JP3882945B2 - Electromagnetic object detector with test electrodes for medical diagnostic equipment - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

本発明は、装置の可動部分の近傍にある対象の存在の電磁検出用の検出装置を含み、
上記検出装置は、
送信器電極の近傍に電磁界を発生するよう可動部分に接続された送信器電極と、
検出電極の近傍の電磁界を検出するよう、可動部分に接続され、送信器電極の近傍に配置された検出電極と、
検出電極の近傍の電磁界に対応する入力信号を入力で受信し、入力信号に対応する出力信号を発生するよう配置された受信器とを含む、医療診断及び／又は治療用装置に関する。
この種類の装置はドイツ国特許出願第４１ ２６ １６８号によって知られている。
医療診断及び／又は治療用の装置は、放射線送信器及び放射線受信器を含みうる。これについての例は、Ｘ線源と、通常は画像増倍器と称されるＸ線検出器とを含む医療用Ｘ線装置である。これらの２つの要素は互いに幾らかの距離をおいて配置され、検査又は処置されるべき患者はＸ線源と画像増倍器との間に配置される。Ｘ線源と画像増倍器とは、画像が人体（「対象」）の所望のスライスによって形成されるような方法で、患者の人体に対して配置される。そのような装置の方位及び位置は、駆動ドライブによって頻繁に調節されうる。概して、本発明の文脈では、対象は検査されるべき患者の人体、又はその他の検査されるべき対象、装置を扱う人物の人体又は人体の部分、装置自体（例えば患者台）又は近傍の装置の部分、又は装置の部分の移動路に侵入しうる他の障害物を意味すると理解される。
そのような装置の多くはいわゆるＣ字型のアーム、即ちガイド（トラック路）によってそれ自体の平面上で（即ちＣ字型のアームが配置されている平面に対して垂直に延びる軸について）回転可能であり、それ自体の面がその面の中に配置された軸について回転可能である円形のキャリアを含む。更に、しばしば変位に対する多くの他の可能性が提供される。
この装置の使用の間、例えば画像増幅器である可動の部分は、画像の所望の明瞭さを達成するため検査されるべき対象に非常に接近することが重要である。画像増幅器はＸ線を受信するための比較的大きな前面を有し、この前面上、又はその周囲上の各点は検査されるべき対象と接触しうる。そのような衝突は画像増幅器のどの移動方向でも生じうる。これは望ましくなく、従ってそのような装置は、装置の可動部分の近傍に対象が存在するかどうかを検出する検出装置を含む。モータ駆動の装置の場合にそのような検出装置を提供することが特に重要である。対象が装置の可動部分から所与の少し離れた位置の中で検出されるとき、衝突を避けるために装置の（その部分の）移動は停止されうる。
引用されたドイツ国特許出願第４１ ２６ １６８号は、装置の可動部分から所与の少し離れた距離の中の対象の存在を検出することを可能にする電磁衝突センサを含む医療用Ｘ線装置を開示する。この装置は、一定電圧の形式の電気信号を発生するための信号源を含む。この電圧は金属箔の形状の送信器電極に印加される。金属箔の近傍の、しかし電気的に絶縁された位置には、検出電極として作用する更なる金属箔が設けられている。これらの２つの金属箔の間では、衝突センサの近傍の電磁界強度に対応する信号が測定されうる。この信号は、複数の増幅器からなる受信器によって更に処理され、電磁界強度に対応する出力信号を発生する。
そのような装置の使用の間、信号処理のための電極及び電子回路が正しく動作することがチェックされることが望ましい。従って、既知の衝突センサでは、各電極からの電圧は当該の電圧と関連する比較器に印加され、電圧はその中でその電圧よりもわずかに低い基準電圧と比較される。当該の電極からの電圧が存在しなければ、比較器は当該の電極からの電圧が存在する状態の場合の出力信号の論理値とは逆の論理値を有する出力信号を出力する。障害の存在を確立するため、比較器の出力電圧は論理回路に印加される。電極及び電子回路の正しい動作をチェックするこの方法は、それ自体が障害を受けうる追加的な電子回路を必要とするという欠点を有する。
従って、一方では電極の失敗はこのように検知されないままであり得るが、他方で障害を表わす信号は電極が正しく動作している場合でさえも発生されうる。医療診断及び／治療用の装置の検出装置の信頼性は従って悪影響を受ける。
本発明は、電極及び／又は電極に結合された電子回路の誤作動をより高い信頼性で検出しうる種類の装置を提供することを目的とする。
