CN114288556B - 一种基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，包括：信号产生单元，用于产生第一电信号和第二电信号；叠加单元，用于将第一电信号和第二电信号叠加得到复合电信号；家用射频美容仪的射频电极在发射电压和发射功率的作用下，向目标皮肤发射复合电信号，信号接收单元采集复合回波电信号；分解单元，用于将复合回波电信号分解为第一回波信号和第二回波信号；阻抗计算单元，用于计算真皮层当前电阻抗和表皮层当前电阻抗；温度确定单元，用于确定表皮层当前温度及真皮层当前温度；调节单元，用于根据表皮层当前温度及真皮层当前温度调节发射电压和发射功率，无需额外安装红外测温传感器，既降低了成本还提高了射频信号强度控制的准确性。

Description

一种基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统

技术领域

本发明涉及美容仪控制领域，特别是涉及一种基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统。

背景技术

家用射频美容仪的原理与院线医美技术热玛吉相同，通过控制电极的布局与发射参数将射频能量聚集于皮下真皮层，使真皮层的胶原蛋白受热变性，刺激胶原新生以实现抗皱紧肤的美容效果。在家用射频美容技术领域中，真皮层温度需达到45℃-55℃之间方能有效刺激胶原新生。另有研究表明真皮层热量向上传递导致表皮层温度升高，但温度不宜超过43℃，否则将对表皮层造成烫伤。为了确保家用射频美容技术的安全性，目前市场上在售的相关美容仪均配有温控机制，以确保表皮层温度不超过安全阈值43℃。

现有的家用美容仪的温控技术大概分为三代：无温控机制、接触式温控机制及医用超高速红外温控机制。

无温控的射频技术为保证表皮层不被烫伤，全程以低电压或低功率输出射频能量，并不能适应性地调整射频强度，导致真皮层温度也无法到达45℃以上，即无法刺激胶原新生。

接触式温控机制通过在美容仪探头上安装测温传感器，测温传感器直接接触表皮层以监控表皮层温度，当表皮层温度高于安全阈值43℃时，发出报警提醒用户将探头与皮肤分开，或停止探头输出射频能量，以避免表皮层烫伤，但是并不能自适应地调整射频的强度，而且测温传感器的传导速度慢，秒级传导，可能出现温度传感器来不及采集皮肤的温度、温度采集速度无法和用户的操作手法匹配、美容仪升温过高、皮肤加热不均匀等情况。

医用超高速红外温控机制根据表皮层辐射的红外线变化情况测量温度，测温频率可达到每秒200次以上，但是医用超高速红外温控技术成本高、技术复杂，目前主要应用于院线级高端医美设备，强行集成于家用射频美容仪中将造成成本和体积增加、测温准确性下降，因此，家用射频美容仪还停留在接触式温控机制。

基于上述问题，亟需一种新的家用射频美容仪的控制系统以降低家用射频美容仪的成本及体积，并提高家用美容仪发射的射频信号强度控制的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，可降低家用射频美容仪的成本及体积，并提高家用射频美容仪发射的射频信号强度控制的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，所述家用射频美容仪包括射频电极，所述基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统包括：

信号产生单元，用于产生第一电信号和第二电信号；所述第一电信号的频率小于所述第二电信号的频率；所述第一电信号用于对目标皮肤的真皮层加热，所述第二电信号用于对目标皮肤的表皮层加热；

叠加单元，与所述信号产生单元连接，用于将所述第一电信号与所述第二电信号叠加，得到复合电信号；

发射单元，分别与所述叠加单元及家用射频美容仪的射频电极连接，用于为所述射频电极提供发射电压和发射功率，并将所述复合电信号发送至所述射频电极；所述射频电极在发射电压和发射功率的作用下，向目标皮肤发射所述复合电信号；

信号接收单元，与所述目标皮肤接触，用于接收流经目标皮肤的复合回波电信号；

分解单元，与所述信号接收单元连接，用于将所述复合回波电信号分解为第一回波信号和第二回波信号；所述第一回波信号的频率小于所述第二回波信号的频率；

阻抗计算单元，分别与所述分解单元及所述发射单元连接，用于根据所述第一回波信号及发射电压计算真皮层当前电阻抗，根据所述第二回波信号及发射电压计算表皮层当前电阻抗；

温度确定单元，与所述阻抗计算单元连接，用于根据所述表皮层当前电阻抗、真皮层当前电阻抗及阻抗-温度曲线，确定表皮层当前温度及真皮层当前温度；所述阻抗-温度曲线为预先通过实验测量确定的；

