CN113975623B - 一种新型负压无接触式心脏泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型负压无接触式心脏泵，包括：体内辅助装置、驱动单元、动力传输装置；所述的动力传输装置为体内辅助装置和驱动单元之间的连接通道；所述体内辅助装置，位于病人体内，通过计算心衰情况下的心脏每搏输入量与正常心脏的比较，从而对心脏进行适当程度的挤压，使得每次辅助后的心脏每搏输入量可以满足人体正常指标要求；所述于驱动单元，位于病人体外，根据病人的心跳，进行同步驱动，并且通过活塞运动给予体内辅助装置适当的驱动力以满足人体正常情况下的每搏输出量。本发明通过在自然心脏外部进行压力控制以辅助泵血，避免了直接与血液接触，解决了传统心脏泵的溶血和血栓问题，且不会对自然心脏造成创伤。
Description
技术领域
本发明属于人工心脏辅助装置，具体涉及为一种新型负压无接触式心脏泵。
背景技术
根据世界卫生组织(World Health Organization)的数据，每年有超过500万的人因为心脏疾病而死亡。近年来的左心室辅助装置也有了很大的突破，然而，相当多的心衰患者同时发生左心室衰竭和右心室衰竭(双心室衰竭)，因此单独的LVAD治疗可能无效。此外，对于接受LVAD治疗的患者，约有10-30％的病例发生右心室衰竭，这是一种常见且可能致命的并发症。如果这些LVAD受体对右心室功能障碍的药物治疗无反应，则需要进行二次手术以植入右心室辅助装置(Right Ventricular Assist Device,RVAD)，最终实现双心室辅助，增加了二次手术的风险，因此急需一种可以同时对左右心室以及整个心脏进行辅助的装置。
根据实现原理不同，研究广泛且已在临床中应用的心脏辅助装置有两种：隔膜泵、旋转泵。隔膜泵原理是对囊腔壁施以外力时腔内容积被迫变化，容积减小时血液由出口流出，增加时则接纳从体内流入的血液，但是体积较大，不易装入体内。旋转泵通过电机旋转带动叶轮驱动血液单向流动，不需要单向阀门控制血流方向，克服了隔膜泵结构较复杂、机械瓣膜老化等缺点，提高了可植入性。然而两种泵都需要与血液直接接触，在长期运行情况下容易导致溶血或血栓。
发明内容
为了克服传统叶轮型心脏泵红细胞破坏性大的缺点，以及传统心脏泵需要对心脏造成开口损伤，本发明一种新型负压无接触式心脏泵，可以实现无创可拆卸的并且通过气体压缩从而达到负压驱动，进而达到心脏辅助的效果。
因此本发明的一种新型负压无接触式心脏泵，该泵通过利用负压驱动原理和空腔挤压技术辅助自然心脏泵血。由于泵体置于在自然心脏外部进行辅助泵血，不会对心脏造成创伤；同时，与血液无接触，可以有效的避免溶血和血栓等血损现象。并且，该装置通过体外控制部件对泵主体进行供能和控制，从而减少心脏泵结构的复杂性，进而减少复杂机械性易导致的故障率。该装置可实现无接触，机械损耗性小，体外传动及控制等；同时具有无创性设计，生物相容性好等特点。该装置还支持拆卸，可以在病人痊愈后进行拆除，不对病人心脏继续产生负担与创伤。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：通过利用负压驱动原理和空腔挤压技术辅助自然心脏泵血。
一种新型负压无接触式心脏泵，包括：体内辅助装置(1)、驱动单元(3)、动力传输装置(2)；
所述的动力传输装置(2)为体内辅助装置(1)和驱动单元(3)之间的连接通道；
所述体内辅助装置(1)，位于病人体内，通过计算心衰情况下的心脏每搏输入量与正常心脏的比较，从而对心脏进行适当程度的挤压，使得每次辅助后的心脏每搏输入量可以满足人体正常指标要求；所述于驱动单元(3)，位于病人体外，根据病人的心跳，进行同步驱动，并且通过活塞运动给予体内辅助装置适当的驱动力以满足人体正常情况下的每搏输出量。