このため、本発明による装置は、検出装置が、可動部分に接続され、送信器電極及び検出電極の近傍に配置された試験電極と、試験電極及び一定電圧を供給する点の間に接続された制御可能なスイッチと、スイッチの導電率の状態を制御する制御ユニットとを含むことを特徴とする。
通常の動作条件では制御可能なスイッチは非導電状態にある。電極及び関連する電子回路の動作に関する情報が所望であるとき、スイッチの導電状態を制御する制御ユニットによって、スイッチは導電状態に設定される。試験電極はこのように、電極の近傍の電磁界があたかも装置の可動部分の近傍に障害物が存在するかのように幾らかの変化を表わすよう、一定電圧の点に接続される。障害物の存在は従って、スイッチを導電状態に駆動することによってシミュレートされる。検出電極の近傍の電磁界に対応する信号を受信する受信器によって発生する出力信号を観察することにより、出力信号が障害物の存在する状態に対応するかどうかをチェックしうる。そうでない場合は、原因が電極又は電子部品の外部にあることは実質的に省かれる。
本発明の更なる実施例は従属項の中に開示されている。
本発明の上記及び他の面は以下図面を参照として明らかとなろう。
図中、
図１は障害物の存在の電磁検出が使用されうる医療Ｘ線装置の概略図を示す図であり、
図２は本発明による検出装置を線図的に示す図である。
図１は、Ｘ線装置の形式の医療診断及び／又は治療装置の概略図を示す図である。Ｘ線装置は、Ｘ線源４及びＸ線画像増倍管６が取り付けられたキャリア２を含むよう構成されている。キャリアは、ガイド（トラック路）８によって円弧の平面に対して垂直に延びる軸について回転しうるよう円弧の形状として形成されている。この種類のキャリアはＣ字型アームとして知られ；概して、それらは円弧の平面上に延びるＸ線について回転可能である。Ｃ字型アームの円弧の平面に対して垂直に延びる軸についての回転メカニズムは図示されない。キャリア２及びガイド８によって形成される組立体はまた、シャフト１０について回転可能である。このシャフトは、所望であれば移動可能であるよう構成されたスタンド１２の上に構成される。Ｘ線源４及びＸ線検出器６はまたキャリア２に関して変位可能であることが望ましい。これらの構成部品の容易な変位のため、これらは図示されないモータ駆動を含むよう構成される。この場合検査又は処置されるべき患者の人体である、検査されるべき対象は、画像増倍管６とＸ線源４との間に配置された台（図示せず）の上に配置される。Ｃ字型アーム２、画像増倍管６及びＸ線源４の上述の動きの可能性の結果、これらの構成部品は患者に関する全ての望まれる方向に配置されえ、画像は全ての所望のスライスから形成されうる。
これらの移動性により、画像増倍管６及びＸ線源４といった可動の部分は、検査されるべき患者の人体又は他の障害物と容易に接触しうる。これは望ましくなく、従って、本実施例の画像増倍管には装置の可動部分に近傍にある対象の存在を検出する検出装置が設けられている。検出装置は送信器電極１６と検出電極１８とを含む。送信器電極１６はこの電極の近傍に電磁界を発生するよう画像増倍管６の端の周りに配置された環状の電極として形成されている。検出電極１８は送信器電極１６によって発生され、検出されるべき対象によって歪められた電磁界を検出するよう、画像増幅管６の端の周り及び送信器電極１６の近隣に配置された環状の電極１８として形成されている。環状の電極１６及び１８は、方向の感度を達成するため、リングセクタに細分化され得、送信器電極の夫々のリングセクタから生ずる信号は検出器電極の関連するセクタによって別々に検出される。送信器電極１６と検出電極１８の間には、その動作が以下図２を参照して説明される試験電極１４が配置されている。送信器電極１６、試験電極１４及び検出器電極１８は、本実施例では細片状であるよう構成され、円筒状に形成された画像増倍管６の外側の表面の周りに設けられている。この円筒状の外側の表面の周りに、細片状の電極は同じ円筒平面の中に互いに平行に配置される。
図２は本発明による検出装置の線図的な図である。信号源２２は、５Ｖのオーダの振幅と、１００ｋＨｚのオーダの周波数を有する正弦電気信号を発生する。信号源２２は緩衝増幅器２４を通じて送信器電極１６の近傍の電気信号に対応する電磁界を発生する送信器電極１６に接続される。電極１６は画像増倍器６の筐体２０の外側に配置される。筐体２０はシステムのアームと称される一定電圧を有する点３６に接続される。
