CN115297894A - 能够在导体中生成电流的设备，在导体中生成电流的方法，从受试者体内导体中移除生物膜的方法，以及用于治疗需要从植入其体内的金属假体移除生物膜的受试者的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在导体（15）中生成电流的设备和方法。更具体地，本发明涉及包括磁场发生器元件（11）、控制元件（12）和支承元件（14）的设备（10），其中所述磁场发生器元件（11）和所述控制元件（12）彼此电关联，所述磁场发生器元件（11）被设置为生成可变磁场（B），所述可变磁场（B）包括至少一个可变参数，所述控制元件（12）被设置为控制所述至少一个可变参数，并且所述支承元件（14）被设置为保持所述磁场发生器元件（11）和所述控制元件。

Description

能够在导体中生成电流的设备，在导体中生成电流的方法，从 受试者体内导体中移除生物膜的方法，以及用于治疗需要从 植入其体内的金属假体移除生物膜的受试者的方法
本发明涉及一种能够在导体中感应出电流的设备，以及一种通过使用这样的设备来在导体中生成电流的方法。
背景技术
世界人口一直在不断增长，并且其对健康援助的获取也在不断增加。因此，我们正在经历一个以老年人比例不断增长为特征的人口结构转变。
因此，目前使用医疗植入物的个体数量预计会增加，并且不幸的是，存在一种估计，即植入物会引起越来越多的问题，诸如感染的发生。在美国，每年有100万感染病例，其中每个受试者的估计治疗成本为5万美元。
除了相关的成本之外，现有技术所讨论的一个众所周知的问题是这样的植入物中的生物膜形成。生物膜可以粘附于若干种材料上，诸如塑料和金属材料、聚四氟乙烯等。在金属植入物中，生物膜形成阻止了抗生素的适当渗透，从而导致需要外科手术治疗、住院、开放式手术、长期抗生素治疗、假体的移除和/或替换以及对发病率和死亡率以及对经济和社会领域具有很大影响的较长康复期。
上面提及的生物膜在于通过由其自身产生的聚合基质包围的结构化细菌群落。这样的聚合物质提供对细菌的保护，使其抵抗各种可能的侵袭，诸如用于消除细菌的任何抗生素或化学试剂的使用。
解决这些问题的一种可能的方法是使用电力来减少植入物中形成的生物膜菌落。
在美国公布的专利申请#US 2015/0076000公开了一种减少或防止医疗植入物表面微生物生长的方法，其中这样的方法包括使用对电极和参比电极。植入物作为工作电极。电流穿过工作电极和对电极。穿过对电极的电流以使得工作电极的电势相对于参比电极的电势恒定的这种方式变化。
然而，所述文献描述的方法没有解决来自这样的医疗程序的主要不便之一，即需要侵入性介入。事实上，上述方法只能通过打开电极所在的身体区域来实现，以允许参比电极和对电极与植入物之间的关联，从而形成电路。
同样，专利申请# US2017/0056536公开了一种与文献US 2015/0076000揭示的方法高度相似的方法，其中参考电极、对电极和恒电位仪连接到假体。如其中揭示的本发明实施例之一中所述，假体包含导体表面和部分插入残余构件的骨内的部分。在这种情况下，恒电位仪连接到假体的导体表面，并且另外两个电极连接到恒电位仪和剩余构件的外表面。因此，恒电位仪和两个电极形成了一个三点电化学电池。
然而，这种方法也需要外科手术介入，以允许电极之间的连接以及稳压器和假体之间的直接连接。
因此，现有技术没有设想允许完全防止和/或移除在金属植入物表面形成的生物膜的设备和/或方法。
本发明通过提供允许防止在金属植入物表面形成生物膜和/或完全移除先前形成的生物膜层的设备和方法来解决现有技术的问题。本发明使用一种以非侵入方式达到其目的的设备，而无需任何外科手术介入。
发明目的
本发明的第一目的在于提供一种能够在导体中生成电流的设备。
本发明的第二目的在于提供一种能够在导体中生成电流的具有便携式尺寸的设备。
本发明的第三目的在于提供一种在导体中生成电流的方法。
发明内容
本发明的目的通过使用能够在导体中生成电流的设备来实现，其中该设备包括磁场发生器元件、控制元件、支承元件和能量源，其中磁场发生器元件和控制元件彼此电关联，其中磁场发生器元件被设置为生成包括至少一个可变参数的可变磁场，其中控制元件被设置为控制至少一个可变参数，并且支承元件被设置为保持能量源、磁场发生器元件和控制元件。