调节单元，分别与所述温度确定单元及所述发射单元连接，用于根据表皮层当前温度及真皮层当前温度，调节发射电压和发射功率。

可选地，所述第一电信号为：

所述第二电信号为：

其中，y₁为第一电信号，y₂为第二电信号，p₁为第一电信号幅度的系数，p₂为第二电信号幅度的系数，w₁为第一电信号的角频率，w₂为第二电信号的角频率，w₁<w₂，t为时刻，

为第一电信号的初相，

为第二电信号的初相。

可选地，所述叠加单元根据以下公式，确定复合电信号：

y＝y₁+y₂；

其中，y₁为第一电信号，y₂为第二电信号。

可选地，所述阻抗计算单元包括：

电流确定模块，与所述分解单元连接，用于根据所述第一回波信号确定第一回波电流，根据所述第二回波信号确定第二回波电流；

阻抗确定模块，分别与所述电流确定模块及所述发射单元连接，用于根据所述发射电压及所述第一回波电流计算真皮层当前电阻抗，根据所述发射电压及所述第二回波电流计算表皮层当前电阻抗。

可选地，所述阻抗确定模块根据以下公式，计算真皮层当前电阻抗及表皮层当前电阻抗：

其中，R₁为真皮层当前电阻抗，R₂为表皮层当前电阻抗，U₀为发射电压，I₁为第一回波电流，I₂为第二回波电流。

可选地，所述调节单元包括：

第一判断模块，与所述温度确定单元连接，用于判断所述真皮层当前温度与真皮最低温度阈值的大小，得到第一判断结果；

第二判断模块，与所述第一判断模块连接，用于在所述真皮层当前温度小于真皮最低温度阈值时，判断所述表皮层当前温度与表皮温度阈值的大小，得到第二判断结果；

第一调节模块，分别与所述第二判断模块及发射单元连接，用于在所述第二判断结果为表皮层当前温度小于表皮温度阈值时，增大发射电压及发射功率，在所述第二判断结果为表皮当前温度大于或等于表皮温度阈值时，减小发射电压及发射功率；

第三判断模块，与所述第一判断模块连接，用于在第一判断结果为所述真皮层当前温度大于或等于最低温度阈值时，判断所述真皮层当前温度与真皮最高温度阈值的大小，得到第三判断结果；

第四判断模块，与所述第三判断模块连接，用于在第三判断结果为所述真皮层当前温度小于或等于真皮最高温度阈值时，判断所述表皮层当前温度与表皮温度阈值的大小，得到第四判断结果；

第二调节模块，分别与所述第三判断模块、所述第四判断模块及发射单元连接，用于在所述第三判断结果为真皮层当前温度大于真皮最高温度阈值时，或第四判断结果为所述表皮层当前温度大于表皮温度阈值时，减小发射电压及发射功率，在第四判断结果为表皮层当前温度小于表皮温度阈值时，保持发射电压及发射功率不变。

可选地，所述真皮最低温度阈值为45℃；所述真皮最高温度阈值为55℃；所述表皮温度阈值为43℃。

可选地，所述第一电信号的波形为正弦波、方波或三角波。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过向目标皮肤发射复合电信号，复合电信号的低频部分对表皮层加热，高频部分对真皮层加热，并根据反射的回波信号计算真皮层电阻抗和表皮层电阻抗，进而根据电阻抗确定真皮层及表皮层的当前温度，根据真皮层当前温度和表皮层当前温度，自适应调节家用射频美容仪射频电极的发射电压和发射功率，无需额外安装红外测温传感器，既降低了硬件集成的难度及成本，还提高了家用美容仪发射的射频信号强度控制的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统的模块结构示意图；

图2为调节单元的内部结构图；

图3为本发明基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统的控制流程图；

图4为复合射频信号的生成过程示意图；

图5为低频信号、高频信号分别到达表皮层、真皮层的示意图；

图6为阻抗-温度曲线示意图。

符号说明：

信号产生单元-1，叠加单元-2，发射单元-3，信号接收单元-4，分解单元-5，阻抗计算单元-6，温度确定单元-7，调节单元-8，第一判断模块-81，第二判断模块-82，第一调节模块-83，第三判断模块-84，第四判断模块-85，第二调节模块-86，家用射频美容仪的射频电极-9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，通过向目标皮肤发射复合电信号，复合电信号的低频部分对表皮层加热，高频部分对真皮层加热，并根据反射的回波信号计算真皮层电阻抗和表皮层电阻抗，进而根据电阻抗确定真皮层及表皮层的当前温度，根据真皮层当前温度和表皮层当前温度，自适应调节家用射频美容仪射频电极的发射电压和发射功率，无需额外安装红外测温传感器，既降低了硬件集成的难度及成本，还提高了家用美容仪发射的射频信号强度控制的准确性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统包括：信号产生单元1、叠加单元2、发射单元3、信号接收单元4、分解单元5、阻抗计算单元6、温度确定单元7及调节单元8。本发明基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统的控制流程图如图3所示。

