CN113180887A - 具有逐区阶梯高度控制的眼内透镜 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有逐区阶梯高度控制的眼内透镜。一种方法和系统，所述方法和系统提供了眼科装置。所述眼科装置包括眼科透镜，所述眼科透镜具有前表面、后表面、以及包括多个区的至少一个衍射结构。所述至少一个衍射结构用于所述前表面和所述后表面中的至少一个。每个区包括具有至少一个阶梯高度的至少一个小阶梯光栅。针对每个区单独优化(多个)阶梯高度。为了补偿从远处到视力范围的眼睛色差，可以采用大于2π的相位阶梯高度，并且将(多个)阶梯高度折叠相位，所述相位是二乘以π的整数倍。因此，可以补偿眼睛的色差以改善从远到近的视力。

Description

具有逐区阶梯高度控制的眼内透镜
本申请是中国申请号为201780073704.3、申请日为2017年11月09日的PCT申请PCT/IB2017/057016的、名称为“具有逐区阶梯高度控制的眼内透镜”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开总体上涉及眼内透镜，更具体地涉及一种具有逐区阶梯高度控制的眼内透镜。
背景技术
将眼内透镜(IOL)植入患者的眼睛中以替换患者的晶状体或者补充患者的晶状体。在白内障手术过程中可以植入IOL来代替患者的晶状体。替代性地，可以将IOL植入患者的眼睛中以增大患者自身晶状体的光焦度。
一些常规的IOL是单焦距IOL，而其他是多焦点IOL。单焦距IOL具有单焦距或单焦度。在眼睛/IOL的焦距处的物体是清晰的，而离得更近或更远的物体可能模糊。虽然物体只在焦距处时才焦点对准，但是在焦深范围内(在焦距的特定距离内)的物体仍然是可接受地焦点对准，以便患者考虑焦点对准的物体。多焦点IOL具有至少两个焦距。例如，双焦点IOL具有两个焦距，用于改善两个范围内的聚焦：对应于较大焦距的远焦点和对应于较小焦距的近焦点。因此，可以改善患者的视远和视近。三焦点IOL具有三个焦点：用于视远的远焦点、用于视近的近焦点、以及用于视中的中间焦点。中间焦点具有在近焦点与远焦点的焦距之间的中间焦距。多焦点IOL可以改善患者聚焦在远处和附近物体上的能力。
为了制造常规的IOL，通常采用光学设计软件。提供了期望的焦距和透镜表面上的区的位置。考虑这些输入，使用光学软件分析优化整个透镜。换句话说，使用分析工具同时优化多个区的衍射结构。因此，可以提供IOL。
虽然对于解决光学条件是有用的，但是IOL可能具有各种缺点，比如纵向色差和/或有限的焦深。不同颜色的光具有不同的波长，并且因此具有不同的频率。因此，IOL将不同颜色的光聚焦在距晶状体不同距离处。IOL可能无法将不同颜色的光聚焦在患者的视网膜上。IOL的多色图像对比度可能受到不利影响。另外，IOL的焦深可能不如期望的那么大。患者看距焦距更远的范围可能受到不利影响。因此，可能期望扩展的焦深(EDOF)。
因此，需要一种用于改进IOL的系统和方法。
发明内容
一种方法和系统，所述方法和系统提供了眼科装置。所述眼科装置包括眼科透镜，所述眼科透镜具有前表面、后表面、以及包括多个区的至少一个衍射结构。所述至少一个衍射结构用于所述前表面和所述后表面中的至少一个。每个区包括具有至少一个阶梯高度的至少一个小阶梯光栅。针对每个区单独提供(多个)阶梯高度。所述至少一个阶梯高度还折叠相位，所述相位是二乘以π的整数倍。
具有上述(多个)衍射结构的透镜可以具有减小的色差和更大的EDOF。因此，可以改善性能。
附图说明
为了更彻底地理解本公开及其优点，现在参考结合附图进行的以下说明，在这些附图中相同的附图标记指示相同的特征，并且在附图中：
图1A和图1B描绘了包括单独优化的区和相位折叠的多焦点眼科装置的示例性实施例的平面图和侧视图；
图2描绘了包括单独优化的区和相位折叠的多焦点眼科透镜的衍射结构的矢高轮廓的示例性实施例。
图3A和图3B描绘了针对包括单独优化的区和相位折叠的多焦点眼科透镜，强度对焦点偏移的示例性实施例；