本发明的目的仍然通过使用一种通过能够在导体中生成电流的设备在导体中生成电流的方法来实现，其中该设备包括磁场发生器元件、控制元件、支承元件和能量源，其中磁场发生器元件和控制元件彼此电关联，其中磁场发生器元件被设置为生成包括至少一个可变参数的可变磁场，其中控制元件被设置为控制至少一个可变参数，并且支承元件被设置为保持能量源、磁场发生器元件和控制元件，并且其中该方法的特征在于其包括以下步骤的事实：
（a）建立期望电流的至少一个参数的值；
（b）建立用于操作该设备的时间段；
（c）调整所述至少一个可变参数；
（d）生成可变磁场；
（e）将设备靠近导体，以及
（f）在导体中感应出电流。
此外，本发明的目的通过使用一种从受试者体内的内部导体移除生物膜的方法来实现，该方法通过使用能够在导体中生成电流的设备来实现，其中该设备包括磁场发生器元件、控制元件、支承元件和能量源，其中磁场发生器元件和控制元件电连接， 其中磁场发生器元件被设置为生成包括至少一个可变参数的可变磁场，其中控制元件被设置为控制所述至少一个可变参数，并且支承元件被设置为保持能量源、磁场发生器元件和控制元件，其中该方法的特征在于其包括以下步骤的事实：
（i）根据处理导体内生物膜的需要，建立电流的至少一个可变参数；
（ii）建立一个时间段，在该时间段期间所述电流将被施加到导体内部；
（iii）将支承元件定位在导体所在的受试者身体区域中；
（iv）激活该设备；和
（v）在如步骤ii中确定的时间段内，生成具有如步骤i中确定的强度的电流。
此外，本发明的目的还通过一种用于治疗需要从植入其体内的金属假体中移除生物膜的受试者的方法来实现，其中该方法包括以下步骤：
（a）建立期望电流的至少一个参数的值；
（b）建立用于操作该设备的时间段；
（c）调节可变磁场的至少一个可变参数；
（d）生成可变磁场；
（e）使该设备靠近金属植入物，以及
（f）在金属植入物中感应出电流。
附图说明
根据附图所示的示例性实施例，下面将更详细地描述本发明。所述图示出：
图1——图示了本文提出的设备及其组件；
图2——图示了本文提出的设备所包括的磁场发生器元件；
图3——图示了本发明的实施例，其中该设备通过生成电磁场来在导体中感应出电流；
图4——图示了保持在支承元件中的本发明的设备；
图5——图示了磁场发生器元件的可能实施例，其被表示为环形线圈。
具体实施方式
正如从现有技术中众所周知的，在由各种材料制成的植入物的表面上形成的微生物，一旦被插入人体，就可能构成所谓的生物膜。
如前面所提及的，这样的生物膜是被由自身产生的聚合基质包围的结构化细菌群落。这样的聚合物质为细菌提供保护，使其抵抗各种类型的可能侵袭，诸如用于消除细菌的任何抗生素或化学试剂的使用。
在这种情况下，生物膜通常形成在发生感染事件的医疗植入物中。医疗植入物中的感染，更具体地说是假体中的感染，影响了大约2.4%的使用膝关节假体的受试者，以及高达40%的使用心脏假体的受试者。最常见的治疗牵涉外科手术和侵入性操纵，诸如住院、康复期和强化治疗，或者甚至移除和/或替换假体。
这样的程序可能会导致进一步的并发症。值得注意的是，任何外科程序都会增加其他感染的风险，以及外科手术可能导致的临床不良状况。
如前所述，这样的情况是由于在医疗植入物表面形成的生物膜剥夺了抗生素疗法的直接效果的事实，因为生物膜保护细菌免受这些产品的影响。因此，仅使用抗生素的治疗变得无效，因此需要手术介入。
然而，优化抗生素活性的方法在于使用电力来使生物膜中包括的生物体的膜易碎。所述技术通常涵盖使用通过切口放置在植入部位的侵入性设备。然后，将该设备连接到植入物，并且在不确定的时间端内生成电流。值得指出的是，上述过程没有用于临床实践，甚至没有在实验基础上使用，因为只有侵入性程序是已知的。
总之，如前所述，在植入部位上执行切口的需要是本发明所规避的不期望特征。
值得注意的是，本发明提供了一种设备10和一种方法，用于以非侵入方式在导体15中生成电流，以防止和/或处理在这样的导体15中的生物膜形成，如下所述。
