JP2017023371A - Blood alcohol concentration watch device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、血中アルコール濃度の変化を簡易的な近赤外線分光法による測定で血中アルコール濃度を計算して警告する腕時計型の血中アルコール濃度ウォッチ装置に関する The present invention relates to a wristwatch-type blood alcohol concentration watch device that warns by calculating blood alcohol concentration by a simple near-infrared spectroscopy measurement of a change in blood alcohol concentration.
日本では、呼気中アルコール濃度０．１５ｍｇ／Ｌ以上は酒気帯び運転とされる。しかし、アルコールを飲むと、神経伝達物質である「ドーパミン」が分泌され、ドーパミンが分泌されると、アルコールは気持ちを平静に保つ脳内物質の分泌を抑え、そのはたらきを鈍らせるので飲酒運転は後を絶たない。 In Japan, an alcohol concentration in the breath of 0.15 mg / L or more is considered to be drunk driving. However, when alcohol is consumed, the neurotransmitter `` dopamine '' is secreted, and when dopamine is secreted, alcohol suppresses the secretion of substances in the brain that keep calm and dulls its function, so drunk driving There is no end to it.
市場では色々なアルコールチェッカーが市販されているが、安価なものは精度が低く、高価なものは持ち運びに不便である。 There are various alcohol checkers on the market, but cheap ones have low accuracy, and expensive ones are inconvenient to carry.
血中アルコール濃度に関する提案もあるが（特許文献１）、登録者の照合用の静脈パターンと、エチルアルコールの吸光率の基準値と測定値を比較している。 Although there is also a proposal regarding the blood alcohol concentration (Patent Document 1), the vein pattern for verification of the registrant is compared with the measured value and the reference value of the absorbance of ethyl alcohol.
また、近赤外領域（９００〜１７００ｎｍ）の血液容積変動に伴う透過光強度変化，すなわち光電容積脈波を利用して血糖値の定量化を行う方法（ｐｕｌｓｅ ｇｌｕｃｏｍｅｔｒｙ；パルスグルコメトリ）も提案されている（非特許文献１）。 In addition, there is also a method for quantifying blood glucose level using a change in transmitted light intensity associated with blood volume fluctuation in the near infrared region (900 〜 1700 nm), that is, a photoelectric volume pulse wave (pulse glucoseometry). It has been proposed (Non-Patent Document 1).
上記の特許文献においては、赤外線イメージセンサーを使用することが記載されているが、静脈パターンと血中アルコール濃度測定を兼用しているので、指を入れる大きなセンサーが必要となり、腕時計に組み込むことは出来ない。 In the above-mentioned patent document, it is described that an infrared image sensor is used, but since a vein pattern and blood alcohol concentration measurement are combined, a large sensor for inserting a finger is required, and it can be incorporated into a wristwatch. I can't.
また、非特許文献１においては、１１８５ｎｍをアルコールを吸収し易い波長として採用している。Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙ法にて脈波の平滑化処理を行い、それを一次微分した波形から脈波の立ち上がり点、立ち下がり点を検出する方法を採用し、更に決定されたピークボトムから一拍毎の差分吸光度を算出し、分析に用いた二次微分差分吸光度は、採血後１０拍分（約１０秒）の一拍毎に算出された平均値を使用しているので、測定には採血が必要で、かつ大型の測定装置が必要となり、腕時計には組み込めない。 In Non-Patent Document 1, 1185 nm is adopted as a wavelength that easily absorbs alcohol. The pulse wave is smoothed by the Savitzky-Golay method, and a method of detecting the rising and falling points of the pulse wave from the waveform obtained by primary differentiation of the pulse wave is adopted, and further, every beat from the determined peak bottom. The differential absorbance is calculated and the second derivative differential absorbance used for the analysis uses the average value calculated for every 10 beats (about 10 seconds) after blood collection. In addition, a large measuring device is required and cannot be installed in a wristwatch.
