CN113171065A - 一种新型腕式血压测量手表 - Google Patents
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Abstract
本申请公开的新型腕式血压测量手表,与现有技术相比,包括表头装置以及与表头装置连接的腕带,其特征在于,还包括:设于表头装置内的主控模块;与主控模块连接的信号采集装置以及显示装置;信号采集装置包括:设于腕带上采集脉搏波动信号的第一采集模块;与主控模块连接的第二采集模块以及的第三采集模块;主控模块包括:连接第二采集模块以及第三采集模块的脉冲传输计算分析模块;连接第一采集模块以及第三采集模块的脉搏相位分析处理模块;与脉冲传输计算分析模块以及脉搏相位分析处理模块连接,用以计算血压测量值的深度神经网络分析模块。相较于现有技术而言,其能够实时获得精准的血压连续测量值,可以实现高精度的无创连续测量。
Description
技术领域
本申请涉及血压测量设备技术领域,更具体地说,尤其涉及一种新型腕式血压测量手表。
背景技术
据统计,心血管疾病尤其是高血压,已经成为人类健康威胁的“第一杀手”,有效地血压测量对于高血压的预防和治疗具有重要意义。血压测量方法可分为两大类:有创血压测量方法和无创血压测量方法。相对于有创血压测量技术,无创血压测量技术具有安全、简便、能持续测量的优点。无创血压测量方法最典型的代表为柯氏听诊法,这种方法测量简单,是过去医院最为常用的方法。但由于“白大褂效应”与人工观测误差的影响,该方法只能测得患者特定时刻的血压值,不具有普遍性,无法测量患者在不同环境下的血压波动。
目前,无创连续血压测量中代表的方法有:示波法、容积补偿法、动脉张力法、超声法、磁性法以及脉搏波传导时间法。由于血压的波动性,传统的诊室血压测量会因为“白大衣高血压”现象而无法客观评价病人的真实血压情况,临床上常用的动态血压计虽然可以获取病人24小时血压波动情况,但其反应的也是某个时间段的瞬时值;并且,现有无创连续监测血压的方法大多都是基于脉冲传输时间(PTT)间接预测血压,相对于袖带式电子血压计其预测偏差较大,无法得到精准的血压测量值。
因此,如何提供一种新型腕式血压测量手表,其能够实时获得精准的血压连续测量值,可以实现高精度的无创连续测量,已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本申请提供一种新型腕式血压测量手表,其能够实时获得精准的血压连续测量值,可以实现高精度的无创连续测量。
本申请提供的技术方案如下:
本申请提供一种新型腕式血压测量手表,包括表头装置以及与所述表头装置连接的腕带,其特征在于,还包括:设于所述表头装置内的主控模块;与所述主控模块连接的信号采集装置以及用以显示血压测量值的显示装置;所述信号采集装置包括:设于所述腕带上采集脉搏波动信号的第一采集模块;与所述主控模块连接用以采集心电信号的第二采集模块以及用以采集光电容积脉搏波信号的第三采集模块;所述主控模块包括:连接所述第二采集模块以及所述第三采集模块的脉冲传输计算分析模块;连接所述第一采集模块以及所述第三采集模块的脉搏相位分析处理模块;与所述脉冲传输计算分析模块以及所述脉搏相位分析处理模块连接,用以计算血压测量值的深度神经网络分析模块。
进一步地,在本发明一种优选方式中,所述第一采集模块包括:设于所述腕带上的压力传感器;设于所述表头装置下,与所述主控模块连接的充气装置。
进一步地,在本发明一种优选方式中,所述充气装置包括:气泵;与所述气泵连通的气囊;设置于所述气囊上的电磁阀;所述气泵设置于所述表头装置底部;所述气囊设置于所述腕带上,环绕所述腕带。
进一步地,在本发明一种优选方式中,所述第二采集模块包括:设置于所述腕带上的心电电极;与所述心电电极连接的ECG采集机构。
进一步地,在本发明一种优选方式中,所述ECG采集机构包括:与所述心电电极连接的射频干扰滤波器;与所述射频干扰滤波器连接的第一信号转换单元;设置于所述射频干扰滤波器以及所述第一信号转换单元之间的信号放大器。
进一步地,在本发明一种优选方式中,所述第三采集模块包括:设置于所述表头装置底部的LED光源;与所述LED光源连接的PPG采集机构。
进一步地,在本发明一种优选方式中,所述PPG采集机构包括:用以接收放射光电信号的光敏传感器;与所述光敏传感器连接的模拟前端;连接所述模拟前端的第二信号转换单元;设置于所述第二信号转换单元以及所述模拟前端之间的带通滤波器。