送信器電極１６によって発生される電磁界は検出器電極１８の中で増幅器２６の入力へ供給される電気信号を発生する。電極１８はまた画像増倍器６の筐体の外側に配置される。本発明に関連せず、従って図示されない信号処理手段（例えば帯域通過フィルタ及び同期検出器）を通じて、増幅器２６の出力信号は信号処理ユニット２８に供給される。上記信号処理手段はユニット２８の部分を形成しうる。増幅器２６は信号処理ユニット２８と共に、検出電極（１８）の近傍の電磁界に対応する入力信号を受信する受信器を形成する。
信号源２２によって発生される信号は緩衝増幅器２４を通じて電極１６へ供給される。この電極の近傍には初期的には対象が存在しないと仮定される。電極１６と１８との間には容量性のカップリングが存在し、それにより電極１６によって生じた電界は電極１８の中に電気信号を誘導する。この信号は、その値が入力信号の振幅の測定値である信号を形成するよう増幅器２６によって増幅される。信号源２２の出力信号はまた、その中で例えば同期検出器によって直流電流信号が発生される信号処理ユニット２８に供給される。接地された対象（例えばＸ線装置によって検査されるべき患者）が電極１６及び１８に接近するとき、入力上の電圧は電極間の容量性のカップリングによって増加し、従って上記直流電流信号もまた増加する。この直流電流信号は、障害物が、制御動作が必要なほど画像増倍器の近くに配置されているかどうかを示し、この信号は従って装置の可動の部分の動きを制御するために使用される。しかしながらこの制御の方法は本発明の部分を形成せず、従ってここでは説明されない。
Ｘ線装置の使用の間、信号源２２と、電極１６及び１８と、信号受信のための電子回路２６及び２８は正しい動作かどうかチェックされることが望ましい。このため、信号処理ユニット２８に接続された制御ユニットと、試験電極１４と一定電圧を有する点３２との間に接続された制御可能なスイッチ３４が設けられ、制御ユニット３０はスイッチ３４の導電率の状態を制御するよう配置されている。Ｘ線装置の動作の前又は動作の間に、スイッチ３４は操作スタッフによって望まれるように、又は制御ユニット３０の制御の下で自動的に導電状態に設定されうる。試験電極１４は次に、電極１６及び１８の近傍の電磁界があたかも障害物がＸ線装置の可動部分６の近傍に存在するかのように変化するよう、一定電圧を有する点３２に接続される。従って、障害物の存在はスイッチ３４を導電状態に制御することによってシュミレートされる。信号処理ユニット２８の中の直流電流信号を観察することによって、この出力信号が障害物が存在する状態に対応するかどうかが検出されうる。そうでなければ、その原因が実質的に信号源２２、電極１６又は１８、又は信号受信及び処理のための電気回路２６及び２８の中にあると結論づけることができる。The present invention includes a detection device for electromagnetic detection of the presence of an object in the vicinity of a movable part of the device,
The detection device is
A transmitter electrode connected to the movable part to generate an electromagnetic field in the vicinity of the transmitter electrode;
A detection electrode connected to the movable part and arranged in the vicinity of the transmitter electrode so as to detect an electromagnetic field in the vicinity of the detection electrode;
The present invention relates to a medical diagnostic and / or therapeutic device including an input signal corresponding to an electromagnetic field in the vicinity of a detection electrode, and a receiver arranged to generate an output signal corresponding to the input signal.
A device of this type is known from German Patent Application No. 41 26 168.