上記の課題を解決するために、本発明によれば、市販されている腕時計型の脈拍計と同等のサイズとなる。ハードウェア的には市販の脈拍計型腕時計を改造して実現できる。発光手段として使われている近赤外線以外の波長を持つＬＥＤを近赤外線の波長を持つＬＥＤに交換し、連続発光ではなく、階段波に１ｍｓ以下のパルスを重畳した複合パルスを手首の血管領域に照射し、この反射波における階段波の段差部から基準レベルを設定し、階段波の平坦部に重畳した１ｍｓ未満のパルスのベース部からの波高と比較することにより血中アルコール濃度の変化を検出することとした。 In order to solve the above-described problems, according to the present invention, the size is equivalent to that of a commercially available wristwatch-type pulse meter. In terms of hardware, it can be realized by modifying a commercially available pulse meter type wristwatch. Replacing LEDs with near-infrared wavelengths used as light emitting means with LEDs with near-infrared wavelengths, instead of continuous light emission, a composite pulse in which a pulse of 1 ms or less is superimposed on a staircase wave is applied to the blood vessel region of the wrist Irradiate, set the reference level from the stepped portion of the stepped wave in this reflected wave, and detect the change in blood alcohol concentration by comparing with the pulse height from the base portion of the pulse of less than 1 ms superimposed on the flat portion of the stepped wave It was decided to.
従来のアルコールチェッカーを常時携帯する方法と比較すると、腕時計型としたことで利便性が増し、２４時間体制での監視が可能となるので、飲酒運転を抑止する効果が期待できる。アルコール濃度が危険領域になった場合には、周囲の人にもアラーム機能により警告音を発生させて知らせることができるので周囲に人が居れば運転を制止でき、また、Ａｐｐｌｅ Ｗａｔｃｈ(登録商標)のように携帯電話機と連携し、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線機能で携帯電話機と通信することにより周囲に人が居なくても救護を要請することで飲酒運転を未然に防止することができる。 Compared with the method of always carrying a conventional alcohol checker, the convenience of the wristwatch type is increased and monitoring over a 24-hour period is possible, so that an effect of suppressing drunk driving can be expected. When the alcohol concentration is in a hazardous area, the alarm function can be used to alert the surrounding people, so that if there are people in the surroundings, driving can be stopped, and Apple Watch (registered trademark) In this way, it is possible to prevent drunk driving by requesting relief even if there are no people around by communicating with the mobile phone using a wireless function such as Bluetooth (registered trademark) in cooperation with the mobile phone. .
本発明の目的は、腕時計型の血中アルコール濃度の変化を検出し、血中アルコール濃度が危険領域に入る前に腕時計の装着者にアラームを出すことであり、精密な測定を目的とするものではないので、市販されている腕時計型の脈拍計と同等程度の難易度で製造できる利点がある。 An object of the present invention is to detect a change in the blood alcohol concentration of a wristwatch type, and to give an alarm to a wristwatch wearer before the blood alcohol concentration enters a dangerous area, and is intended for precise measurement. Therefore, there is an advantage that it can be manufactured with the same degree of difficulty as that of a commercially available wristwatch-type pulse meter.
図１は、血中アルコール濃度ウォッチ装置１の機能ブロック図である。血中アルコール濃度ウォッチ装置１は、時計機能と、アラーム機能を有するＣＰＵと、このＣＰＵに接続されるメモリーと、前記ＣＰＵによって制御されるパルス発光手段と、このパルス発光手段から発射されたパルス光が血管を含む皮膚から反射された反射パルス光を光電変換する受光手段を備える血中アルコール濃度ウォッチ装置であって、前記パルス発光手段から血管を含む皮膚に反射された反射パルス光には、階段部とこの踊り場部に重畳されたパルスが含まれ、この重畳されたパルスは、振幅が１ｍｓ以下の近赤外領域光パルスであり、前記ＣＰＵは、前記受光手段により検出された血管を含む皮膚から反射された反射パルス光における前記階段部で基準値を設定し、この基準値と前記踊り場部に重畳されたパルスのピーク値との比率を計算して前記時計機能から得られた日時情報と共に前記メモリーに保存し、この比率が所定範囲にない場合には、前記アラーム機能によりアラーム信号を出力することを特徴とする血中アルコール濃度ウォッチ装置である。 FIG. 1 is a functional block diagram of a blood alcohol concentration watch device 1. The blood alcohol concentration watch device 1 includes a CPU having a clock function and an alarm function, a memory connected to the CPU, pulse light emission means controlled by the CPU, and pulse light emitted from the pulse light emission means. Is a blood alcohol concentration watch device comprising a light receiving means for photoelectrically converting reflected pulsed light reflected from the skin including blood vessels, and the reflected pulsed light reflected from the pulsed light emitting means to the skin including blood vessels includes staircases. And a pulse superimposed on the landing part, and the superimposed pulse is a near-infrared light pulse having an amplitude of 1 ms or less, and the CPU includes a skin including a blood vessel detected by the light receiving means. A reference value is set in the staircase portion of the reflected pulse light reflected from the base, and the reference value and the peak value of the pulse superimposed on the landing area The rate of alcohol is calculated and stored in the memory together with the date and time information obtained from the clock function, and when the ratio is not within a predetermined range, an alarm signal is output by the alarm function. It is a watch device.
