CN103249373A - 借助虚拟工具来加工虚拟的三维牙齿模型的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置(1),用来借助虚拟工具(21、22、23、24、25、26、27、28、50)来加工设置在齿弓(9、11)中的牙齿(2.1、2.2、2.3、2.4)的虚拟3D模型(2),该工具(21、22、23、24、25、26、27、28、50)可应用在3D模型(2)的第一牙齿(2.1、2.3)上,其中关于对称面(12)映射地相应地应用在处于第一牙齿对侧的第二牙齿(2.2、2.4)上,即应用在对称面(12)另一侧上的牙齿上,该牙齿关于对称面(12)朝第一牙齿(2.1、2.3)是映射设置的。

Description

借助虚拟工具来加工虚拟的三维牙齿模型的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种借助虚拟工具来加工设置在齿弓中的牙齿的虚拟3D模型的装置,并涉及一种用来加工虚拟3D模型的相应方法。
背景技术
从现有技术中已知一种用来构建齿弓的3D模型的方法,其中拍摄制备之前的牙齿表面或通过成长人工生成的表面,并且虚拟地传递到3D模块的表面上。为此局部地复制牙齿表面的三维数据。
假牙技工在手动地进行修复时,试图使修复的齿面在考虑一副假牙的生态学的情况下与对侧牙齿的齿面相一致。但是,修复牙齿与对侧牙齿很少能实现精确对称的造型。
尤其在门牙区域中进行修复时,修复的对称性是美观的重要因素。对称性是指对称面,它相当于面部中间轴线并且设置在第一象限和第二象限之间,或设置在第三象限和第四象限之间。在应用CAD工具虚拟地规划该修复工作时,还必须通过使用者在对侧牙齿上镜像对称地进行改变,以确保对称性。这需要能够高程度地使用CAD工具和使用者的美感。
从DE 10 2004 038 136 A1已知一种方法,用来构建由三维数据构成的牙齿备件的表面,其中存储的牙齿的齿面的三维数据至少作为待制造的牙齿备件的表面的一部分来用。为此,应首先确定齿面的大小,然后设置在存储的牙齿备件上,或设置在三维虚拟的修复位置的区域中。数字齿面在牙齿备件或修复位置中的位置在此可在至少一个空间方向和/旋转方向中确定。
在实施例中,映射地应用对侧牙齿的齿面,以便构成修复的表面。在此,在应用映射器件的情况下映射选出的齿面,其中示出了选择对话框。此外,还可改变选出的齿面的大小,因此可与邻牙相匹配。在应用对齐器件的情况下,可在水平和竖直方向上在倾斜位置和大小方面改变选出的齿面的位置。在应用常见的CAD-加工工具的情况下,来传递选出的齿面。当对侧牙齿的选出的齿面与待制造的牙齿匹配之后,构建的表面与修复在图形上融合,从而形成待生产的牙齿备件。
该方法的缺点是,对侧牙齿的齿面的选择、传递和匹配虽然是虚拟的,但仍然需由使用者耗费很多时间来做。
另一缺点是,在通过映射、改变方位、大小以及倾斜位置来手动地调整选出的齿面时,该牙齿备件可能会变形,以致不能满足待生产的牙齿与对侧牙齿对称这一美观要求。
另一缺点是,在构建由多个待替换的牙齿构成的修复时,为每个单个牙齿都必须实施整个方法的所述步骤。
因此本发明的目的在于,提供一种用来对称地加工虚拟的3D模块的方法或装置,它可节省时间地进行加工,并且可确保待生产的牙齿与其对侧牙齿的对称性。
发明内容
该目的通过本发明得以实现。
根据本发明设置有一种装置,用来借助虚拟工具来加工设置在齿弓中的牙齿的虚拟3D模型。该工具可应用在该模型的第一牙齿上,其中还可关于对称面映射地相应地应用在处于第一牙齿对侧的第二牙齿上,即应用在对称面另一侧上的牙齿上,该牙齿关于对称面朝第一牙齿是映射设置的。
按本发明的装置可以是具有操纵器件(例如键盘和鼠标)的计算机系统,它适合用来加工牙齿的虚拟的3D模型。在此,可借助CAD软件使虚拟的3D模型与修复位置的三维数据相匹配,借助口腔摄影机已测量出该修复位置。该计算机系统还可具有显示单元。