图4描绘了用于眼科透镜的衍射结构的矢高(sag)轮廓的示例性实施例，所述眼科透镜具有扩展的焦深并且包括单独优化的区和相位折叠；
图5A和图5B描绘了针对包括单独优化的区和相位折叠的透镜，强度vs焦点偏移的示例性实施例；
图6是描绘了用于制造包括单独优化的区和相位折叠的眼科装置的方法的示例性实施例的流程图；
图7描绘了在设计期间的包括单独优化的区的衍射结构的矢高轮廓的示例性实施例；
图8描绘了在设计期间的包括单独优化的区和相位折叠的衍射结构的矢高轮廓的示例性实施例；以及
图9是描绘了用于利用眼科装置的方法的示例性实施例的流程图，所述眼科装置包括可以具有减小的色差的多焦点透镜。
具体实施方式
示例性实施例涉及比如IOL和接触透镜等眼科装置。提供了以下说明来使本领域的普通技术人员能够制作和使用本发明，并且在专利申请及其要求的背景下提供了以下说明。对本文所描述的示例性实施例以及一般原理和特征的各种修改将是显而易见的。主要在具体实施方式中提供的具体方法和系统方面描述了这些示例性实施例。然而，这些方法和系统将在其他实施方式中有效地操作。例如，主要关于IOL来描述方法和系统。然而，方法和系统可以与接触透镜一起使用。比如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一个实施例”等短语可以指代相同或不同的实施例，以及指代多个实施例。将关于具有某些部件的系统和/或装置来描述这些实施例。然而，这些系统和/或装置可以包括比所示的部件更多或更少的部件，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下，对这些部件的安排和类型做出变化。也将在具有某些步骤的具体方法的背景下描述这些示例性实施例。然而，对于具有不同和/或附加步骤以及以与示例性实施例不一致的不同顺序的步骤的其他方法，所述方法和系统仍有效操作。因此，本发明不旨在受限于所示出的实施例，而是被赋予与本文所描述的原理和特征一致的最广泛范围。
一种方法和系统，所述方法和系统提供了眼科装置。所述眼科装置包括眼科透镜，所述眼科透镜具有前表面、后表面、以及包括多个区的至少一个衍射结构。(多个)衍射结构用于前表面和后表面中的至少一个。每个区包括具有至少一个阶梯高度的至少一个小阶梯光栅。针对每个区单独确定(多个)阶梯高度。(多个)阶梯高度还折叠相位，所述相位是二乘以π的整数倍。
图1A和图1B描绘了可以用作IOL的眼科装置100的示例性实施例。图1A描绘了眼科装置100的平面图，而图1B描绘了眼科透镜110的侧视图。为清楚起见，图1A和图1B不是按比例的，仅用于说明目的并且仅描绘了一些特征。眼科装置100包括眼科透镜110(下文为“透镜”)以及袢102和104。透镜110可以由各种光学材料制成，包括但不限于硅酮、水凝胶、丙烯酸和
Figure BDA0003053428370000041
中的一种或多种。袢102和104用于将眼科装置100保持在患者眼睛中的适当位置(未明确示出)。在其他实施例中，可以使用(多个)其他机构来将眼科装置固位在眼睛中的适当位置。因此，可以省略袢102和104。为清楚起见，在其余附图中未描绘袢。虽然透镜110在图1A的平面图中被描绘为具有圆形截面，但是在其他实施例中，可以使用其他形状。虽然以IOL的背景进行描述，但是透镜110可以是接触透镜。在这种情况下，袢102将被省略，并且透镜110的大小被确定并且以其他方式被配置成位于眼睛的表面上。
透镜110可以但不需要是多焦点透镜。透镜110具有前表面112、后表面114、以及光轴116。所述透镜的特征还在于衍射结构120和基弯121。透镜110可以提供基底焦度、散光矫正和/或(多种)其他视力矫正。透镜110可以是非球面和/或环曲面的，在表面112和114上具有相同或不同的基弯和/或为简单起见未详细示出或讨论的其他特征。尽管在前表面112上示出了一个衍射结构120，但是衍射结构120可以位于后表面114上。在另外其他实施例中，衍射结构可以位于前表面112和后表面114上。这种衍射结构可以相同或不同。衍射结构120可以但不需要是部分孔径衍射结构。进一步地，尽管示出为物理衍射结构，但是在其他实施例中，衍射结构120可以通过透镜110的折射率的变化而形成。