进一步地,在本发明一种优选方式中,所述主控模块还包括:微控制模块;与所述深度神经网络分析模块连接的无线传输模块;设置于所述无线传输模块以及所述深度神经网络分析模块之间的信号处理模块;与所述信号处理模块并联设置的电源模块、启闭模块以及存储模块。
进一步地,在本发明一种优选方式中,所述主控模块还包括:与所述微控制模块连接的附加特征输入模块;与所述附件特征输入模块并联设置的血压等级评估模块以及血压预测执行模块。
进一步地,在本发明一种优选方式中,所述新型腕式血压测量手表还包括:与所述无线传输模块通信的血压监测终端。
本申请提供一种新型腕式血压测量手表,包括表头装置以及与所述表头装置连接的腕带,还包括:设于所述表头装置内的主控模块;与所述主控模块连接的信号采集装置以及用以显示血压测量值的显示装置;所述信号采集装置包括:设于所述腕带上采集脉搏波动信号的第一采集模块;与所述主控模块连接用以采集心电信号的第二采集模块以及用以采集光电容积脉搏波信号的第三采集模块;所述主控模块包括:连接所述第二采集模块以及所述第三采集模块的脉冲传输计算分析模块;连接所述第一采集模块以及所述第三采集模块的脉搏相位分析处理模块;与所述脉冲传输计算分析模块以及所述脉搏相位分析处理模块连接,用以计算血压测量值的深度神经网络分析模块。其中,利用所述表头装置以及所述腕带,所述腕带连接所述表头装置并将其固定在腕部血压测量处;利用所述信号装置装置采集数据信号,所述第一采集模块采集脉搏波动信号,所述第二采集模块采集心电信号,以及所述第三采集装置采集光电容积脉搏波信号;其次,利用所述脉冲传输计算分析模块,依据心电信号以及光电容积脉搏波信号,计算得出脉冲传输时间,基于所述脉冲传输时间人体血压值成线性关系,得出第一血压测量数据;利用所述脉搏相位分析处理模块,计算得出光电容积脉搏波信号以及脉搏波动信号的相位差,基于所述相位差与人体血压值成负相关关系,得出第二血压测量数据;利用所述深度神经网络分析模块,建立回归训练模型,将所述第一血压测量数据以及所述第二血压测量数据作为特征输入所述回归训练模型,分析计算出精准的血压测量值;利用所述显示装置实时显示血压测量值,实现高精度的无创连续血压测量。本发明涉及的技术方案,相较于现有技术而言,其能够实时获得精准的血压连续测量值,可以实现高精度的无创连续测量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例,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为本发明实施例提供的新型腕式血压测量手表的结构示意框图;
图2为本发明实施例提供的第一采集模块的结构示意框图;
图3为本发明实施例提供的第二采集模块的结构示意框图;
图4为本发明实施例提供的第三采集模块的结构示意框图;
图5为本发明实施例提供的电源模块的结构示意框图。
附图标记说明:
主控模块1;信号采集装置2;第一采集模块201;第二采集模块202;第三采集模块203;显示装置3;脉冲传输计算分析模块4;脉搏相位分析处理模块5;深度神经网络分析模块6;微控制模块7;信号处理模块8;无线传输模块9;血压预测执行模块10;血压等级评估模块11;附加特征输入模块12;电源模块13;动力电池1301;CMOS开关1302;低压差线性稳压器1303;启闭模块14;存储模块15;血压监测终端16;压力传感器17;充气装置18;气泵1801;气囊1802;电磁阀1803;心电电极19;ECG采集机构 20;射频干扰滤波器2001;信号放大器2002;第一信号转换单元2003;LED 光源21;PPG采集机构22;光敏传感器2201;模拟前端2202;带通滤波器 2203;第二信号转换单元2204。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案,下面将结合本申请实施例中的附图对本申请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申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上,它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上;当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
须知,本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本申请可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