齿弓的3D模型可具有至少两个待替换的对称的牙齿,按FDI-牙位例如指上颚的切齿12、11、21、22或下颚的42、41、31、32。该3D模型在左侧和右侧上还可具有不同数量的待替换的牙齿,例如在上颚右侧上的牙齿13、12、11和朝上颚的左侧上的牙齿21、22。在此,在牙齿12、11上的应用方式可在对称面上映射地实施在牙齿21、22上。
借助虚拟的工具,使用者可实施不同的加工步骤,如旋转、扩大、位置变化、缩小和形状变化。
借助工具在第一牙齿上的应用方式可在对称面上映射地实施,并且在与第一牙齿对称设置的第二牙齿上相应地实施,因此它同样可与第一牙齿对称地进行加工。
预先设定的虚拟3D模型通常是对称的,因此对称面按FDI牙位设置在上颚的牙齿11和21之间,或设置在下颚的牙齿41和31之间。
该对称的虚拟3D模型可通过以下方式与病人口腔中的个体情况相匹配,即3D模型的偏差部分以一偏移量移动,并且与来自牙齿状态的光学三维影片的病人口腔中的颚实际走向重叠。
对此备选地,可在第一步骤中产生在确定的对称面上对称应用的建议(Vorschlag)。在第二步骤中,该建议移动一个偏移量,以使对称的建议与颚的实际走向相匹配。
该对称面也可手动地通过使用者确定。
该对称面也可借助机算机通过以下方式求得,即齿弓右部在对称面上的映射与齿弓左部重叠。
该装置的优点是,自动地在计算机的协助下调整处在第一牙齿对侧的第二牙齿。因此,也关于另一侧确保虚拟3D模型在加工一侧时关于对称面的对称性。使用者借助虚拟工具只需加工一个侧面。在计算机的协助下自动地调节对称面另一侧上的设置在对侧的牙齿,因此缩短虚拟3D模型的构建时间。
有利的是,同时于在第一牙齿上的应用,可在计算机的协助下在对侧牙齿上实施工具的映射应用。
因此,不必存储工具在第一牙齿上的应用参数,以便随后在对侧牙齿上映射地应用该工具。可通过以下方式同步无延迟地映射地应用在对侧牙齿上,即在第一牙齿上的应用参数按照对称面的映射进行换算,并且应用在对侧牙齿上。
有利的是,该工具可使第一牙齿围绕着第一旋转轴线进行旋转,并使第二对侧牙齿围绕着第二映射的旋转轴线进行相应映射的旋转。
因此,第一牙齿的旋转可映射到对称面上,并且应用在第二对侧的牙齿上。旋转的单个参数(例如旋转轴线朝齿弓的角度、旋转方向和旋转角度)镜像对称地相对于对称面应用在第二对侧牙齿上。
有利的是,该工具可使第一牙齿和第二对侧牙齿以刻度因子扩大或缩小。
因此可改变虚拟牙齿的大小,以使它与齿弓相匹配。该大小变化也同时应用在第二对侧牙齿上,以便镜像对称地调整大小。
有利的是,该工具可在第一牙齿方位不变的情况下改变位置,并且朝剖面映射地改变第二对侧牙齿的位置。
因此牙齿可相对于齿弓推移,其中牙齿的方位保持不变,因此该牙齿可与邻齿相匹配,并且相应映射地推移第二对侧牙齿。
有利的是,该工具可改变第一牙齿的表面的形状,并且相应映射地改变第二对侧牙齿的表面的形状。
因此可虚拟地改变牙齿的表面。例如可使用所谓的自由形状-工具,以便在虚拟牙齿的表面中添加凹陷处、隆起、小沟槽或裂纹。那么,牙齿美观方面的表面修改在计算机的协助下相应映射地在对侧牙齿上实现,而不需要使用者的介入。
有利的是,当工具应用在第一牙齿和第二对侧牙齿上时,所述改变可显示出来。
因此,使用者可在显示装置(例如显示屏)上看到所述改变,并因此可追查所述改变。
此外,所述改变是可逆的。在对侧牙齿上的映射改变同样可在借助工具进行的加工过程中显示出来。
有利的是,该对称面可通过使用者来确定。
该对称面可例如虚拟地通过使用者推动和旋转,以便把对称面按FDI牙位设置在上颚的牙齿11和21之间,或设置在下颚的牙齿41和31之间。在此该对称面这样设置,即齿弓右部在对称面上的映射与齿弓左部重叠。
有利的是,该对称面可在计算机的协助下借助齿弓的走向和/或待替换的牙齿的3D模型的邻齿的布局和形状和/或借助3D模型的牙齿的对抗肌的布局和形状来确定。