进一步，所述体内辅助装置(1)包括支撑连接环(4)、壳体(5)、环形活塞(6)、弹簧(7)、垫板(8)以及驱动线缆(9)；
所述的壳体(5)为双层结构，在其上部连接支撑连接环(4)，在其下部弯曲处设置了垫板(8)，防止环形活塞(6)过度运动；所述壳体(5)、环形活塞(6)、动力辅助弹簧(7)、垫板(8)以及驱动线缆(9)构成内部活塞单元，设置在壳体(5)双层结构内部，动力辅助弹簧(7)安装于环形活塞(6)下端，并且固定于垫板(8)上端，驱动线缆(9)与环形活塞(6)下部相连，起驱动作用，位于弹簧(7)中心位置，壳体(5)最下端设置有动力传输装置安装部(10)。
进一步，所述的支撑连接环(4)下部通过支撑连接环安装部(13)进行安装，与壳体(5)固定；在安装时将支撑连接环(4)直接插入支撑连接环安装部(13)固定，在支撑连接环(4)上部设有连接卡扣，通过连接卡扣将支撑连接环(4)进行上端固定，支撑连接环(4)内部设置有反流保护套(11)，下端固定在支撑连接环安装部(13)上。
进一步，所述体内辅助装置(1)能无接触的通过气体压缩造成负压驱动，从而增强心脏每博输出量。
进一步，所述的驱动单元(3由散热板(15)、电池安装组块(16)、垫板安装台(17)、旋转变向器安装部(18)以及传动模块构成；
所述的电池安装组块(16)上端设置散热板(15)，下端设置有垫板(8)安装部，通过垫板(8)安装部直接安装在垫板安装台(17)之上；所述的电池安装组块(16)内部固定有一直流旋转电机；
所述传动模块包括保护盖(14)、主动圆环(19)、从动圆环(20)以及活塞连接部(21)构成；主动圆环(19)、从动圆环(20)构成了旋转变向器，所述主动圆环(19)设置安装轴，从动圆环(20)通过此安装轴安装在主动圆环(19)之上，并且主动圆环(19)通过自转圆周运动可以带动从动圆环(20)进行轴向运动；所述的从动圆环(20)另一端连接活塞连接部(21)。
旋转变向器安装在旋转变向器安装部(18)之上，并且所述旋转变向器随着直流旋转电机转子进行周期性的旋转运动；所述的保护盖(14)安装在旋转变向器外侧，起保护作用。
进一步，所述的动力传输装置(2)由传输管道(23)、线材整合器(24)、转向滑轮组(25)、活塞(26)、活塞驱动杆(27)、活塞连接杆(28)以及支撑圆环(29)构成；
所述传输管道(23)一部分位于体外，另一部分位于体内，并且在体内部分进行了弯曲，在弯曲端顶部设置了线材整合器(24)安装部，在体外部分顶端设置了驱动单元(3)安装部，所述驱动单元(3)通过此安装部与动力传输装置(2)进行连接；
活塞连接部(21)与活塞连接杆(28)连接固定；
所述线材整合器(24)安装在传输管道(23)的线材整合器(24)安装部；
所述转向滑轮组(25)安装在传输管道(23)弯曲部内侧滑轮组安装件上；
所述转向滑轮组(25)以滑轮组为圆心，进行周期性的往复旋转运动；
在传输管道(23)弯曲部相连的直线段内部为活塞组块，由所述活塞(26)、活塞驱动杆(27)和活塞连接杆(28)组成；
所述活塞(26)一端设置有螺旋接口，所述活塞驱动杆(27)左端具有螺纹，与所述活塞(26)螺纹接口进行安装，活塞驱动杆(27)与活塞连接杆(28)通过焊接连接在一起，所述活塞连接杆(28)另一端与驱动单元(3)连接。
进一步，所述动力传输装置(2)在工作时起到动能传递的作用及一部分对于体内辅助装置(1)的支撑作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明中，所述的壳体5、环形活塞6、动力辅助弹簧7、垫板8以及驱动线缆9构成的设置，有利于无创的、快速的安装于心脏之上，节省了病人急救的时间。