所述信号产生单元1用于产生第一电信号和第二电信号。所述第一电信号的频率小于所述第二电信号的频率。所述第一电信号用于对目标皮肤的真皮层加热，所述第二电信号用于对目标皮肤的表皮层加热。通过不同频率的第一电信号和第二电信号分别对真皮层和表皮层加热，以实现胶原蛋白再生。第一电信号的频率和第二电信号的频率范围与真皮层和表皮层厚度有关，具体的频率范围在此不设限制。

具体地，所述第一电信号为：

所述第二电信号为：

其中，y₁为第一电信号，y₂为第二电信号，p₁为第一电信号幅度的系数，p₂为第二电信号幅度的系数，w₁为第一电信号的角频率，w₂为第二电信号的角频率，w₁<w₂，t为时刻，

为第一电信号的初相，

为第二电信号的初相。

第一电信号、第二电信号及复合电信号的波形应包括但不限于正弦波、方波、三角波等。

所述叠加单元2与所述信号产生单元1连接，所述叠加单元2用于将所述第一电信号与所述第二电信号叠加，得到复合电信号，如图4所示。

具体地，根据以下公式，确定复合电信号：

y＝y₁+y₂；

其中，y₁为第一电信号，y₂为第二电信号。

所述发射单元3分别与所述叠加单元2及家用射频美容仪的射频电极连接，所述发射单元3用于为所述射频电极提供发射电压和发射功率，并将所述复合电信号发送至所述射频电极。所述射频电极在发射电压和发射功率的作用下，向目标皮肤发射所述复合电信号。

具体地，预先设置初始发射电压U₀与初始发射功率P₀，且初始发射电压和初始发射功率小于或等于人体安全阈值U_s与P_s：U₀≤U_s，P₀≤P_s，以避免对目标皮肤造成损伤。

初始发射功率为：

其中，I₀为初始工作电流，T为发射周期。

由于不同频率穿透深度不同，复合电信号的高频部分到达表皮层、低频部分穿过表皮层到达真皮层，如图5所示。射频信号频率越高，在皮肤中的穿透力就越弱。本发明使用两种频率成分可使二者分别到达真皮层和表皮层，能够对真皮层和表皮层分别测量温度，既可以确保真皮层温度足够高以刺激胶原新生，也可以避免表皮层温度超出安全阈值造成烫伤。

所述信号接收单元4与所述目标皮肤接触，所述信号接收单元4用于接收流经所述目标皮肤的复合回波电信号。所述复合回波电信号包括低频和高频两部分。

所述分解单元5与所述信号接收单元4连接，所述分解单元5用于将所述复合回波电信号分解为第一回波信号和第二回波信号；所述第一回波信号的频率小于所述第二回波信号的频率。在本实施例中，分解方法应包括但不限于低通/高通/带通等各类滤波器、小波变换/经验模态分解等信号分解算法。

所述阻抗计算单元6分别与所述分解单元5及所述发射单元3连接，所述阻抗计算单元6用于根据所述第一回波信号及发射电压计算真皮层当前电阻抗，根据所述第二回波信号及发射电压计算表皮层当前电阻抗。

所述温度确定单元7与所述阻抗计算单元6连接，所述温度确定单元7用于根据所述表皮层当前电阻抗、真皮层当前电阻抗及阻抗-温度曲线，确定表皮层当前温度及真皮层当前温度；所述阻抗-温度曲线为预先通过实验测量确定的。在本实施例中，阻抗-温度曲线通过巴马香猪离体猪皮实验测量得到。该实验加热离体猪皮，在不同温度下测量离体猪皮的电阻抗，从而建立阻抗-温度曲线。阻抗-温度曲线如图6所示。

在物理学中，物质当前的电阻抗受物质的材料、长度、横截面、温度等4个因素的影响。在射频美容过程中，由于电极的间距、分布、空间位置保持不变，两个电极之间对应的皮肤、距离等因素不变。因此，射频加热皮肤后，真皮层及表皮层的电阻抗只随着温度的变化而变化，准确测量真皮层及表皮层的电阻抗即可实时获取二者的温度。