衍射结构120可以提供单焦距或多焦距。在一些实施例中，衍射结构120用于提供双焦点(用于视近和视远的两个焦距)透镜110。在其他实施例中，衍射结构120可以提供三焦点(用于视近、视中和视远的三个焦距)透镜110。还可以提供四焦点或其他多焦点透镜。衍射结构120可以被配置用于(多个)特定波长。例如，衍射结构120的不同区111可以被配置用于不同波长的光。替代性地，衍射结构120可以被设计用于单一波长的光。
衍射结构120包括多个区122A、122B和122C(统称为区122)，所述区对应于垂直于光轴116的距离的不同范围(即，不同的半径)。尽管示出了三个区122，但是透镜110可以具有其他数量的区。区122A、122B和/或122C是沿着表面从距光轴116的最小半径到最大半径的圆或圆环形环。例如，在一些实施例中，衍射结构120的区122的环直径可以通过菲涅耳衍射透镜标准来设置。替代性地，可以使用其他标准来确定区122中的每一个的大小和位置。
区122中的每一个包括阶梯或小阶梯光栅124。小阶梯光栅124具有对应于相位差的阶梯高度。小阶梯光栅124的阶梯高度是物理阶梯高度(h)乘以透镜110与周围介质之间的折射率的差值(Δn)。换言之，阶梯高度＝h·Δn。小阶梯光栅124的相位差φ与阶梯高度除以波长λ成比例。更具体地，φ＝(2·π·h·Δn)/λ。因此，2π的相位差对应于一个阶梯高度的波长。因此，术语“阶梯高度”和“相位”在本文中被认为是有效的同义词。
一个或多个区122的小阶梯光栅124被单独优化。换句话说，区122A、122B和/或122C的小阶梯光栅124的一个或多个特征分别针对区122A、122B和/或122C而确定，而与另一个区中的小阶梯光栅124的特征无关。在一些实施例中，区122中的小阶梯光栅124的阶梯高度(相位)在逐区的基础上分开确定。因此，每个区122A、122B和/或122C的(多个)阶梯高度独立于另一个区的(多个)阶梯高度来确定。在其他实施例中，可以在逐区的基础上分开配置小阶梯光栅124的附加或其他特征。例如，也可以针对每个区122独立地控制小阶梯光栅124之间的间隔。
可以基于所选择的标准独立地优化区122A、122B和122C中的每一个的小阶梯光栅124的(多个)特征。例如，透镜110的(多个)特定焦距、目标焦点位置、相长干涉的位置和量、目标相位和/或其他标准可以用于单独确定区122中的每一个的(多个)阶梯高度。这些标准可以在区122之间改变。在其他实施例中，对于区122中的每一个，这些标准可以是相同的。由于区122的位置不同，即使标准保持不变，也可以针对不同区122确定不同的阶梯高度。
在一些实施例中，可以单独优化每个区中的小阶梯光栅124的相位(即阶梯高度)，使得区122中的每一个在不同的目标位置处相长干涉。因此，可以改善透镜110的焦深。在一些情况下，可以实现相对均匀的离焦。可以针对多焦点透镜110的一个或多个焦距分开优化区122中的每一个。例如，可以优化区122中的每一个以便提供不同的中间焦距。因此，可以改善焦深。
尽管在针对区122中的每一个独立配置小阶梯光栅124的背景下进行讨论，但是本领域普通技术人员将认识到并非所有区122都必须如此配置。例如，在一些实施例中，可以分开确定仅区122A和122B的小阶梯光栅124。在其他实施例中，可以分开配置仅区122A和122C的小阶梯光栅124。在其他实施例中，可以独立地确定仅区122B和122C的小阶梯光栅124的特征。在其他实施例中，透镜110的所有区122可以被分开操纵。因此，具有独立操纵的小阶梯光栅124的特定区122可以在实施例之间改变。