The medical diagnostic and / or therapeutic device may include a radiation transmitter and a radiation receiver. An example of this is a medical X-ray apparatus that includes an X-ray source and an X-ray detector, commonly referred to as an image intensifier. These two elements are placed at some distance from each other, and the patient to be examined or treated is placed between the x-ray source and the image intensifier. The x-ray source and the image intensifier are positioned relative to the patient's human body in such a way that the image is formed by a desired slice of the human body (“subject”). The orientation and position of such a device can be frequently adjusted by the drive drive. In general, in the context of the present invention, a subject is the body of a patient to be examined, or other subject to be examined, the human body or part of a person handling the device, the device itself (eg, a patient table) or a nearby device. It is understood to mean a part or other obstacle that can enter the path of movement of a part of the device.
Many of such devices rotate by so-called C-shaped arms, ie guides (track paths), in their own plane (ie about an axis extending perpendicular to the plane in which the C-shaped arm is located). It is possible to include a circular carrier whose own surface is rotatable about an axis disposed in that surface. Furthermore, often many other possibilities for displacement are provided.
During the use of this device it is important that the movable part, for example an image amplifier, is very close to the object to be examined in order to achieve the desired clarity of the image. The image amplifier has a relatively large front surface for receiving X-rays, and each point on or around this front surface can contact the object to be examined. Such a collision can occur in any direction of movement of the image amplifier. This is undesirable and thus such devices include a detection device that detects whether an object is present in the vicinity of the movable part of the device. It is particularly important to provide such a detection device in the case of motor driven devices. When an object is detected within a given distance from a moving part of the device, the movement of the device (of that part) can be stopped to avoid a collision.
The cited German patent application No. 41 26 168 describes a medical X-ray device comprising an electromagnetic collision sensor that makes it possible to detect the presence of an object within a given distance from the moving part of the device. Is disclosed. The apparatus includes a signal source for generating an electrical signal in the form of a constant voltage. This voltage is applied to the transmitter electrode in the form of a metal foil. In the vicinity of the metal foil, but in an electrically insulated position, a further metal foil is provided which acts as a detection electrode. Between these two metal foils, a signal corresponding to the electromagnetic field strength in the vicinity of the collision sensor can be measured. This signal is further processed by a receiver consisting of a plurality of amplifiers to generate an output signal corresponding to the electromagnetic field strength.
During the use of such a device, it is desirable to check that the electrodes and electronic circuits for signal processing operate correctly. Thus, in known crash sensors, the voltage from each electrode is applied to a comparator associated with that voltage, in which the voltage is compared to a reference voltage slightly lower than that voltage. If the voltage from the electrode does not exist, the comparator outputs an output signal having a logic value opposite to the logic value of the output signal in the state where the voltage from the electrode exists. To establish the presence of a fault, the output voltage of the comparator is applied to the logic circuit. This method of checking the correct operation of the electrodes and the electronic circuit has the disadvantage that it requires additional electronic circuits that can themselves be disturbed.
Thus, on the one hand, an electrode failure can remain undetected in this way, while on the other hand a signal representing a fault can be generated even when the electrode is operating correctly. The reliability of the detection device of the medical diagnostic and / or therapeutic device is thus adversely affected.
An object of the present invention is to provide an apparatus of a type that can detect malfunction of an electrode and / or an electronic circuit coupled to the electrode with higher reliability.
For this purpose, the device according to the invention is connected between the test electrode, which is connected to the movable part, in the vicinity of the transmitter electrode and the detection electrode, and the point supplying the test electrode and a constant voltage. It includes a controllable switch and a control unit that controls the state of conductivity of the switch.
Under normal operating conditions, the controllable switch is in a non-conductive state. When information regarding the operation of the electrodes and associated electronic circuitry is desired, the switch is set to a conductive state by a control unit that controls the conductive state of the switch. The test electrode is thus connected to a constant voltage point so that the electromagnetic field in the vicinity of the electrode exhibits some change as if there is an obstruction in the vicinity of the movable part of the device. The presence of an obstacle is therefore simulated by driving the switch to a conductive state. By observing an output signal generated by a receiver that receives a signal corresponding to an electromagnetic field in the vicinity of the detection electrode, it can be checked whether the output signal corresponds to a condition in which an obstacle exists. Otherwise, it is substantially omitted that the cause is outside the electrode or electronic component.
Further embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.
These and other aspects of the invention will be apparent with reference to the following drawings.
In the figure,
FIG. 1 shows a schematic diagram of a medical X-ray device in which electromagnetic detection of the presence of an obstacle can be used,
FIG. 2 shows diagrammatically a detection device according to the invention.