2.由于泵体置于在自然心脏外部进行无接触式的辅助泵血，与血液不直接接触，不会对心脏组织造成创伤，不会导致溶血和血栓现象。
3.本发明创新性的进行了可拆卸设计，可以在病人恢复健康后进行装置的拆除，减少病人负担。
4.本发明中，所述的散热板15、垫板安装台17、电池安装组块16以及传动模块都设置于体外，减少了体内传感器以及控制器的数量，同时优化了内部结构，将控制器设置于体外有利于散热以及故障产生。
5.本发明中，所述的传输管道23、线材整合器24、转向滑轮组25以及活塞组块的设置，传输管道23安装于体内辅助单元的下部，并且另一端与驱动单元3相连接，起到了一部分支撑作用，相比于传统的心脏泵重量过高，对心脏负荷较大的不足，该设置有利于减少心脏的承重负荷。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的体内辅助装置1的结构示意图。
图3是本发明的驱动单元3的结构示意图。
图4是本发明的驱动单元3的旋转变向器的结构示意图。
图5是本发明的动力传输装置2的结构示意图。
图6是本发明的动力传输装置2的线路整合器结构示意图。
附图标记说明：
1、体内辅助装置；2、动力传输装置；3、驱动单元；4、支撑连接环；5、壳体；6、环形活塞；7、弹簧；8、垫板；9、驱动线缆；10、动力传输装置安装部；11、反流保护套；12、辅助排气阀；13、支撑连接环安装部；14、保护盖；15、散热板；16、电池安装组块；17、垫板安装台；18、旋转变向器安装部；19、主动圆环；20、从动圆环；21、活塞连接部；23、传输管道；24、线材整合器；25、转向滑轮组；26、活塞；27、活塞驱动杆；28、活塞连接杆；29、支撑圆环；30、分线器。
具体实施方式
本发明公开了一种新型负压无接触式心脏泵，参阅图1，该心脏泵包括体内辅助装置1、以及设置在体内辅助装置1下部的动力传输装置2，还包括驱动单元3，体内辅助装置1下部设置有动力传输装置安装部10，以及支撑连接环安装部13，本发明通过合理的设计动力传输装置安装部10，以及支撑连接环安装部13，使壳体5可以便捷固定，同时使得体内辅助装置1安装于动力传输装置2上部，减少整体尺寸，节省了材料，组装简便，同时对心脏起到了一部分的支撑作用。
本发明的一种新型负压无接触式心脏泵：包括驱动单元3，位于病人体外，通过检测病人心跳和搏动量的变化进行适当程度的活塞运动，使得内腔泵血可以满足人体正常需求。这样可以减少装置的重量，减少心脏的负荷，同时避免活塞在体内产生大量热量，超过人体正常散热程度，对身体造成不可逆的损害。一个体内辅助装置1，位于病人体内，通过无接触式的负压式驱动来进行辅助心脏泵血功能；一个动力传输装置2，一部分位于体内，一部分位于体外，弯曲端上部端口与体内辅助单元下部接口连接，另一端与驱动单元3相连接。
进一步的，所述驱动单元3具有驱动体内辅助装置1的作用。
所述的体内辅助装置1，设置在病人体内，包围整个心脏，对心脏进行非接触式的辅助挤压。所述的体内辅助装置1包括壳体5、支撑连接环4、反流保护套11以及内部活塞单元。
在安装时将支撑连接环4直接插入支撑连接环安装部(13)，可以通过自锁功能达到固定。所述的壳体5整体高度约为20cm(根据患者实际情况确定)，腔体厚度为1cm，壳体5整体上宽下窄，形状近似于灯笼，上部顶端相对于下部底端较宽，上半部为16cm夹层空心圆柱体，下半部半径由16cm至6cm逐渐减少，所述的内腔体整体高度约为16cm，所述的底部连接单元直径为2.5cm，高度约为2cm，且位于外腔体下部中心位置，所述的位于壳体5内部的夹层厚度为2cm，所述的壳体5上部设置有反流保护套11，高度为2cm，厚度为2mm。