请如图1至图5所示,本申请提供一种新型腕式血压测量手表,包括表头装置以及与所述表头装置连接的腕带,还包括:设于所述表头装置内的主控模块1;与所述主控模块1连接的信号采集装置2以及用以显示血压测量值的显示装置3;所述信号采集装置2包括:设于所述腕带上采集脉搏波动信号的第一采集模块201;与所述主控模块1连接用以采集心电信号的第二采集模块202以及用以采集光电容积脉搏波信号的第三采集模块203;所述主控模块 1包括:连接所述第二采集模块202以及所述第三采集模块203的脉冲传输计算分析模块4;连接所述第一采集模块201以及所述第三采集模块203的脉搏相位分析处理模块5;与所述脉冲传输计算分析模块4以及所述脉搏相位分析处理模块5连接,用以计算血压测量值的深度神经网络分析模块6。
本申请提供一种新型腕式血压测量手表,具体包括表头装置以及与所述表头装置连接的腕带,还包括:设于所述表头装置内的主控模块1;与所述主控模块1连接的信号采集装置2以及用以显示血压测量值的显示装置3;所述信号采集装置2包括:设于所述腕带上采集脉搏波动信号的第一采集模块201;与所述主控模块1连接用以采集心电信号的第二采集模块202以及用以采集光电容积脉搏波信号的第三采集模块203;所述主控模块1包括:连接所述第二采集模块202以及所述第三采集模块203的脉冲传输计算分析模块4;连接所述第一采集模块201以及所述第三采集模块203的脉搏相位分析处理模块 5;与所述脉冲传输计算分析模块4以及所述脉搏相位分析处理模块5连接,用以计算血压测量值的深度神经网络分析模块6。其中,利用所述表头装置以及所述腕带,所述腕带连接所述表头装置并将其固定在腕部血压测量处;利用所述信号装置装置采集数据信号,所述第一采集模块201采集脉搏波动信号,所述第二采集模块202采集心电信号,以及所述第三采集装置采集光电容积脉搏波信号;其次,利用所述脉冲传输计算分析模块4,依据心电信号以及光电容积脉搏波信号,计算得出脉冲传输时间,基于所述脉冲传输时间人体血压值成线性关系,得出第一血压测量数据;利用所述脉搏相位分析处理模块5,计算得出光电容积脉搏波信号以及脉搏波动信号的相位差,基于所述相位差与人体血压值成负相关关系,得出第二血压测量数据;利用所述深度神经网络分析模块6,建立回归训练模型,将所述第一血压测量数据以及所述第二血压测量数据作为特征输入至所述回归训练模型,分析计算出精准的血压测量值;利用所述显示装置3实时显示血压测量值,实现高精度的无创连续血压测量。本发明涉及的技术方案,相较于现有技术而言,其能够实时获得精准的血压连续测量值,可以实现高精度的无创连续测量。
具体地,在本发明的实施例中,所述第一采集模块201包括:设于所述腕带上的压力传感器17;设于所述表头装置下,与所述主控模块1连接的充气装置18。
具体地,在本发明的实施例中,所述充气装置18包括:气泵1801;与所述气泵1801连通的气囊1802;设置于所述气囊1802上的电磁阀1803;所述气泵1801设置于所述表头装置底部;所述气囊1802设置于所述腕带上,环绕所述腕带。
其中,所述气泵1801以及所述电磁阀1803与所述主控模块1连接,所述气泵1801以及所述电磁阀1803,用以为所述气囊1802充放气;结合所述压力传感器17,采集脉搏波动信号。
具体地,在本发明的实施例中,所述第二采集模块202包括:设置于所述腕带上的心电电极19;与所述心电电极19连接的ECG采集机构20。
具体地,在本发明的实施例中,所述ECG采集机构20包括:与所述心电电极19连接的射频干扰滤波器2001;与所述射频干扰滤波器2001连接的第一信号转换单元2003;设置于所述射频干扰滤波器2001以及所述第一信号转换单元2003之间的信号放大器2002。
其中,所述ECG采集机构20包括AD8233控制芯片;所述AD8233控制芯片内部集成所述射频干扰滤波器2001、所述所述信号放大器2002以及所述第一信号转换单元2003,内置导联脱落检测单元以及信号恢复单元,与所述心电电极19连接,可以处理心电信号,并通过所述第一信号转换单元2003,将心电模拟信号转换成数字信号输出至主控模块1。
具体地,在本发明的实施例中,所述第三采集模块203包括:设置于所述表头装置底部的LED光源21;与所述LED光源21连接的PPG采集机构22。