FIG. 1 shows a schematic view of a medical diagnostic and / or treatment device in the form of an X-ray device. The X-ray apparatus is configured to include a carrier 2 to which an X-ray source 4 and an X-ray image intensifier tube 6 are attached. The carrier is formed in the shape of an arc so that it can rotate about an axis extending perpendicularly to the plane of the arc by a guide (track path) 8. This type of carrier is known as a C-arm; in general, they are rotatable about x-rays that extend in the plane of an arc. The rotation mechanism about the axis extending perpendicular to the plane of the arc of the C-arm is not shown. The assembly formed by the carrier 2 and the guide 8 is also rotatable about theshaft 10. The shaft is configured on astand 12 that is configured to be movable if desired. The X-ray source 4 and the X-ray detector 6 are also preferably displaceable with respect to the carrier 2. Because of the easy displacement of these components, they are configured to include a motor drive not shown. The object to be examined, in this case the human body of the patient to be examined or treated, is placed on a table (not shown) placed between the image intensifier 6 and the X-ray source 4. . As a result of the above-mentioned possible movements of the C-arm 2, the image intensifier tube 6 and the X-ray source 4, these components can be placed in all desired directions with respect to the patient, and the image is in all desired slices Can be formed from
Due to their mobility, movable parts such as the image intensifier tube 6 and the X-ray source 4 can easily come into contact with the human body or other obstacles of the patient to be examined. This is undesirable, and therefore the image intensifier of this embodiment is provided with a detection device that detects the presence of an object in the vicinity of the movable part of the device. The detection device includes atransmitter electrode 16 and adetection electrode 18. Thetransmitter electrode 16 is formed as an annular electrode disposed around the end of the image intensifier tube 6 so as to generate an electromagnetic field in the vicinity of the electrode. Thedetection electrode 18 is an annular electrode disposed around the end of the image amplifying tube 6 and in the vicinity of thetransmitter electrode 16 so as to detect the electromagnetic field generated by thetransmitter electrode 16 and distorted by the object to be detected. 18 is formed. Theannular electrodes 16 and 18 can be subdivided into ring sectors to achieve directional sensitivity, and the signal originating from each ring sector of the transmitter electrode is detected separately by the associated sector of the detector electrode. Between thetransmitter electrode 16 and thedetection electrode 18 is disposed atest electrode 14 whose operation will be described below with reference to FIG. Thetransmitter electrode 16, thetest electrode 14, and thedetector electrode 18 are configured to be strip-shaped in this embodiment, and are provided around the outer surface of the image intensifier tube 6 formed in a cylindrical shape. . Around this cylindrical outer surface, the strip-shaped electrodes are arranged parallel to each other in the same cylindrical plane.
FIG. 2 is a diagrammatic view of a detection device according to the invention. Thesignal source 22 generates a sinusoidal electrical signal having an amplitude on the order of 5V and a frequency on the order of 100 kHz. Thesignal source 22 is connected through abuffer amplifier 24 to atransmitter electrode 16 that generates an electromagnetic field corresponding to an electrical signal in the vicinity of thetransmitter electrode 16. Theelectrode 16 is disposed outside the housing 20 of the image intensifier 6. The housing 20 is connected to apoint 36 having a constant voltage called the arm of the system.
The electromagnetic field generated by thetransmitter electrode 16 generates an electrical signal that is supplied to the input of theamplifier 26 in thedetector electrode 18. Theelectrode 18 is also disposed outside the housing of the image intensifier 6. The output signal of theamplifier 26 is supplied to thesignal processing unit 28 through signal processing means not related to the present invention and thus not shown (for example, a band pass filter and a synchronous detector). The signal processing means may form part of theunit 28. Theamplifier 26 together with thesignal processing unit 28 forms a receiver for receiving an input signal corresponding to the electromagnetic field in the vicinity of the detection electrode (18).