第１ＬＥＤ４と、第２ＬＥＤ５は隣接した別々のＬＥＤでも良いし、１個のＬＥＤで印加電圧を変えることで代用することもできる。また、第３ＬＥＤ５は、アルコール近赤外線領域の波長を持つＬＥＤを使い、例えば１１８５ｎｍの波長を持つＬＥＤが使える。 The first LED 4 and the second LED 5 may be separate adjacent LEDs, or can be substituted by changing the applied voltage with one LED. The third LED 5 uses an LED having a wavelength in the alcohol near-infrared region. For example, an LED having a wavelength of 1185 nm can be used.
第１ＬＥＤ４と、第２ＬＥＤ５は、反射光が血中アルコール濃度の影響を受け難いことが望ましいので、近赤外線領域以外の波長を持つＬＥＤを使うことが望ましい。 Since it is desirable for the first LED 4 and the second LED 5 that the reflected light is not easily affected by the blood alcohol concentration, it is desirable to use LEDs having wavelengths other than the near-infrared region.
しかし、本発明の目的は、腕時計型の血中アルコール濃度の変化を検出し、血中アルコール濃度が危険領域に入る前に腕時計の装着者にアラームを出すことである。精密な測定を目的としていないので、装置の簡素化とコストダウンを目的として、第１ＬＥＤ４と第２ＬＥＤ５も近赤外線領域のＬＥＤとし、究極的には１個の近赤外線領域ＬＥＤだけを使うことでも目標は達成できる。 However, an object of the present invention is to detect a change in the blood alcohol concentration of the wristwatch type and to give an alarm to the wristwatch wearer before the blood alcohol concentration enters the danger area. Since it is not intended for precise measurement, the first LED 4 and the second LED 5 are also used in the near-infrared region for the purpose of simplifying the device and reducing the cost. Ultimately, using only one near-infrared region LED is also a goal Can be achieved.
ＣＰＵ２に接続されるメモリー８には、光センサー手段７で受光した複合パルス７ａを光電変換した電気信号から生成したデーターからＣＰＵが計算した比率から血中アルコール濃度を計算する一次関数の計算式が格納され、前記血中アルコール濃度ウォッチ装置１とは別の血中アルコール濃度測定手段を使って測定した数値を外部インターフェース９から前記ＣＰＵに入力することにより、一次関数の計算式の補正ができる。 The memory 8 connected to the CPU 2 has a linear function calculation formula for calculating the blood alcohol concentration from the ratio calculated by the CPU from the data generated from the electrical signal obtained by photoelectrically converting the composite pulse 7a received by the optical sensor means 7. The stored numerical value measured using the blood alcohol concentration measuring means different from the blood alcohol concentration watch device 1 is input from the external interface 9 to the CPU, whereby the calculation function of the linear function can be corrected.
またＣＰＵ２には、外部インターフェース９が接続され、例えば適宜アルコールチェッカーで測定した血糖アルコール値（ｍｇ／Ｌ）を入力することで、光センサー手段７による測定値との相関をとることができる。 Further, an external interface 9 is connected to the CPU 2, and a blood glucose alcohol value (mg / L) measured by, for example, an alcohol checker is input as appropriate, so that a correlation with a measured value by the optical sensor means 7 can be taken.
更にＣＰＵ２には、アラーム機能１０が接続され、ＣＰＵ２が後述する所定の計算をすることにより、ＣＰＵ２の指示でアラーム信号を出力する。 Further, an alarm function 10 is connected to the CPU 2, and the CPU 2 outputs an alarm signal in accordance with an instruction from the CPU 2 by performing a predetermined calculation described later.