因此,该对称面自动地借助计算机来确定。在此应用计算机算法,它使齿弓的一部分映射到任意选出的平面上,并与该齿弓的相对而置的部分进行比较。在与齿弓的相对而置的部分的映射达到最佳的一致性时,确定了对称面。
本发明的另一内容是相应的方法,用来借助虚拟工具来加工设置在齿弓中的牙齿的虚拟3D模型。该工具应用在模型的第一牙齿上,其中相应的应用关于对称面映射地在位于第一牙齿对侧的第二牙齿上实施,即在对称面的另一侧上的牙齿上实现,该牙齿关于对称面朝第一牙齿映射地设置。
在此应用来自CAD领域的映射操作器。按本发明的方法的优点在于,减少了加工时间,因为该变化只需要齿弓的一部分上进行,它的映射是自动地应用在齿弓的第二部分上。另一优点是,可实现这两个部分的最完美对称,并因此确保牙齿的美观。
有利的是,同时于在第一牙齿上的应用,可在计算机的协助下在对侧牙齿上实施工具的映射应用。
同时应用在对侧牙齿上的优点是,所述改变不必存储,可直接在计算机的协助下映射地应用在对侧牙齿上。
有利的是,该工具可使第一牙齿旋转,并使第二对侧牙齿围绕着旋转轴线进行相应映射的旋转。
所述旋转可借助工具虚拟地在应用旋转操作器的情况下实现,其中该旋转操作器在对称面上映射地应用在对侧牙齿上。
有利的是,该工具可使第一牙齿和第二对侧牙齿以刻度因子扩大或缩小。
所述扩大和缩小可借助扩大操作器在第一牙齿上实现,其中该扩大操作器可同时改变第二对侧牙齿的大小。
有利的是,该工具可在第一牙齿方位不变的情况下改变位置,并且以对称面映射地改变第二对侧牙齿的位置。
第一牙齿的位置改变的方法步骤可借助移动操作器来实现,其中它映射地应用在第二对侧的牙齿上。
有利的是,该工具可改变第一牙齿的表面的形状,并且相应映射地改变第二对侧牙齿的表面的形状。
为了在美观方面调节第一牙齿的表面,可以应用所谓的自由形状-工具,以形成凹陷处、隆起和裂纹。所述改变镜像对称地同时在第二对侧牙齿上实施。
有利的是,当工具应用在第一牙齿和第二对侧牙齿上时,所述改变可显示出来。
通过将所述改变显示出来,使用者可更好地追查所述改变。所述改变也是可逆的。
有利的是,该对称面可通过使用者来确定。
使用者可通过移动操作器和旋转操纵器相对于齿弓来改变对称面的虚拟位置。一部分齿弓在对称面上的映射可显示出来,作为使用者的辅助器件。因此使用者能够更容易地确定,该对称面设置在什么地方,使用者在该处试图使齿弓的一部分的映射与齿弓的相对而置的部分协调一致。
有利的是,该对称面可在计算机的协助下借助齿弓的走向和/或待替换的牙齿的3D模型的邻齿的布局和形状和/或借助3D模型的牙齿的对抗肌的布局和形状来确定。
因此,可自动地在计算机的协助下确定该对称面。优点是,按本发明的方法缩短规划虚拟3D模型的时间。
附图说明
在附图中描述了本发明的实施例。其中示出了:
图1在略图中示出了按本发明的装置的实施形式,其由计算机、显示屏、键盘、鼠标和口腔摄影机构成;
图2在略图中示出了设置在齿弓中的齿的虚拟3D模型;
图3在略图中示出了虚拟工具用于推移;
图4在略图中示出了如何确定对称面。
具体实施方式
图1示出了按本发明的装置1的实施形式,其借助虚拟工具3来对称地加工设置在齿弓中的牙齿2.1、2.2、2.3和2.4的虚拟3D模型2。该装置1设计成计算机,它连接到显示屏4、键盘5、鼠标6上,并且连接到用来拍摄光学三维影片的口腔摄影机7。修复的3D模型2由待替换的牙齿2.1、2.2、2.3和2.4构成,它们设置在病人10的下颚9的三维影片8的牙齿之间,其中该光学影片8包含牙齿8.1至8.6,它们按FDI-牙位相当于下颚的牙齿34、44、45和33、34、35。规划的修复的待替换牙齿2.1至2.4按FDI-牙位相当于牙齿41、42、31和32。也可为病人10的上颚10相应地实施光学拍摄和修复规划。在牙齿2.1和2.2之间设置虚拟的对称面12,它垂直于显示屏4的观察面,因此作为一条线示出。牙齿2.2、2.4朝牙齿2.1和2.3是对侧设置的。