所述的壳体5所用材料为形状记忆合金，所述的内腔体所用材料为优质聚氨酯，所述的底部连接单元所用材料为钛合金，所述壳体5金属材料部整体覆盖一层厚度为2mm的优质硅胶，所述反流保护套11材料为优质聚氨酯。
所述的反流保护套11，在安装时由于其材料的可伸缩性可以拉开便于将心脏包裹进去，同时还起到了封闭和支撑的作用。
所述的支撑连接环为一开合圆环，在一端设置有圆形旋钮，可以进行整体的开合，在另一端设置有连接卡扣，对整体支撑连接环进行闭合，在连接环四个管脚底部设置有连接件，所述的壳体5可以通过此连接件直接进行装配，极大的减小了安装的难度。
所述的内部活塞单元为圆环形活塞6、挡板、弹簧以及驱动线缆构成。
所述的内部活塞单元，圆环形活塞6下部设置有驱动线缆安装部，驱动线缆一端安装于此部，另一端固定于所述动力传输装置2中的活塞左端线缆安装部，所述挡板位于壳体5体积变化处，所述弹簧固定于挡板上部，另一端固定于圆形活塞下部，并且与驱动线缆同轴心。
所述圆环形活塞6为外径15.5cm，内径13.5cm，厚度为5mm的圆环形活塞6，所述弹簧高度10cm，弹性系数0.4，数量为四根，所述挡板外径15.5cm，内径13.5cm，角度40度，数量为四片，驱动线缆长度为40cm。
所述的内部活塞单元，所述圆形活塞、垫板8以及弹簧材料均为不锈钢，所述驱动线缆材料为2mm钢缆。
所述的动力传输装置2分为传输管道23、线材整合器24、转向滑轮组25以及活塞组块。
所述的动力传输装置2中的传输管道23，传输管道23为半径1cm，管壁厚度5mm，长度约为20cm(视病人具体情况而定)的硬质可弯曲管道。所述的上端
固定装置为长度2cm，直径为2.3cm的圆柱形固定装置，并且在其顶部有一圈内径2.3cm，外径2.6cm，厚度为2mm的硅胶密封圈。所述的下端固定装置为长度为7厘米，半径3cm，管壁厚度5mm的硬质不可弯曲管道。
所述动力传输装置2中的传输管道23，传输管道23内壁为硅胶涂层，外壁为膨体聚四氟乙烯，并且在管壁内部有一层硬质材质起到支撑作用，防止在压力作用下坍塌。
所述的动力传输装置2中的线材整合器24，为圆形环，内部为对称式矩形中空结构，可以将四根分散的驱动线缆整合在一个整体。
所述的动力传输装置2中的线材整合器24，整合器材料为钛合金。
所述的动力传输装置2中的转向滑轮组25，所述滑轮组材料为硬质金属。
所述的活塞组块包括活塞、垫圈、以及推杆，所述活塞材料所用为共晶铝硅合金，所述垫圈材料为橡胶，所述推杆材料为空心不锈钢杆。
所述的活塞组块中的活塞为半径为0.95厘米，长度2cm；所述的垫圈为半径0.9厘米，厚度2mm；所述推杆长度为10厘米(视病人具体情况而定)，半径为0.5cm。
所述的驱动单元3由控制器、散热板15、电机、垫板安装台17、电池安装组块16以及传动模块组成。
所述的控制器长度为6cm，厚度4cm，安装在电池组件内部。
所述控制器是基于STM32编程的电路板，可以根据实时心率对驱动速度以及功率进行调节。
所述散热板15长度7cm，宽度5cm，高度为0.8cm，每片散热片为厚度1mm，安装在电池组件上部。
所述散热板15材料为铝合金，可以对电机以及电池安装组块16进行散热。
所述电机为10V无刷直流高转矩电机。
所述垫板安装台17，安装台由主板以及硬质保护硅胶圈构成。主板边界处设置有硬质保护硅胶圈。
所述主板厚度为3mm的钛合金，所述的硬质保护硅胶圈厚度为2mm，内部置有轻质铝合金起支撑作用，外围覆盖一层硅胶，起保护支撑以及防止感染的作用。