除了分开、逐区优化(多个)阶梯高度之外，区122可以进行相位折叠。针对一个或多个区122单独确定的(多个)阶梯高度可以较大。相应的相位可以超过2·π。在一些情况下，优化的阶梯高度可以对应于至少3·π、至少4·π或更大的相位。因此，如果阶梯高度足够大，那么阶梯高度与2·π·n的相位折叠，其中n是正整数。在一些实施例中，可以减小小阶梯光栅124的阶梯高度以便提供最大相位2·π。因此，除了被分开控制之外，每个区122A、122B和/或122C的小阶梯光栅124的阶梯高度被折叠。阶梯高度的这种减小可以减少远离光轴116的光的光干涉。相位折叠还可以提供负色散，所述负色散可以部分或全部补偿形成透镜110的材料的正色散。
眼科透镜110可以具有改善的性能。眼科透镜110可以是多焦点透镜。眼科装置100可以用于治疗比如老花眼等病症。可以治疗比如散光等其他病症，并且可以通过使用基弯121、透镜110的非球面性、透镜110的环曲面性、小阶梯光栅122的变迹以及透镜的其他特征来改善透镜110的性能。另外，透镜110可以具有改善的EDOF以及减小的色差。分开控制区122中的每一个中的小阶梯光栅124的(多个)阶梯高度可以允许图像在更大的距离范围内足够清晰。因此，可以改善焦深。因为小阶梯光栅也是相位折叠的，所以可以补偿由透镜110引入的色差。这种超区和相位包裹的使用可以通过衍射透镜的强烈负色散并且矫正从远处到视力范围的色差来补偿眼睛的色差。因此，可以增大焦深，同时可以提供消色差更大的透镜110。因此，可以改善性能。
相对于某些实施例，可以更好地理解眼科透镜110的益处。图2描绘了包括单独受控的区和相位折叠的衍射结构的另一个示例性实施例的矢高轮廓130。因此，可互换地提到矢高轮廓130和衍射结构130。衍射结构130可以代替透镜110中的衍射结构120。矢高轮廓130指示存在区134、136和138，每个区包括一个或多个小阶梯光栅132。图3A和图3B分别是曲线图140和150，分别描绘了针对制成有衍射结构130的三焦点透镜110，单色强度和适光强度vs焦点偏移的示例性实施例。曲线142和152用于一组线对，而曲线144和154用于具有两倍频率的另一组线对。图2至图3B不是按比例的并且仅用于说明目的。
如在曲线图140和150中可以看到的，离焦调制传递函数(MTF)曲线142/152和144/154由于在矢高轮廓130中小阶梯光栅132的阶梯高度的分开逐区控制而偏移。这种偏移补偿了MTF曲线中的谷。因此，改善结合了矢高轮廓130的透镜的焦深。由于衍射结构130的相位折叠，所以也可以补偿色差。因此，MTF在曲线图140和150中被示出为在延伸距离范围内下降较小的量。因此，可以改善具有矢高轮廓130的透镜110的焦深和消色差。可以增强采用具有矢高轮廓130的衍射结构的透镜110的性能。
图4描绘了包括单独受控的区和相位折叠的衍射的另一个示例性实施例的矢高轮廓130'。因此，可互换地提到矢高轮廓130'和衍射结构130'。衍射结构130'可以代替透镜110中的衍射结构120。矢高轮廓130'指示存在区134'、136'和138'，每个区包括一个或多个小阶梯光栅132'。图5A和图5B分别是曲线图140'和150'，描绘了针对制成有衍射结构130'的三焦点透镜110，MTF vs焦点偏移的示例性实施例。曲线142'描绘了单色MTF，而曲线152'用于适光MTF。图4至图5B不是按比例的并且仅用于说明目的。在所示实施例中，可以通过向透镜110增加焦度来设置近用焦度，而可以通过分开、逐区优化矢高轮廓130'的阶梯高度来提供中间焦度。另外，小阶梯光栅132'的阶梯高度可以折叠2·π的整数倍。例如，与小阶梯光栅132'相对应的最大相位可以是2·π。
如在曲线图140'和150'中可以看到的，曲线142'和152'提供了中间焦点。这是由于对区134'、136'和138'的小阶梯光栅阶梯高度的分开控制，如矢高轮廓130'所示。因此，改善了焦深。由于衍射结构130'的相位折叠，所以也可以针对焦深补偿色差，并且可以改善具有矢高轮廓130'的透镜110的消色差。因此，可以增强采用具有矢高轮廓130的衍射结构的透镜110的性能。