图2在略图中示出了由虚拟牙齿2.1至2.4构成的虚拟3D模块2,这些牙齿设置在下颚9的三维影片8的邻牙8.1和8.2之间。在牙齿2.1和2.2之间设置对称面12,其垂直于显示面并因此作为一条线示出。在选择菜单20中设置多个虚拟工具,即用来以刻度因子进行扩大的第一工具21;用来以刻度因子进行缩小的第二工具22;用来在方位不变时在竖直方向上改变位置的第三工具23;用来在水平方向上改变位置的第四工具24;用来在顺时针方向上使牙齿围绕着轴线旋转的第五工具25;用来在逆时针方向上使牙齿围绕着轴线旋转的第六工具26;用来改变表面形状的第七工具27,其中提高所选择的区域;以及用来加工表面形状的第八工具28,其中选择的区域相对于牙齿表面降低。
这些工具用来加工虚拟模块2。在图2中示出了多个加工步骤。在第一加工步骤中,已从选择菜单20中选出工具21,并且由使用者在使用图1的操作器件5和6的情况下应用在牙齿2.3上,其中来自牙库的牙齿的原有模型29(其以虚线示出)已经以特定的刻度因子均匀地扩大。通过箭头30示出了所述扩大。工具21通过第一光标示出。使用者可例如借助光标从牙库中选出牙齿的原有3D模型29,并且通过把光标从3D模型上移出,将3D模块29扩到规划的牙齿2.3的期望大小。所用软件的扩大操作同时应用在对侧的牙齿2.4上,并同时相应地扩大对侧牙齿的模型31,它是原有牙齿29相对于对称面12的映射。映射的牙齿31的扩大通过箭头32示出。因此,工具21应用在牙齿2.3上,使牙齿2.3扩大,并且对侧映射的牙齿2.4也同时以相同的刻度因子扩大。
在该方法的第二步骤中应用工具26到牙齿2.1上,以便围绕所选轴线进行旋转,其中该工具26通过第二光标示出。使用者可在此确定旋转轴线33,以便把牙齿21从虚线示出的原始位置34通过围绕着所选轴线33的逆时针旋转带到由实线示出的终端位置35。在牙齿2.1上应用工具26,还使对侧牙齿2.2映射地围绕着旋转轴线36(其相对于对称面12是映射的)顺时针旋转,如同通过箭头37所示的一样,其中牙齿2.2从虚线示出的原始位置38移动到终端位置39中。因此,使用工具26既可使牙齿2.1旋转,而且还可使对侧牙齿2.2映射地旋转。
在第三步骤中,工具28应用在牙齿2.1的唇面40上,其中选出的区域41(其以虚线示出)相对于唇面40是下降的。工具28通过第三光标示出。当在牙齿2.1上应用工具28时,对侧牙齿2.2的相对于对称面12映射的区域42在对侧牙齿2.2上相对于牙齿2.2的唇面43同时降低与所选区域41相同的高度。该工具28是所谓的自由形状工具,并且用来改变牙齿2.1的表面40,同时用来映射地改变对侧牙齿2.2的表面43。
在另一步骤中,借助另一自由形状工具44,在牙齿2.3的咬合面45中加工出凹陷处(裂纹)。在改变咬合面45的同时,通过在咬合面46中加工出映射的凹陷处,也相应映射对称地改变对侧牙齿2.4的咬合面46。因此,使用工具44可改变牙齿2.3的咬合面45,并且同时映射地改变对侧牙齿2.4的咬合面46。
在图3中示出了工具24的应用,该工具用来在牙齿方位不变的情况下改变位置,其中该工具通过光标50示出。使用者可借助光标50把牙齿21从虚线示出的起始位置51移动到实线示出的终端位置52,其中牙齿的方位保持不变。在借助光标50在牙齿21上使用用来改变位置的工具时,对侧牙齿2.2也同时在对称面12上映射地从原始位置53移到终端位置54。牙齿2.1的位移通过箭头55示出,牙齿2.2的位移通过箭头56示出。
图4示出了该方法的步骤,在该步骤中对称面12由使用者确定。为了更容易地找到对称面,齿弓60的左侧在对称轴线12.1上在原始位置中映射出来,该左侧由待替换的牙齿2.1和2.3以及图1的光学三维影片8中的牙齿8.1和8.2构成。齿弓的左部60的映射61用虚线示出。对称面12从原始位置12.1中转出和移出,直到它抵达终端位置12.2,在该终端位置中齿弓的左部60的映射61尽量与右部62协调一致。右部62通过实线示出,并且由3D模型2的待替换牙齿2.2和2.4以及图1的三维光学影片8中的牙齿8.2和8.4构成。对称面12的旋转通过箭头63示出,并且借助用来改变对称面位置的虚拟工具64来实现。还可在计算机的协助下来确定对称面12,其中借助计算机算法来改变对称面12的位置,直到齿弓的左部60的映射61与齿弓的右部62尽量协调一致。当在计算机的协助下确定对称面时,还可考虑有关齿弓、邻齿和对抗肌的布局和形状的图像信息。