优选的电池安装组块16，选用优质聚合物锂电池，并且设置有保护电路，以及安装主板，控制器安装于电池安装组块16内部的安装主板之中，并且上部设置散热板15安装部。
所述的电池安装组块16长度为7cm，宽度5cm，高度4cm。
所述的传动模块由保护盖14、旋转变向器以及活塞连接杆28组成。所述的旋转变向器处于保护盖14内部，所述的活塞连接杆28与旋转变向器相连接，并且保护盖14安装于垫板安装台17主板之上。
所述的保护盖14高度约为4.2cm，长度4cm，宽度1cm，内壁厚度为1.5mm，上部为一半圆形，高度为2.5cm，下半部为矩形，高度为2.7cm。所述旋转变向器由两个旋转圆环构成，主动圆环19直径为2.5cm，厚度2mm，从动圆环20直径为1cm，厚度3mm，具体尺寸由实际情况确定。从动圆环20安装于主动圆环19上部，所述主动圆环19圆心安装于电机转子之上。
本发明通过体内辅助装置1对心脏进行非接触的辅助，通过动力传输装置2中主活塞以及体内辅助装置1中辅助活塞的往复驱动，压缩空气，由于体内辅助装置1在心脏外部构成了一个密闭空间，产生了负压环境，进而达到无接触辅助心脏泵血的功能。同时创新的将驱动单元3设置在了体外，并且有效的减小了体积，采用了优质材料减少了皮肤排异性，可以直接安装在身体上，相比于传统的心脏辅助装置的控制器体积更小、极大的增加了病人日常生活的便捷性。
体内辅助装置1包括支撑连接环、壳体5、环形活塞6、弹簧7、垫板8以及驱动线缆9，环形活塞6安装于壳体5腔体内部，弹簧7以及驱动线缆9设置于环形活塞6下部，二者装配设置为同轴心，绕圆环圆周阵列设置，角度间隔90°，数量为4个，可以减少材料使用，并且在合理范围内最大程度的保持装置的功能性以及稳定性。反流保护套11为壳体5的一体化设计，为壳体5内部开口。垫板安装于垫板5内腔体转角处，起到对弹簧的支撑作用，以及对圆形活塞的运动过保护。
驱动单元3包括保护盖14、散热板15、电池安装组块16、垫板安装台17、旋转变向器安装部18、主动圆环19、从动圆环20以及活塞连接部21。
所述散热板15安装在电池安装组块16之上，电池安装组块16上部设置有安装卡槽，可以对散热板15进行安装固定。电池安装组块16安装在垫板安装台17之上，垫板安装台17有一圈深度1mm的凹槽，起到对电池安装组块16的固定作用，但是一般的所述的电池安装组块16与垫板安装台17一般在铸造时铸造为一个整体，其目的是为了二者整体的稳定性。
所述主动圆环19通过旋转变向器安装部18固定在电机转子之上，所述的从动圆环20一端安装于主动圆环19安装轴顶部固定处(从动圆环20能够围绕销轴转动)，另一端连接活塞连接部21。
动力传输装置2包括传输管道23、线材整合器24、转向滑轮组25、活塞26、活塞驱动杆27、活塞连接杆28、支撑圆环29以及分线器30。
所述线材整合器24位于传输管道23弯曲处近端上部，起到整理线材的作用。所述转向滑轮组25安装于传输管道23弯曲处内部，由一固定的轴承贯穿于传输管道23内壁，所述滑轮组的滑轮设置于轴承之上。所述的活塞26右端设置驱动线缆9安装部，安装之后可以保持驱动线缆的固定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种新型负压无接触式心脏泵，其特征在于，包括：体内辅助装置(1)、驱动单元(3)、动力传输装置(2)；
所述的动力传输装置(2)为体内辅助装置(1)和驱动单元(3)之间的连接通道；所述体内辅助装置(1)，位于病人体内，通过计算心衰情况下的心脏每搏输入量与正常心脏的比较，从而对心脏进行适当程度的挤压，使得每次辅助后的心脏每搏输入量可以满足人体正常指标要求；所述驱动单元(3)，位于病人体外，根据病人的心跳，进行同步驱动，并且通过活塞运动给予体内辅助装置适当的驱动力以满足人体正常情况下的每搏输出量；
