剂，所述耦合剂填充盒与所述黏性敷料连接一端具有底部开口，所述底部开口设有用于拖住所述固态耦合剂的内边缘；所述耦合剂填充盒与所述治疗头连接一端具有顶部开口；所述底部开口比所述顶部开口小；所述黏性敷料具有黏性敷料开口。
8.如权利要求2所述的智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于：所述固态耦合剂为圆片形，所述固态耦合剂具有延展性。
9.如权利要求2所述的智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于：所述固态耦合剂和所述黏性敷料通过胶水或超声波焊接进行连接。
10.如权利要求2所述的智能可穿戴超声理疗仪，其特征在于：手机或平板电脑可以通过蓝牙与所述智能可穿戴超声理疗仪连接，手机或平板电脑上的应用程序可以对超声理疗的参数进行设置。
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|---|---|---|---|
| CN201811451612.7A CN109316669A (zh) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 一种智能可穿戴超声理疗仪 |
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| CN109316669A true CN109316669A (zh) | 2019-02-12 |
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- 2018-11-30 CN CN201811451612.7A patent/CN109316669A/zh active Pending
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