如在图1和图3中所观察到的，设备10能够在导体15中生成电流。这样的设备包括与控制元件12电关联的磁场发生器元件11，该磁场发生器元件11既与能量源13电关联又与支承元件14机械关联。
磁场发生器元件11被设置为生成具有至少可变参数的可变磁场B，其中这样的参数可以是所生成的磁场的任何物理变量。仅以说明性的方式，在不排除其他可能性的情况下，这样的参数可以是磁场的强度、磁场的极性和磁场的位置等。
这样的可变参数由控制元件12控制，控制元件12仅以优选的方式可以是具有软件的微处理器或现有技术先前已知的任何电子控制设备。
此外，磁场发生器元件11和控制元件12由能量源13供电，仅以说明性的方式，能量源13可以是电池。然而，这样的说明性示例不应被视为对本发明的限制，因此能量源13可以是能够向设备10供电的任何设备，或者换句话说，能够提供能量以操作磁场发生器元件11和控制元件12的任何设备。
此外，在下面描述的优选实施例中，能量源13必须总是被认为与磁场发生器元件11和控制元件12电关联。因此，每当本文中提到磁场发生器元件11和控制元件12时，这样的引用也暗指能量源13的存在。
参考图4和图5，它们仅图示了本发明的优选实施例，其中磁场发生器元件11是环形线圈，并且能量源13是电池。所述环形线圈和所述电池被设置为封装到支承元件14中，该支承元件14在该优选实施例中仅以说明性方式是肘垫或膝垫。
然而，上述实施例不应被理解为对本发明的限制，因此磁场发生器元件11可以是能够生成可变磁场的任何设备或装置，诸如电磁体。同样，支承元件14可以是能够将磁场发生器元件11封装在其内部或外部的任何元件。
总之，上述优选实施例旨在提供一种能够在导体15中生成电流的设备10，其中这样的设备10是便携式的，根据可能将其插入膝垫或肘垫的需要而具有小的尺寸。
此外，仅在优选实施例中，作为设备操作的结果而将生成电流的导体15是金属植入物。更优选地，金属植入物是植入人体内部膝盖区域中的金属假体。更优选地，金属植入物是钴铬金属膝关节假体。
然而，这些特征不应被理解为对本发明的限制，相反，仅仅是对其可能的实施例之一的说明。导体15可以是能够具有自感应电流的金属导体。此外，导体15可以是插入人体任何区域处的金属植入物，可能由现有技术使用的任何金属合金制成，诸如钛、钢、聚四氟乙烯等。
根据到目前为止提交的信息，设备10将在其操作期间在相关导体15中感应出电流。
这是由现有技术已知的若干定律产生的物理效应导致的。仅以说明性的方式，而没有任何限制，法拉第和毕奥-萨伐尔定律与存在磁场时电导体中的电势差和电流流动相关。因此，由于由磁场发生器元件11生成的可变磁场B，导体15中感应出电流，其中所述可变磁场B的至少一个参数由控制元件12控制。
考虑如前所述的仅是优选的实施例，其中导体15是铬钴金属膝关节假体，磁场发生器元件11是环形线圈，并且支承元件14是膝垫，磁场发生器元件11放置在支承元件14内部。此外，一旦控制元件12与磁场发生器元件11电关联，控制元件12就也被放置在支承元件14内部。换句话说，控制元件12和磁场发生器11都插入支承元件14内部。
然而，如前所述，这样的布置不应被理解为对本发明的限制，而仅仅是对其可能实施例的说明。因此，磁场发生器元件11和控制元件12可以布置在支承元件14的外部，使得支承元件14例如被设置为用作支承件。
此外，由于磁场发生器元件11可以是现有技术中已知的并且能够生成可变磁场的任何元件，所以支承元件14的尺寸不应具体地以磁场发生器元件11的尺寸为条件。
换句话说，支承元件14可以是如在本发明的优选实施例中限定的膝垫，以及金属支承件、盒子、箱子、盖子、涂层等，或者能够为磁场发生器元件11提供支撑的任何其他装置。
同样，磁场发生器元件11仅优选地为环形线圈；然而，如前面所提到的，这样的实施例不应被视为对本发明的限制。
同样，在操作中，控制元件12将控制由磁场发生器元件11生成的可变磁场B的至少一个可变参数。因此，由于对这样的可变参数的控制，可能的是控制在导体15中感应出的电流的幅度值，诸如例如电流的强度i、其极性、频率、调制等。换句话说，控制元件12也被设置为控制在导体15中感应出的电流的参数值。