また、ＣＰＵ２にはディスプレイ１１が接続され、時計機能による時計表示のほか、ＣＰＵ２によって計算した血中アルコール濃度の推定値を表示することができる。 A display 11 is connected to the CPU 2, and an estimated value of the blood alcohol concentration calculated by the CPU 2 can be displayed in addition to a clock display by a clock function.
図２は、発射パルス光と反射パルス光の波形例である。ＣＰＵ２によってプログラムが開始されると、まずＣＰＵ２がＬＥＤ駆動回路３を介して、第１ＬＥＤ４を駆動してパルス幅１００ｍｓのパルス４ａを発射する。 FIG. 2 is a waveform example of the emitted pulsed light and the reflected pulsed light. When the program is started by the CPU 2, the CPU 2 first drives the first LED 4 via the LED drive circuit 3 to emit a pulse 4 a having a pulse width of 100 ms.
その後、ＣＰＵ２はＬＥＤ駆動回路３を介して、第２ＬＥＤ５を駆動してパルス幅１０ｍｓのパルス５ａを発射する。 Thereafter, the CPU 2 drives the second LED 5 via the LED driving circuit 3 to emit a pulse 5a having a pulse width of 10 ms.
更に、ＣＰＵ２はＬＥＤ駆動回路３を介して、第３ＬＥＤ６を駆動してパルス幅１ｍｓのパルス６ａを発射する。 Further, the CPU 2 drives the third LED 6 via the LED driving circuit 3 to emit a pulse 6a having a pulse width of 1 ms.
一方、光センサー７は、皮膚で反射により複合された反射複合パルス７ａを検出する。 On the other hand, the optical sensor 7 detects a reflection composite pulse 7a combined by reflection on the skin.
更にＣＰＵ２は、前記反射により形成される光センサーの受光波形７ａにおける階段形状のステップ部を使って基準値Ｒを設定し、この基準値と前記重畳されたパルスのピーク値Ｐとの比率ｋを計算して前記時計機能から得られた日時情報と前記比率を前記メモリー８に保存する。前記比率が所定範囲外である場合には、前記アラーム機能１０によりアラーム信号を出力する。 Further, the CPU 2 sets a reference value R using a stepped step portion in the light receiving waveform 7a of the photosensor formed by the reflection, and sets a ratio k between the reference value and the peak value P of the superimposed pulse. The date and time information calculated and obtained from the clock function and the ratio are stored in the memory 8. When the ratio is out of the predetermined range, the alarm function 10 outputs an alarm signal.
図３は、受光手段で検出した反射複合パルスの処理プロセス例である。光センサー７で受光した光センサーの受光波形７ａはタイミングを合わせてサンプリングされ、第１ＬＥＤ４からの光はタイミングｔ１からｔ２の間で第１バッファー１２によってサンプリングされる。 FIG. 3 shows an example of a processing process of the reflected composite pulse detected by the light receiving means. The light receiving waveform 7a of the light sensor received by the light sensor 7 is sampled at the same timing, and the light from the first LED 4 is sampled by the first buffer 12 between the timings t1 and t2.
次に、第１ＬＥＤ４と第２ＬＥＤ５のパルスが重畳された部分はタイミングｔ２からタイミングｔ３の間で第２バッファー１３によってサンプリングされる。 Next, the portion where the pulses of the first LED 4 and the second LED 5 are superimposed is sampled by the second buffer 13 between timing t2 and timing t3.
更に、第１ＬＥＤ４と、第２ＬＥＤ５と、第３ＬＥＤ６のパルスが重畳された部分はタイミングｔ３からタイミングｔ４の間で第３バッファー１４によってサンプリングされる。 Further, the portion where the pulses of the first LED 4, the second LED 5, and the third LED 6 are superimposed is sampled by the third buffer 14 between timing t3 and timing t4.
第１バッファー１２と第２バッファー１３の出力は、第１減算回路１５に入力される。 Outputs of the first buffer 12 and the second buffer 13 are input to the first subtraction circuit 15.