附图标记清单
1 装置
2 3D模型
2.1-2.4 3D模型的牙齿
3 工具
4 显示屏
5 键盘
6 鼠标
7 口腔摄影机
8 影片
8.1-8.6 影片的牙齿
9 下颚
10 病人
11 上颚
12 对称面
12.1 对称轴线的原始位置
12.2 对称轴线的终端位置
20 选择菜单
21 第一工具
22 第二工具
23 第三工具
24 第四工具
25 第五工具
26 第六工具
27 第七工具
28 第八工具
29 牙齿的原有模型
30 箭头
31 模型29的映射
32 箭头
33 旋转轴线
34 牙齿的原始位置
35 牙齿的终端位置
36 映射的旋转轴线
37 方向箭头
38 原始位置
39 终端位置
40 唇面
41 选出的区域
42 映射的区域
43 唇面
44 自由形状-工具
45 咬合面
46 咬合面
50 光标
51 原始位置
52 终端位置
53 原始位置
54 终端位置
55 箭头
56 箭头
60 左部
61 映射/齿弓
62 右部
63 箭头
64 工具。

Claims (18)

1. 一种装置(1),用来借助虚拟工具(21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 50)加工设置在齿弓(9、11)中的牙齿(2.1、2.2、2.3、2.4)的虚拟3D模型(2),其特征在于,该工具(21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 50)可应用在该3D模型(2)的第一牙齿(2.1、2.3)上,其中还可关于对称面(12)映射地相应地应用在处于第一牙齿对侧的第二牙齿(2.2、2.4)上,即应用在对称面(12)另一侧上的牙齿上,该牙齿关于对称面(12)朝第一牙齿(2.1、2.3)是映射设置的。
2. 根据权利要求1所述的装置(1),其特征在于,同时于在第一牙齿(2.1、2.3)上的应用,可在计算机的协助下在对侧牙齿(2.2、2.4)上实施所述工具(21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 50)的映射应用。
3. 根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,所述工具(26)可使第一牙齿(2.1)围绕着第一旋转轴线(33)进行旋转,并使第二对侧牙齿(2.2)围绕着第二旋转轴线(36)进行相应映射的旋转(37)。
4. 根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,所述工具(21、22)可使第一牙齿(2.3)和第二对侧牙齿(2.4)以刻度因子扩大(30、32)或缩小。
5. 根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,所述工具(23、24、50)可在第一牙齿(2.1)方位不变的情况下改变位置,并且以对称面(12)映射地改变第二对侧牙齿(2.2)的位置。
6. 根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,所述工具(44)可改变第一牙齿(2.3)的表面(45)的形状,并且相应映射地改变第二对侧牙齿(2.4)的表面(46)的形状。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的装置(1),其特征在于,当工具(21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 50)应用在第一牙齿(2.1、2.3)和第二对侧牙齿(2.2、2.4)上时,所述改变可显示出来。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的装置(1),其特征在于,所述对称面(12、12.1、12.2)可通过使用者来确定。