The signal generated by thesignal source 22 is supplied to theelectrode 16 through thebuffer amplifier 24. It is assumed that there is initially no object in the vicinity of this electrode. There is a capacitive coupling between theelectrodes 16 and 18 so that the electric field generated by theelectrode 16 induces an electrical signal in theelectrode 18. This signal is amplified byamplifier 26 to form a signal whose value is a measure of the amplitude of the input signal. The output signal of thesignal source 22 is also supplied to asignal processing unit 28 in which a direct current signal is generated, for example by a synchronous detector. When a grounded object (eg, a patient to be examined by an x-ray device) approacheselectrodes 16 and 18, the voltage on the input increases due to capacitive coupling between the electrodes, so the DC current signal is also To increase. This DC current signal indicates whether the obstruction is located as close to the image intensifier as necessary for control action, and this signal is therefore used to control the movement of the movable part of the device . However, this method of control does not form part of the present invention and is therefore not described here.
During use of the X-ray device, it is desirable that thesignal source 22, theelectrodes 16 and 18, and theelectronic circuits 26 and 28 for receiving signals are checked for proper operation. For this purpose, a control unit connected to thesignal processing unit 28 and a controllable switch 34 connected between thetest electrode 14 and apoint 32 having a constant voltage are provided. It is arranged to control the state of. Prior to or during operation of the X-ray apparatus, the switch 34 can be set to a conductive state as desired by the operating staff or automatically under the control of thecontrol unit 30. Thetest electrode 14 is then connected to apoint 32 having a constant voltage so that the electromagnetic field in the vicinity of theelectrodes 16 and 18 changes as if the obstacle is in the vicinity of the movable part 6 of the X-ray device. The Thus, the presence of an obstacle is simulated by controlling switch 34 to a conductive state. By observing the direct current signal in thesignal processing unit 28, it can be detected whether this output signal corresponds to a condition in which an obstacle is present. Otherwise, it can be concluded that the cause is substantially in thesignal source 22,electrodes 16 or 18, orelectrical circuits 26 and 28 for signal reception and processing.

Claims (3)

Translated fromJapanese

医療用装置であって、
該装置の可動部分の近傍にある対象の存在を電磁的に検出する検出装置を含み、
該検出装置は、
送信器電極であって、その近傍に電磁界を発生する、可動部分に接続された送信器電極と、
検出電極であって、その近傍の電磁界を検出する、可動部分に接続され前記送信器電極の近傍に配置された検出電極と、
検出電極の近傍の電磁界に対応する入力信号を入力端子で受信し、該入力信号に対応する出力信号を発生するように構成された受信器と、を含み、
前記検出装置は、
可動部分に接続され、送信器電極及び検出電極の近傍に配置された試験電極と、
試験電極及び一定電圧を有する点の間に接続された制御可能スイッチと、
スイッチの導電状態を制御する制御ユニットと、を含むことを特徴とする医療用装置。A medical device,
Includes a detection devicethat detectselectromagneticallythe presence of the target in the vicinityof the movable partcomponent ofsaid device,
The detection device comprises:
A transmitterelectrode, for generating an electromagnetic field in the vicinity ofits,and connected to the movable portion has been transmitterelectrodes,
A detectionelectrode,that detect the electromagnetic field in the vicinity ofthat,the detectionelectrodes which are connected to the movable portion arranged in the vicinityofthe transmitterelectrodes,
Receiving an input signal corresponding to the electromagnetic field in the vicinityof the detectionelectrodes at the inputterminal,seen includingand a receiverconfigured to generate an output signal corresponding tosaid input signal,
The detection device includes:
Is connected to the movable portion,and arranged testedelectrodes in the vicinityof the transmitter electrostaticGoku及 beauty detectingelectrodes,
A controllableKnowth acmeswitch connectedbetween a point having a testing electricGoku及 Beauty constant voltage,
It features and tothat physician Ryoyo device that includesa controlunit for controlling theconductive stateof theswitch, the.請求項１に記載の装置であって、
送信器電極と、試験電極と、検出電極とは、細片の形状であるよう構成され、同一平面上で互いに平行に延在するよう配置されることを特徴とする装置。The apparatus of claim 1, comprising:
A transmitterelectrodes,the testelectrodes,the detectionelectrodes are configured to be the shape of the strip,and wherein the being so that disposedMashimasu extending parallel to each other on the same plane.請求項１又は２に記載の装置であって、
試験電極は送信器電極と検出電極との間に配置されることを特徴とする装置。The apparatus according to claim 1 or 2, wherein
Testelectrodes areapparatus characterized by being arranged betweenthe detectionelectrodesand the transmitterelectrodes.

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