第２バッファー１３と第３バッファー１４の出力は、第２減算回路１６に入力される。 The outputs of the second buffer 13 and the third buffer 14 are input to the second subtraction circuit 16.
第１減算回路１５と第２減算回路１６の出力は、除算回路１７に入力され、アナログデジタル変換回路１８を経てマイクロコンピューター１９に入力される。 Outputs of the first subtraction circuit 15 and the second subtraction circuit 16 are input to the division circuit 17 and input to the microcomputer 19 via the analog-digital conversion circuit 18.
図４は、データー変換直線の補正例である。時系列的に従前のｙ＝ａｘ＋ｂ１という関係式１６に対し、第１測定点における前記比率ｋのデーターｅをｘに代入する。ここで、アルコールチェッカーによる呼気中アルコール濃度が０．１６だったとすると、０．１６＝ａ＊ｅ＋ｂ２となるｂ２を計算して、新しい関係式１７ ｙ＝ａｘ＋ｂ２ を生成する。以降、次のデーター入力があるまで新しい計算式１７を使って血中アルコール濃度の計算を事項する。 FIG. 4 is a correction example of the data conversion straight line. For the previous relational expression 16 y = ax + b1 in chronological order, the data e of the ratio k at the first measurement point is substituted for x. Here, assuming that the alcohol concentration in the breath by the alcohol checker is 0.16, b2 that satisfies 0.16 = a * e + b2 is calculated, and a new relational expression 17 y = ax + b2 is generated. Thereafter, the calculation of blood alcohol concentration is performed using the new calculation formula 17 until the next data is input.
なお、非特許文献１の２４２頁に「実験中は極力アルコール摂取に伴う影響のみを評価するために，参加者には飲酒中（ＢＡＣを上げる系）の食事を禁止した」という記載があるように、近赤外線光は血中アルコール濃度だけでなく、血液中の水やグルコースなどの物質の吸収を反映することが知られている。 It should be noted that page 242 of Non-Patent Document 1 states that “participants were prohibited from drinking (drinking BAC) meals during the experiment to evaluate only the effects of alcohol consumption as much as possible”. In addition, it is known that near-infrared light reflects not only blood alcohol concentration but also absorption of substances such as water and glucose in blood.
しかし、本発明の目的は、簡易的な血中アルコール濃度の変化を検出してアラームを出すことにあり、血中アルコール濃度の検出とは別に低血糖アラームが起動しても、装着している本人に異常が認められない場合にはアラームをリセットすれば問題ない。本発明の血中アルコール濃度ウォッチ装置に低血糖アラーム機能を付加する場合には、特許第４８３２１５９号の技術を使うことができる。これにより、糖尿病を患っている人が腕時計を装着することで、アルコールを飲んでいない時に低血糖症状が出たらアラームを鳴らす複合機能を有する腕時計とすることが考えられる。 However, an object of the present invention is to detect a simple change in blood alcohol concentration and issue an alarm, and it is worn even if a hypoglycemia alarm is activated separately from the detection of blood alcohol concentration. If there is no abnormality in the person, resetting the alarm is not a problem. When adding a hypoglycemia alarm function to the blood alcohol concentration watch device of the present invention, the technology of Japanese Patent No. 4832159 can be used. Thus, it can be considered that a person with diabetes wears a wristwatch to make a wristwatch having a combined function of sounding an alarm when a hypoglycemia symptom occurs when alcohol is not being consumed.
また、本発明に係る血中アルコール濃度ウォッチ装置自体に携帯電話機機能を具備させることや、本体には携帯電話機能を持たせずＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信機能を具備させ、携帯電話機やスマートフォンと接続して携帯電話機やスマートフォン経由でアラームを送信するようにすることも考えられる。この場合、例えば装着者が酔っ払っても携帯電話機やスマートフォンから家族などに自動的に電話を発信したり、運転代行会社に電話して代行運転サービスを受けたりすることが可能となる。 Further, the blood alcohol concentration watch device itself according to the present invention is provided with a mobile phone function, or the main body is provided with a wireless communication function such as Bluetooth (registered trademark) without having a mobile phone function. It is also conceivable to connect a smartphone and send an alarm via a mobile phone or smartphone. In this case, for example, even if the wearer gets drunk, it is possible to automatically make a call from a mobile phone or a smartphone to a family or to call a driving agency and receive a substitution driving service.