9. 根据权利要求1至7中任一项所述的装置(1),其特征在于,所述对称面(12、12.1、12.2)可在计算机的协助下借助齿弓(9、10)的走向和/或借助待替换的牙齿(2.1、2.2、2.3、2.4)的3D模型(2)的邻齿(8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6)的布局和形状和/或借助3D模型(2)的牙齿(2.1、2.2、2.3、2.4)的对抗肌的布局和形状来确定。
10. 一种方法,用来借助虚拟工具(21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 50)来加工设置在齿弓(9、11)中的牙齿(2.1、2.2、2.3、2.4)的虚拟3D模型(2),其特征在于,该工具(21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 50)应用在该3D模型(2)的第一牙齿(2.1、2.3)上,其中关于对称面(12)映射地相应地应用在处于第一牙齿对侧的第二牙齿(2.2、2.4)上,即应用在对称面(12)另一侧上的牙齿上,该牙齿关于对称面(12)朝第一牙齿(2.1、2.3)是映射设置的。
11. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,同时于在第一牙齿(2.1、2.3)上的应用,在计算机的协助下在对侧牙齿(2.2、2.4)上实施所述工具(21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 50)的映射应用。
12. 根据权利要求10或11所述的方法,其特征在于,所述工具(26)使第一牙齿(2.1)围绕着第一旋转轴线(33)进行旋转,并使第二对侧牙齿(2.2)围绕着旋转轴线(36)进行相应映射的旋转(37)。
13. 根据权利要求10或11所述的方法,其特征在于,所述工具(2.1、22)使第一牙齿(2.3)和第二对侧牙齿(2.4)以刻度因子扩大(30、32)或缩小。
14. 根据权利要求10或11所述的方法,其特征在于,所述工具(23、24、50)在第一牙齿(2.1)方位不变的情况下改变位置,并且以对称面(12)映射地改变第二对侧牙齿(2.2)的位置。
15. 根据权利要求10或11所述的方法,其特征在于,所述工具(44)改变第一牙齿(2.3)的表面(45)的形状,并且相应映射地改变第二对侧牙齿(2.4)的表面(46)的形状。
16. 根据权利要求10至15中任一项所述的方法,其特征在于,当工具(21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 50)应用在第一牙齿(2.1、2.3)和第二对侧牙齿(2.2、2.4)上时,将所述改变显示出来。
17. 根据权利要求10至16中任一项所述的方法,其特征在于,所述对称面(12、12.1、12.2)通过使用者来确定。
18. 根据权利要求10至17中任一项所述的方法,其特征在于,所述对称面(12、12.1、12.2)在计算机的协助下借助齿弓(9、10)的走向和/或借助待替换的牙齿(2.1、2.2、2.3、2.4)的3D模型(2)的邻齿(8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6)的布局和形状和/或借助3D模型(2)的牙齿(2.1、2.2、2.3、2.4)的对抗肌的布局和形状来确定。
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