具体地,在本发明的实施例中,所述PPG采集机构22包括:用以接收放射光电信号的光敏传感器2201;与所述光敏传感器2201连接的模拟前端 2202;连接所述模拟前端2202的第二信号转换单元2204;设置于所述第二信号转换单元2204以及所述模拟前端2202之间的带通滤波器2203。
其中,所述PPG采集机构22包括ADPD4000控制芯片;所述ADPD4000 控制芯片内部集成所述光敏传感器2201、所述模拟前端2202、带通滤波器2203 以及所述第二信号转换单元2204;所述LED光源21用以控制不同波长的LED 信号输出;所述光敏传感器2201用以接收放射回来的LED信号,反射回来的所述LED信号为光电容积脉搏波模拟信号,利用所述带通滤波器2203去除信号干扰,结合所述第二信号转换单元2204,将所述光电容积脉搏波模拟信号转换为光电容积脉搏模拟信号。
具体地,在本发明的实施例中,所述主控模块1还包括:微控制模块7;与所述深度神经网络分析模块6连接的无线传输模块9;设置于所述无线传输模块9以及所述深度神经网络分析模块6之间的信号处理模块8;与所述信号处理模块8并联设置的电源模块13、启闭模块14以及存储模块15。
具体地,在本发明的实施例中,所述显示装置3包括液晶触控屏幕;所述液晶触控屏幕设置于所述表头装置顶部,与所述微控制模块7通信连接。
具体地,在本发明的实施例中,所述电源模块13包括:动力电池1301;与所述动力电池1301连接的低压差线性稳压器1303;设置于所述低压差线性稳压器1303以及所述动力电池1301之间的CMOS开关1302。
其中,所述无线传输模块9包括蓝牙模块;所述信号处理模块8,用以分析处理血压测量值;所述电源模块13,用以为所述主控模块1、所述信号采集装置2、所述显示装置3以及所述充气装置18提供电源输入。
具体地,在本发明的实施例中,所述主控模块1还包括:与所述微控制模块7连接的附加特征输入模块12;与所述附件特征输入模块并联设置的血压等级评估模块11以及血压预测执行模块10。
具体地,在本发明的实施例中,所述血压等级评估模块11包括:与所述微控制控制连接的正常血压评估单元;与所述正常血压评估单元并联设置的低血压评估单元以及高血压评估单元。
其中,所述附加特征输入模块12,用以将年龄、心率、身高以及体重等作为计算特征,输入回归训练方程,得出更为精准的血压测量值;所述血压等级评估模块11,通过所述血压测量值评估血压等级,所述血压等级包括:低血压、正常血压以及高血压。
具体地,在本发明的实施例中,所述血压预测执行模块10包括:与所述微控制模块7连接的单次测量预测单元;与所述单次测量预测单元并联设置的血压实时监护单元。
具体地,在本发明的实施例中,所述新型腕式血压测量手表还包括:与所述无线传输模块9通信的血压监测终端16。
其中,所述血压监测终端16与所述无线传输模块9连接,实时接收并处理所述血压测量值,利用所述血压监测终端16实现血压的实时连续测量。
具体地,在本发明的实施例中,所述血压监测终端16包括:存储器;连接所述存储器的信号处理器;与所述信号处理器连接的显示模块以及预警模块。
具体地,在本发明的实施例中,所述脉冲传输时间(PTT)与人体血压值成线性关系:根据血管弹性腔理论,血液可以看作为具有粘性的牛顿流体,且不可压缩。Moens和Kortewg提出了脉搏波传播速度PWV的计算公式:
其中K为莫恩斯常量,对于人体主动脉K=0.8;h为血管壁厚度;R为血管壁半径;E为血管的杨氏弹性模量;ρ为血液密度。脉搏波在血液中的传播速度取决于莫恩斯常量K,杨氏弹性模量E,血管壁的厚度h和半径R,以及血液密度ρ。
PTT与PWV的关系则可以表示为:
其中s为脉搏波传导距离,为心脏到桡动脉的距离。
根据Hughes公式,血管壁的弹性会随着血压发生变化:
E=E0erP
其中E0是物理状态下的杨氏弹性模量值,r为表征血管特征的一个量,数值在0.016至0.018(mmHg-1)范围内,P为血压值。结合Moens-Kortewg公式和Hughes公式可以得出血压与脉搏波传导时间的关系:
假设动脉血管系统为理想模型,忽略血液密度以及血管壁厚度,通过以上公式可以分析得出血压与PTT呈线性关系。
具体地,在本发明的实施例中,所述第一采集模块201以及所述第三采集模块203采集的是人体腕部桡动脉上的脉搏波动信号以及光电容积脉搏波信号;桡动脉处所述脉搏波动信号以及所述光电容积脉搏波信号的相位差随人体血压的升高而减小,成负相关趋势。