本発明に係る血中アルコール濃度ウォッチ装置は、腕時計代わりに常用できるので、普段から着用することにより、アルコールを摂取した際に血中アルコール濃度がどの程度上昇したかの目安となり、アラームが鳴った時に注意してアルコールチェッカー等で血中アルコール濃度を再確認することで飲酒運転を抑制することができる。 Since the blood alcohol concentration watch device according to the present invention can be used regularly instead of a wristwatch, it is a measure of how much the blood alcohol concentration has increased when alcohol is ingested, and an alarm sounded. Drunk driving can be suppressed by reconfirming the blood alcohol concentration with an alcohol checker or the like with caution.
１ 血中アルコール濃度ウォッチ装置
２ ＣＰＵ
３ ＬＥＤ駆動回路
４ 第１ＬＥＤ
４ａ 第１ＬＥＤの発光波形
５ 第２ＬＥＤ
５ａ 第２ＬＥＤの発光波形
６ 第３ＬＥＤ
６ａ 第３ＬＥＤの発光波形
７ 光センサー
７ａ 光センサーの受光波形
８ メモリー
９ 外部インターフェース
１０ アラーム機能
１１ ディスプレイ
１２ 第１バッファー
１３ 第２バッファー
１４ 第３バッファー
１５ 第１減算回路
１６ 第２減算回路
１７ 除算回路
１８ アナログデジタル変換回路
１９ マイクロコンピューター
２０ 第１の直線
２１ 第２の直線
1 Blood alcohol concentration watch device 2 CPU
3 LED drive circuit 4 1st LED
4a First LED emission waveform 5 Second LED
5a Second LED emission waveform 6 Third LED
6a Light emission waveform of third LED 7 Optical sensor 7a Light reception waveform of optical sensor 8 Memory 9 External interface 10 Alarm function 11 Display 12 First buffer 13 Second buffer 14 Third buffer 15 First subtraction circuit 16 Second subtraction circuit 17 Division circuit 18 Analog to Digital Conversion Circuit 19 Microcomputer 20 First Line 21 Second Line
Claims (2)
前記パルス発光手段から血管を含む皮膚に反射された反射パルス光には、階段部とこの踊り場部に重畳されたパルスが含まれ、
この重畳されたパルスは、振幅が１ｍｓ以下の近赤外領域光パルスであり、
前記ＣＰＵは、前記受光手段により検出された血管を含む皮膚から反射された反射パルス光における前記階段部で基準値を設定し、この基準値と前記踊り場部に重畳されたパルスのピーク値との比率を計算して前記時計機能から得られた日時情報と共に前記メモリーに保存し、この比率が所定範囲にない場合には、前記アラーム機能によりアラーム信号を出力することを特徴とする血中アルコール濃度ウォッチ装置。 A CPU having a clock function and an alarm function, a memory connected to the CPU, pulse light emission means controlled by the CPU, and pulsed light emitted from the pulse light emission means was reflected from the skin including blood vessels. A blood alcohol concentration watch device comprising a light receiving means for photoelectrically converting reflected pulsed light,
The reflected pulsed light reflected from the pulsed light emitting means to the skin including blood vessels includes a pulse superimposed on the staircase part and the landing part,
This superimposed pulse is a near-infrared light pulse with an amplitude of 1 ms or less,
The CPU sets a reference value at the stepped portion in the reflected pulse light reflected from the skin including the blood vessel detected by the light receiving means, and the reference value and the peak value of the pulse superimposed on the landing field portion. A ratio is calculated and stored in the memory together with date and time information obtained from the clock function, and when the ratio is not within a predetermined range, an alarm signal is output by the alarm function. Watch device.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111557656A (en) * | 2020-05-26 | 2020-08-21 | 广州金智医疗器械有限公司 | Emergency medicine supply emergency device |
-
2015
- 2015-07-22 JP JP2015144702A patent/JP2017023371A/en active Pending
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| CN111557656A (en) * | 2020-05-26 | 2020-08-21 | 广州金智医疗器械有限公司 | Emergency medicine supply emergency device |
| CN111557656B (en) * | 2020-05-26 | 2020-11-24 | 魏月玲 | Emergency medicine supply emergency device |
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