此外，控制元件12还被设置为控制在其期间将由磁场发生器元件11生成磁场的时间段，并且因此控制在其期间将在导体15中感应出电流的时间段。
至于在导体15中感应出的电流的强度i，仅以优选的方式，电流具有被包括在从0.2
Figure DEST_PATH_IMAGE001
A到2
Figure 348644DEST_PATH_IMAGE001
A的范围内的强度i。然而，这样的范围不应被理解为对本发明的限制，而仅仅是相对于本文描述的优选实施例定义的优选范围。换句话说，在导体15中感应出的电流可以包括与在其期间设备10将被操作的时间段中的期望结果一致的任何期望值。
此外，并且根据现有信息，本发明涉及一种通过能够在导体15中生成电流的设备10来在该导体15中生成电流的方法。
这样的方法包括以下步骤：
（a）建立期望电流的至少一个参数的值；
（b）为设备10的操作建立时间段；
（c）调整所述至少一个可变参数；
（d）生成可变磁场B；
（e）使设备10接近导体15；和
（f）在导体15中感应出电流。
此外，这样的方法仅代表设备10的操作的优选实施例，其中步骤（a）和（b）由用户执行。换句话说，在操作设备10之前，由用户来定义电流的期望值和在其期间将在导体15中感应出电流的时间段。
因此，一旦定义了至少电流参数和时间段的值，就可以通过控制元件12来调节磁场可变参数，从而在导体15中感应出示出前述特性的电流。
此外，在如前所述的仅优选的实施例中，设备10将被放置在支承元件14的内部，使得每当设备10被放置在导体15附近时，导体15中将感应出电流。
因此，仅仅参考上述优选实施例，当布置在膝垫内部的设备被放置在膝盖假体附近时，或者换句话说，一旦使用者穿戴膝垫，就将感应出电流。
此外，并且根据上述信息，本发明涉及一种通过使用能够在导体15中示出具有至少一个可变参数的电流的设备10来从受试者体内的导体15中移除生物膜的方法。
这样的从受试者体内的导体14移除生物膜的方法包括以下步骤：
（i）根据处理导体15中的生物膜的需要，建立电流的至少一个可变参数；
（ii）建立在其期间将在导体15中施加所述电流的时间段；
（iii）将支承元件14放置在导体15所在的受试者身体区域处；
（iv）激活设备10；和
（v）在如步骤ii中建立的时间段内，生成具有如步骤i中建立的强度i的电流。
因此，如前面所提到的，设备10的激活将导致生成具有至少一个可变参数的磁场B，该磁场B又进而将在导体15中感应出具有至少一个可变参数的电流。这样的电流感应以有利的方式负责移除和/或处理导体15中的生物膜。
此外，并且仅在该方法的优选实施例中，电流的至少可变参数是如下中的至少一个：电流的强度、电流的极性、电流的频率和电流的调制。
此外，在该优选实施例中，导体15是金属植入物，并且更优选地是金属假体。
此外，本发明涉及一种治疗需要从植入其体内的金属假体15上移除生物膜的受试者的方法，其中该方法包括以下步骤：
（a）建立期望电流的至少一个参数的值；
（b）为设备（10）的操作建立时间段；
（c）调节可变磁场B的至少一个可变参数；
（d）生成可变磁场B；
（e）使设备10靠近金属植入物15；和
（f）在金属植入物15中感应出电流。
一旦描述了优选实施例的示例，就必须理解的是，本发明的范围涵盖其他可能的变型，仅受所附权利要求的内容的限制，包括其他等同物。

Claims (32)

1.能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其中所述设备（10）的特征在于如下事实：它包括磁场发生器元件（11）、控制元件（12）、支承元件（14）和能量源（13）；
其中所述磁场发生器元件（11）、所述控制元件（12）和所述能量源（13）电关联；
其中所述磁场发生器元件（11）被设置为生成可变磁场（B）；
其中所述可变磁场（B）包括至少一个可变参数；
其中所述控制元件（12）被设置为控制所述至少可变参数；和
其中所述支承元件（14）被设置为封装所述能量源（13）、所述磁场发生器元件（11）和所述控制元件（12）。