所述调节单元8分别分别与所述温度确定单元7及所述发射单元3连接，所述调节单元8用于根据表皮层当前温度及真皮层当前温度，调节发射电压和发射功率。

进一步地，所述阻抗计算单元6包括电流确定模块及阻抗确定模块。

其中，所述电流确定模块与所述分解单元5连接，所述电流确定模块用于根据所述第一回波信号确定第一回波电流，根据所述第二回波信号确定第二回波电流。

所述阻抗确定模块分别与所述电流确定模块及所述发射单元3连接，所述阻抗确定模块用于根据所述发射电压及所述第一回波电流计算真皮层当前电阻抗，根据所述发射电压及所述第二回波电流计算表皮层当前电阻抗。

具体地，根据以下公式，计算真皮层当前电阻抗及表皮层当前电阻抗：

其中，R₁为真皮层当前电阻抗，R₂为表皮层当前电阻抗，U₀为发射电压，I₁为第一回波电流，I₂为第二回波电流。

本发明基于信号处理方法分离复合回波信号的低频与高频部分，使用两部分的反馈电流分别计算电阻抗，可以同时获取真皮、表皮两部分的电阻抗。

更进一步地，如图2所示，所述调节单元8包括：第一判断模块81、第二判断模块82、第一调节模块83、第三判断模块84、第四判断模块85及第二调节模块86。

其中，所述第一判断模块81与所述温度确定单元7连接，用于判断所述真皮层当前温度与真皮最低温度阈值的大小，得到第一判断结果。

所述第二判断模块82与所述第一判断模块81连接，所述第二判断模块82用于在所述真皮层当前温度小于真皮最低温度阈值时，判断所述表皮层当前温度与表皮温度阈值的大小，得到第二判断结果。

所述第一调节模块83分别与所述第二判断模块82及发射单元3连接，所述第一调节模块83用于在所述第二判断结果为表皮层当前温度小于表皮温度阈值时，增大发射电压及发射功率，在所述第二判断结果为表皮当前温度大于或等于表皮温度阈值时，减小发射电压及发射功率。

所述第三判断模块84与所述第一判断模块81连接，所述第三判断模块84用于在第一判断结果为所述真皮层当前温度大于或等于最低温度阈值时，判断所述真皮层当前温度与真皮最高温度阈值的大小，得到第三判断结果。

所述第四判断模块85与所述第三判断模块84连接，所述第四判断模块85用于在第三判断结果为所述真皮层当前温度小于或等于真皮最高温度阈值时，判断所述表皮层当前温度与表皮温度阈值的大小，得到第四判断结果。

所述第二调节模块86分别与所述第三判断模块84、所述第四判断模块85及发射单元3连接，所述第二调节模块86用于在所述第三判断结果为真皮层当前温度大于真皮最高温度阈值时，或第四判断结果为所述表皮层当前温度大于表皮温度阈值时，减小发射电压及发射功率，在第四判断结果为表皮层当前温度小于表皮温度阈值时，保持发射电压及发射功率不变。

具体地，所述真皮最低温度阈值为45℃；所述真皮最高温度阈值为55℃；所述表皮温度阈值为43℃。

即当真皮层温度处于45℃-55℃之间且表皮层温度低于43℃，保持发射电压/功率不变以促进真皮层胶原新生。当真皮层温度低于45℃且表皮层温度低于43℃，增大发射电压/功率以促进真皮层胶原新生。当真皮层温度高于55℃或表皮层温度高于43℃，减小发射电压/功率以避免真皮层胶原不可逆损伤或表皮层烫伤。

本发明未使用超温熔断的方法在温度过高时直接停止发射射频信号，而是自适应地调节发射电压/功率，在考量了射频美容安全性的同时确保了射频美容的有效性。与无温控机制的射频美容技术相比，本发明实时监测真皮层及表皮层的温度，在温度允许的条件下自适应调整发射电压/功率，使真皮层胶原处于45℃-55℃之间，确保了射频美容的有效性。

与接触式温控机制的射频美容技术相比，本发明无需额外安装测温传感器，降低了家用射频美容仪的成本及体积，基于回波信号的全新测温方式实现了连续地、实时地温度监测。此外，接触式温控机制仅能测量表皮层温度，本发明不但能够测量表皮层温度还能够测量真皮层温度，既能确保射频美容的安全性，也能确保射频美容的有效性。

与红外温控机制的射频美容技术相比，本发明无需额外安装红外测温传感器，即降低了硬件集成难度及成本，还避免了使用红外测温精度低的问题。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，所述家用射频美容仪包括射频电极，其特征在于，所述基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统包括：

信号产生单元，用于产生第一电信号和第二电信号；所述第一电信号的频率小于所述第二电信号的频率；所述第一电信号用于对目标皮肤的真皮层加热，所述第二电信号用于对目标皮肤的表皮层加热；