所述体内辅助装置(1)包括支撑连接环(4)、壳体(5)、环形活塞(6)、弹簧(7)、垫板(8)以及驱动线缆(9)；
所述的壳体(5)为双层结构，在其上部连接支撑连接环(4)，在其下部弯曲处设置了垫板(8)，防止环形活塞(6)过度运动；所述壳体(5)、环形活塞(6)、动力辅助弹簧(7)、垫板(8)以及驱动线缆(9)构成内部活塞单元，设置在壳体(5)双层结构内部，动力辅助弹簧(7)安装于环形活塞(6)下端，并且固定于垫板(8)上端，驱动线缆(9)与环形活塞(6)下部相连，起驱动作用，位于弹簧(7)中心位置，壳体(5)最下端设置有动力传输装置安装部(10)；
所述的支撑连接环(4)下部通过支撑连接环安装部(13)进行安装，与壳体(5)固定；在安装时将支撑连接环(4)直接插入支撑连接环安装部(13)固定，在支撑连接环(4)上部设有连接卡扣，通过连接卡扣将支撑连接环(4)进行上端固定，支撑连接环(4)内部设置有反流保护套(11)，下端固定在支撑连接环安装部(13)上；
所述的驱动单元(3由散热板(15)、电池安装组块(16)、垫板安装台(17)、旋转变向器安装部(18)以及传动模块构成；
所述的电池安装组块(16)上端设置散热板(15)，下端设置有垫板(8)安装部，通过垫板(8)安装部直接安装在垫板安装台(17)之上；所述的电池安装组块(16)内部固定有一直流旋转电机；
所述传动模块包括保护盖(14)、主动圆环(19)、从动圆环(20)以及活塞连接部(21)构成；主动圆环(19)、从动圆环(20)构成了旋转变向器，所述主动圆环(19)设置安装轴，从动圆环(20)通过此安装轴安装在主动圆环(19)之上，并且主动圆环(19)通过自转圆周运动可以带动从动圆环(20)进行轴向运动；所述的从动圆环(20)另一端连接活塞连接部(21)；
旋转变向器安装在旋转变向器安装部(18)之上，并且所述旋转变向器随着直流旋转电机转子进行周期性的旋转运动；所述的保护盖(14)安装在旋转变向器外侧，起保护作用；
所述的动力传输装置(2)由传输管道(23)、线材整合器(24)、转向滑轮组(25)、活塞(26)、活塞驱动杆(27)、活塞连接杆(28)以及支撑圆环(29)构成；
所述传输管道(23)一部分位于体外，另一部分位于体内，并且在体内部分进行了弯曲，在弯曲端顶部设置了线材整合器(24)安装部，在体外部分顶端设置了驱动单元(3)安装部，所述驱动单元(3)通过此安装部与动力传输装置(2)进行连接；
活塞连接部(21)与活塞连接杆(28)连接固定；
所述线材整合器(24)安装在传输管道(23)的线材整合器(24)安装部；
所述转向滑轮组(25)安装在传输管道(23)弯曲部内侧滑轮组安装件上；
所述转向滑轮组(25)以滑轮组为圆心，进行周期性的往复旋转运动；
在传输管道(23)弯曲部相连的直线段内部为活塞组块，由所述活塞(26)、活塞驱动杆(27)和活塞连接杆(28)组成；
所述活塞(26)一端设置有螺旋接口，所述活塞驱动杆(27)左端具有螺纹，与所述活塞(26)螺纹接口进行安装，活塞驱动杆(27)与活塞连接杆(28)通过焊接连接在一起，所述活塞连接杆(28)另一端与驱动单元(3)连接。
2.根据权利要求1所述的新型负压无接触式心脏泵，其特征在于，所述体内辅助装置(1)能无接触的通过气体压缩造成负压驱动，从而增强心脏每博输出量。
3.根据权利要求1所述的新型负压无接触式心脏泵，其特征在于，所述动力传输装置(2)在工作时起到动能传递的作用及一部分对于体内辅助装置(1)的支撑作用。
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