图6是用于提供具有减小的色差的多焦点衍射透镜的方法200的示例性实施例。为简单起见，一些步骤可以省略、交错和/或组合。图7和图8描绘了使用方法200设计的透镜的矢高轮廓170和170'。矢高轮廓170和170'仅用于说明目的，并且不旨在表示特定装置。参考图6至图8，方法200可以用于提供眼科装置100和透镜110以及衍射结构120。然而，方法200可以与一个或多个其他衍射结构130和/或130”和/或类似的眼科装置一起使用。
可以使用包括一个或多个处理器和存储器的系统来执行方法200。一个或多个处理器可以被配置用于执行存储在存储器中的指令以引起和控制在附图中阐述的和本文描述的(多个)过程中的一些或全部。如本文所使用的，处理器可以包括一个或多个微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器或任何其他合适的计算设备或资源，并且存储器可以采取易失性或非易失性存储器的形式，包括但不限于磁介质、光学介质、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可移动介质或任何其他合适的存储器部件。存储器可以存储用于程序和算法的指令，当由处理器执行时，所述指令实施本文中关于任何这种处理器、存储器或包括处理功能的部件所描述的功能。进一步地，所述方法和系统的各方面可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件方面和硬件方面的实施例的形式。此外，所述方法和系统的各方面可以采用在至少一个处理器上执行的并且可以实施在其上实施有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中的(多个)软件部件的形式。
使用步骤202和204设计透镜110的衍射结构。经由步骤202，通过单独配置每个区来确定小阶梯光栅的(多个)阶梯高度。可以使用执行指令的(多个)处理器来分析地执行步骤202。例如，可以提供期望的目标焦点位置、焦距、区位置和/或其他标准作为用于设计光栅和执行的优化的软件的输入。因此，针对形成的一些或全部衍射结构的每个区独立地确定与优化的相位相对应的优化的阶梯高度。虽然称为优化过程，但是本领域普通技术人员将认识到，对于所使用的每一组可能的标准，所确定的(多个)阶梯高度可能不是最佳的。替代地，优化过程是可以使用分析工具基于由使用者提供的标准来确定阶梯高度的过程。图7是描绘了由步骤202得到的简化、超区矢高轮廓172的曲线图170。轮廓172被简化为线性轮廓，但是更一般地将是弯曲的。因此，矢高轮廓172具有三个区。优化过程产生了矢高轮廓172的具有较大的优化的阶梯高度的小阶梯光栅。矢高轮廓172包括作为主阶的一阶和二阶。为了比较，示出了单焦点菲涅耳透镜的矢高轮廓174以及双焦点衍射透镜的矢高轮廓176。矢高轮廓174利用一阶，而矢高轮廓176利用零阶和一阶。对应于矢高轮廓172的小阶梯光栅的相位具有大于2·π的优化的相位。
经由步骤204，如果优化的相位超过2·π，那么折叠优化的阶梯高度。在折叠中使用的相位是正整数乘以2·π。在所示实施例中，所有区都具有较大的优化的阶梯高度。因此，折叠所有区的优化的阶梯高度。在另一个实施例中，可以折叠仅一些区的优化的阶梯高度。图8是描绘了在执行了折叠之后得到的简化的矢高轮廓172'的曲线图170'。轮廓172'被简化为线性轮廓，但是更一般地将是弯曲的。因此，矢高轮廓172'的小阶梯光栅都具有减小的相位。同样用虚线示出的是原始曲线172和矢高轮廓172移动以便形成最终曲线172'的方向。
经由步骤206制造(多个)透镜110。因此，可以形成具有矢高轮廓170'的期望的衍射结构120。可以提供(多个)衍射结构120、130、130'和/或类似的衍射结构并且实现其益处。