2.根据权利要求1所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：其具有便携式尺寸。
3.根据权利要求1所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述导体（15）是植入物。
4.根据权利要求3所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述植入物是膝关节假体。
5.根据权利要求1所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述导体（15）由钛、钢、聚四氟乙烯和铬钴合金中的至少一种形成。
6.根据权利要求1所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述磁场发生器元件（11）是环形线圈。
7.根据权利要求1所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述控制元件（12）是微处理器。
8.根据权利要求1所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述至少一个可变参数是可变磁场（B）的至少一个物理变量。
9.根据权利要求5所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述至少一个可变参数是以下参数中的至少一个：可变磁场的强度（B）、可变磁场的极性（B）、可变磁场的频率（B）和可变磁场的位置（B）。
10.根据权利要求1所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述支承元件（14）是膝垫和肘垫之间的至少一个。
11.根据权利要求1所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述能量源（13）被设置为向所述设备（10）的组件供电。
12.根据权利要求1所述的能够在导体（15）中生成电流的设备（10），其特征在于如下事实：所述能量源（13）是电池。
13.通过能够在导体（15）中生成电流的设备（10）来在导体（15）中生成电流的方法，
其中所述设备包括磁场发生器元件（11）、控制元件（12）、支承元件（14）和能量源（13）；
其中所述磁场发生器元件（11）、所述控制元件（12）和所述能量源（13）电关联；
其中所述磁场发生器元件（11）被设置为生成可变磁场（B）；
其中所述可变磁场（B）包括至少一个可变参数；
其中所述控制元件（12）被设置为控制所述至少可变参数，并且
其中所述支承元件（14）被设置为封装所述能量源（13）、所述磁场发生器元件（11）和所述控制元件（12），
并且其中所述方法的特征在于它包括以下步骤的事实：
（a）建立期望电流的至少一个参数的一个值；
（b）建立用于操作所述设备（10）的时间段；
（c）调节所述可变磁场（B）的所述至少一个可变参数；
（d）生成所述可变磁场（B）；
（e）使所述设备（10）靠近所述导体（15），以及
（f）在金属导体（15）中感应出电流。
14.根据权利要求13所述的在导体（15）中生成电流的方法，其特征在于如下事实：步骤（a）和（b）由用户执行。
15.根据权利要求13所述的在导体（15）中生成电流的方法，其特征在于如下事实：步骤（c）由控制元件（12）执行。
16.根据权利要求13所述的在导体（15）中生成电流的方法，其特征在于如下事实：步骤（d）由磁场发生器元件（11）执行。
17.根据权利要求13所述的在导体（15）中生成电流的方法，其特征在于如下事实：步骤（e）由用户执行。
18.根据权利要求13所述的在导体（15）中生成电流的方法，其特征在于如下事实：步骤（f）由设备（10）执行。
19.根据权利要求13所述的在导体（15）中生成电流的方法，其特征在于如下事实：在步骤（f）期间感应出的电流的至少一个参数具有如在步骤（a）中定义的其值。