叠加单元，与所述信号产生单元连接，用于将所述第一电信号与所述第二电信号叠加，得到复合电信号；

发射单元，分别与所述叠加单元及家用射频美容仪的射频电极连接，用于为所述射频电极提供发射电压和发射功率，并将所述复合电信号发送至所述射频电极；所述射频电极在发射电压和发射功率的作用下，向目标皮肤发射所述复合电信号；

信号接收单元，与所述目标皮肤接触，用于接收流经目标皮肤的复合回波电信号；

分解单元，与所述信号接收单元连接，用于将所述复合回波电信号分解为第一回波信号和第二回波信号；所述第一回波信号的频率小于所述第二回波信号的频率；

阻抗计算单元，分别与所述分解单元及所述发射单元连接，用于根据所述第一回波信号及发射电压计算真皮层当前电阻抗，根据所述第二回波信号及发射电压计算表皮层当前电阻抗；

温度确定单元，与所述阻抗计算单元连接，用于根据所述表皮层当前电阻抗、真皮层当前电阻抗及阻抗-温度曲线，确定表皮层当前温度及真皮层当前温度；所述阻抗-温度曲线为预先通过实验测量确定的；

调节单元，分别与所述温度确定单元及所述发射单元连接，用于根据表皮层当前温度及真皮层当前温度，调节发射电压和发射功率。

2.根据权利要求1所述的基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，其特征在于，所述第一电信号为：

所述第二电信号为：

其中，y₁为第一电信号，y₂为第二电信号，p₁为第一电信号幅度的系数，p₂为第二电信号幅度的系数，w₁为第一电信号的角频率，w₂为第二电信号的角频率，w₁＜w₂，t为时刻，

为第一电信号的初相，

为第二电信号的初相。

3.根据权利要求1所述的基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，其特征在于，所述叠加单元根据以下公式，确定复合电信号：

y＝y₁+y₂；

其中，y₁为第一电信号，y₂为第二电信号。

4.根据权利要求1所述的基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，其特征在于，所述阻抗计算单元包括：

电流确定模块，与所述分解单元连接，用于根据所述第一回波信号确定第一回波电流，根据所述第二回波信号确定第二回波电流；

阻抗确定模块，分别与所述电流确定模块及所述发射单元连接，用于根据所述发射电压及所述第一回波电流计算真皮层当前电阻抗，根据所述发射电压及所述第二回波电流计算表皮层当前电阻抗。

5.根据权利要求4所述的基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，其特征在于，所述阻抗确定模块根据以下公式，计算真皮层当前电阻抗及表皮层当前电阻抗：

其中，R₁为真皮层当前电阻抗，R₂为表皮层当前电阻抗，U₀为发射电压，I₁为第一回波电流，I₂为第二回波电流。

6.根据权利要求1所述的基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，其特征在于，所述调节单元包括：

第一判断模块，与所述温度确定单元连接，用于判断所述真皮层当前温度与真皮最低温度阈值的大小，得到第一判断结果；

第二判断模块，与所述第一判断模块连接，用于在所述真皮层当前温度小于真皮最低温度阈值时，判断所述表皮层当前温度与表皮温度阈值的大小，得到第二判断结果；

第一调节模块，分别与所述第二判断模块及发射单元连接，用于在所述第二判断结果为表皮层当前温度小于表皮温度阈值时，增大发射电压及发射功率，在所述第二判断结果为表皮当前温度大于或等于表皮温度阈值时，减小发射电压及发射功率；

第三判断模块，与所述第一判断模块连接，用于在第一判断结果为所述真皮层当前温度大于或等于最低温度阈值时，判断所述真皮层当前温度与真皮最高温度阈值的大小，得到第三判断结果；

第四判断模块，与所述第三判断模块连接，用于在第三判断结果为所述真皮层当前温度小于或等于真皮最高温度阈值时，判断所述表皮层当前温度与表皮温度阈值的大小，得到第四判断结果；

第二调节模块，分别与所述第三判断模块、所述第四判断模块及发射单元连接，用于在所述第三判断结果为真皮层当前温度大于真皮最高温度阈值时，或第四判断结果为所述表皮层当前温度大于表皮温度阈值时，减小发射电压及发射功率，在第四判断结果为表皮层当前温度小于表皮温度阈值时，保持发射电压及发射功率不变。

7.根据权利要求6所述的基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，其特征在于，所述真皮最低温度阈值为45℃；所述真皮最高温度阈值为55℃；所述表皮温度阈值为43℃。

8.根据权利要求1所述的基于电阻抗反馈的家用射频美容仪的控制系统，其特征在于，所述第一电信号的波形为正弦波、方波或三角波。

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