图9是用于治疗患者的眼科病症的方法210的示例性实施例。为简单起见，一些步骤可以省略、交错和/或组合。也在使用眼科装置100和眼科透镜110的背景下描述了方法210。然而，方法210可以与衍射结构130、130'、170'中的一个或多个和/或类似的衍射结构一起使用。
经由步骤212，选择用于植入患者眼睛中的眼科装置100。眼科装置100包括具有衍射结构120的眼科透镜110，所述衍射结构具有也被折叠的单独优化的区122。因此可以选择具有衍射结构120、130、130'、170'和/或类似衍射结构的透镜来使用。
经由步骤204将眼科装置100植入患者的眼睛中。步骤204可以包括用眼科装置100替换患者自己的晶状体、或者用眼科装置增强患者的晶状体。然后可以完成对患者的治疗。在一些实施例中，可以执行另一个类似的眼科装置在患者另一只眼睛中的植入。
通过使用方法200，可以使用衍射结构120、130、130'、170'和/或类似的衍射结构。因此，可以实现眼科透镜110中的一个或多个的益处。
已经描述了一种用于提供眼科装置的方法和系统。已经根据所示示例性实施例描述了所述方法和系统，并且本领域普通技术人员将容易认识到，实施例可以变化，并且任何变化都将在所述方法和系统的精神和范围内。因此，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行许多修改。

Claims (14)

1.一种具有至少一个焦距的眼科透镜，所述眼科透镜包括：
前表面；
后表面；以及
至少一个衍射结构，所述衍射结构结合到所述前表面和所述后表面中的至少一个中，所述衍射结构包括多个区，所述多个区中的每一个包括至少一个小阶梯光栅，所述小阶梯光栅具有至少一个阶梯高度，所述多个区中的每个区的所述至少一个阶梯高度被单独确定和优化；
其中，所述多个区中的至少一个区具有超过2π的优化的阶梯高度，所述优化的阶梯高度随后折叠相位，所述相位是二乘以π的整数倍。
2.如权利要求1所述的眼科透镜，其中，在折叠相位之后，所述多个区中的所述至少一个区不包括具有超过2π的阶梯高度的任何小阶梯光栅。
3.如权利要求1所述的眼科透镜，其中，所述至少一个焦距包括多个焦距，使得所述眼科透镜是多焦点眼科透镜。
4.如权利要求1所述的眼科透镜，其中，所述至少一个衍射结构结合到所述前表面中。
5.如权利要求1所述的眼科透镜，其中，所述至少一个衍射结构结合到所述后表面中。
6.如权利要求3所述的眼科透镜，其中，所述多个区中的每个区被针对所述多个焦距的一部分单独优化。
7.如权利要求3所述的眼科透镜，其中，所述多个区中的每个区被针对所述多个焦距单独优化。
8.一种具有衍射结构的眼科透镜，所述衍射结构包括：
第一小阶梯光栅和第二小阶梯光栅，所述第一小阶梯光栅和所述第二小阶梯光栅被配置为表现具有超过2π的优化的阶梯高度的优化的小阶梯光栅；
其中，该第一小阶梯光栅具有2π的第一阶梯高度，该第二小阶梯光栅具有在所述优化的阶梯高度与2π之间的差的第二阶梯高度。
9.如权利要求8所述的眼科透镜，其中：
所述衍射结构还包括多个区，并且
所述第一小阶梯光栅和所述第二小阶梯光栅被结合到所述多个区中的第一区中。
10.如权利要求8所述的眼科透镜，还包括多个焦距，使得所述眼科透镜是多焦点透镜。
11.如权利要求10所述的眼科透镜，其中：
所述衍射结构还包括多个区，其中，所述第一小阶梯光栅和所述第二小阶梯光栅被结合到所述多个区中的第一区中；以及
所述多个区中的每个区被针对所述多个焦距的一部分单独优化。
12.如权利要求11所述的眼科透镜，其中，所述多个区中的每个区被针对所述多个焦距单独优化。
13.如权利要求8所述的眼科透镜，其中，所述衍射结构被结合到所述眼科透镜的前表面中。
14.如权利要求8所述的眼科透镜，其中，所述衍射结构被结合到所述眼科透镜的后表面中。
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