更为具体地阐述,目前,无创连续血压测量中代表的方法有:示波法、容积补偿法、动脉张力法、超声法、磁性法以及脉搏波传导时间法。由于血压的波动性,传统的诊室血压测量会因为“白大衣高血压”现象而无法客观评价病人的真实血压情况,临床上常用的动态血压计虽然可以获取病人24小时血压波动情况,但其反应的也是某个时间段的瞬时值;并且,现有无创连续监测血压的方法大多都是基于脉冲传输时间间接预测血压,相对于袖带式电子血压计其预测偏差较大,无法得到精准的血压测量值。
由上所述,本发明实施例涉及的新型腕式血压测量手表,利用所述表头装置以及所述腕带,所述腕带连接所述表头装置并将其固定在腕部血压测量处;利用所述信号装置装置采集数据信号,所述第一采集模块201采集脉搏波动信号,所述第二采集模块202采集心电信号,以及所述第三采集装置采集光电容积脉搏波信号;其次,利用所述脉冲传输计算分析模块4,依据心电信号以及光电容积脉搏波信号,计算得出脉冲传输时间,基于所述脉冲传输时间人体血压值成线性关系,得出第一血压测量数据;利用所述脉搏相位分析处理模块5,计算得出光电容积脉搏波信号以及脉搏波动信号的相位差,基于所述相位差与人体血压值成负相关关系,得出第二血压测量数据;利用所述深度神经网络分析模块6,建立回归训练模型,将所述第一血压测量数据以及所述第二血压测量数据作为特征输入所述回归训练模型,分析计算出精准的血压测量值;利用所述显示装置3以及所述血压监测终端16实时显示血压测量值,实现高精度的无创连续血压测量。本发明涉及的技术方案,相较于现有技术而言,其能够实时获得精准的血压连续测量值,可以实现高精度的无创连续测量。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种新型腕式血压测量手表,包括表头装置以及与所述表头装置连接的腕带,其特征在于,还包括:
设于所述表头装置内的主控模块;与所述主控模块连接的信号采集装置以及用以显示血压测量值的显示装置;
所述信号采集装置包括:设于所述腕带上采集脉搏波动信号的第一采集模块;与所述主控模块连接用以采集心电信号的第二采集模块以及用以采集光电容积脉搏波信号的第三采集模块;
所述主控模块包括:连接所述第二采集模块以及所述第三采集模块的脉冲传输计算分析模块;连接所述第一采集模块以及所述第三采集模块的脉搏相位分析处理模块;与所述脉冲传输计算分析模块以及所述脉搏相位分析处理模块连接,用以计算血压测量值的深度神经网络分析模块。
2.根据权利要求1所述的新型腕式血压测量手表,其特征在于,所述第一采集模块包括:设于所述腕带上的压力传感器;设于所述表头装置下,与所述主控模块连接的充气装置。
3.根据权利要求2所述的新型腕式血压测量手表,其特征在于,所述充气装置包括:气泵;与所述气泵连通的气囊;设置于所述气囊上的电磁阀;所述气泵设置于所述表头装置底部;所述气囊设置于所述腕带上,环绕所述腕带。
4.根据权利要求1所述的新型腕式血压测量手表,其特征在于,所述第二采集模块包括:设置于所述腕带上的心电电极;与所述心电电极连接的ECG采集机构。
5.根据权利要求4所述的新型腕式血压测量手表,其特征在于,所述ECG采集机构包括:与所述心电电极连接的射频干扰滤波器;与所述射频干扰滤波器连接的第一信号转换单元;设置于所述射频干扰滤波器以及所述第一信号转换单元之间的信号放大器。
6.根据权利要求1所述的新型腕式血压测量手表,其特征在于,所述第三采集模块包括:设置于所述表头装置底部的LED光源;与所述LED光源连接的PPG采集机构。
7.根据权利要求6所述的新型腕式血压测量手表,其特征在于,所述PPG采集机构包括:用以接收放射光电信号的光敏传感器;与所述光敏传感器连接的模拟前端;连接所述模拟前端的第二信号转换单元;设置于所述第二信号转换单元以及所述模拟前端之间的带通滤波器。
8.根据权利要求1所述的新型腕式血压测量手表,其特征在于,所述主控模块还包括:微控制模块;与所述深度神经网络分析模块连接的无线传输模块;设置于所述无线传输模块以及所述深度神经网络分析模块之间的信号处理模块;与所述信号处理模块并联设置的电源模块、启闭模块以及存储模块。
9.根据权利要求8所述的新型腕式血压测量手表,其特征在于,所述主控模块还包括:与所述微控制模块连接的附加特征输入模块;与所述附件特征输入模块并联设置的血压等级评估模块以及血压预测执行模块。
10.根据权利要求9所述的新型腕式血压测量手表,其特征在于,所述新型腕式血压测量手表还包括:与所述无线传输模块通信的血压监测终端。
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2021
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