20.根据权利要求13所述的在导体（15）中生成电流的方法，其特征在于如下事实：如步骤（a）中定义的至少一个电流参数对应于以下中的至少一个：电流的强度（i）、电流的极性、电流的频率和电流的调制。
21.根据权利要求20所述的在导体（15）中生成电流的方法，其特征在于如下事实：电流的强度（i）具有被包括在从0.2
Figure 31393DEST_PATH_IMAGE001
A至2
Figure 485377DEST_PATH_IMAGE002
A的范围内的值。
22.根据权利要求13所述的在导体（15）中生成电流的方法，其特征在于如下事实：在如步骤（b）中定义的时间段内实现步骤（f）。
23.通过使用能够在内部导体（15）中生成具有至少一个可变参数的电流的设备（10）来从受试者体内的所述内部导体（15）移除生物膜的方法，
其中所述设备（10）包括磁场发生器元件（11）、控制元件（12）、支承元件（14）和能量源（13）；
其中所述磁场发生器元件（11）、所述控制元件（12）和所述能量源（13）电关联，
其中所述磁场发生器（11）被设置为生成可变磁场（B），
其中所述可变磁场（B）包括至少一个可变参数；
其中所述控制元件（12）被设置为封装电流和可变磁场（B）的至少可变参数，并且
其中所述支承元件（14）被设置为封装所述能量源（13）、所述磁场发生器元件（11）和所述控制元件（12），
并且其中所述方法的特征在于它包括以下步骤的事实：
（i）在导体（15）中进行生物膜处理的需要，建立电流的至少一个可变参数；
（ii） 建立在其期间将所述电流施加到导体（15）的时间段，
（iii） 将支承元件（14）放置在导体（15）所在的受试者身体区域处，
（iv） 激活所述设备（10），以及
（v）在如步骤ii中确定的时间段内，生成具有如步骤i中建立的强度（i）的电流。
24.根据权利要求23所述的从导体（15）移除生物膜的方法，其特征在于如下事实：所述设备（10）具有便携式尺寸。
25.根据权利要求23所述的从导体（15）移除生物膜的方法，其特征在于如下事实：所述导体（15）是金属植入物。
26.根据权利要求24所述的从导体（15）移除生物膜的方法，其特征在于如下事实：所述植入物是膝关节假体。
27.根据权利要求23所述的从导体（15）移除生物膜的方法，其特征在于如下事实：激活设备（10）的步骤（iv）包括生成具有至少可变参数的电磁场（B）。
28.根据权利要求23所述的从导体（15）移除生物膜的方法，其特征在于如下事实：根据在步骤（iv）中生成的具有至少一个可变参数的磁场（B），在步骤（v）处生成如在步骤（i）中建立的具有强度（i）的电流。
29.根据权利要求23所述的从导体（15）移除生物膜的方法，其特征在于如下事实：如步骤（i）中定义的至少一个电流参数对应于以下中的至少一个：电流的强度（i）、电流的极性、电流的频率和电流的调制。
30.根据权利要求29所述的从导体（15）移除生物膜的方法，其特征在于如下事实：电流的强度（i）具有被包括在从0.2
Figure 684277DEST_PATH_IMAGE001
A至2
Figure 353156DEST_PATH_IMAGE002
A的范围内。
31.用于治疗需要从植入其体内的金属假体（15）移除生物膜的受试者的方法，其中所述方法的特征在于其包括以下步骤的事实：
（a）建立期望电流的至少一个参数的值；
（b）建立操作设备（10）的时间段；
（c）调节可变磁场（B）的至少一个可变参数；
（d）生成可变磁场（B）；
（e）使所述设备（10）靠近所述金属植入物（15），以及
（f）在金属植入物（15）中感应出电流。
32.根据权利要求31所述的用于治疗需要从植入其体内的金属假体（15）移除生物膜的受试者的方法，其特征在于如下事实：在步骤（f）中感应除的电流具有被包括在从0.2
Figure 549782DEST_PATH_IMAGE002
A至2
Figure 304111DEST_PATH_IMAGE001
A的范围内的强度（i）。
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