CN115666682A - 带剂量捕获和智能电话应用的智能注射器 - Google Patents

带剂量捕获和智能电话应用的智能注射器 Download PDF

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于勃洋
E·桑
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K·孙
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A·皮佐凯罗
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Abstract

提供了一种智能注射器系统和方法。该系统包括智能注射器和外部设备。注射器获得给患者施用的剂量的数据并将数据无线传输到外部设备。替代地，外部设备经由注射器的图像获得数据。外部设备可以执行被配置为处理数据并显示剂量信息的应用。

Description

带剂量捕获和智能电话应用的智能注射器
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年4月29日在美国专利商标局提交的美国临时申请63/017,347的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
与示例实施例一致的装置和方法涉及用于转移(即，注入或抽出)流体的注射器，更特别地，涉及感测和提供与填充体积和剂量相关的信息并且可以将信息传输到智能电话应用(app)的智能注射器。
背景技术
药物不依从是全球性重要问题，特别是在糖尿病护理方面。所有患者中估计有百分之五十的患者没有按处方服用药物。不依从直接导致数十万人死亡，可避免的医疗和相关费用高达数十亿美元。
目前正在使用智能电话应用，这些应用使用处方标签的图片来帮助患者在处方药供应不足时重新订购。但是，这些应用不会在患者服用药物之前直接识别药物或剂量，并且不能特别地与注射器或笔式注射器一起使用。
有一些其他智能电话应用帮助用户记录医疗事件，诸如注射，有一些智能注射设备可以帮助用户自动记录所拨出的药物输送量和/或已输送的药物量。
尽管如此，仍然存在对帮助用户(例如，患者、其护理人员、其医疗保健提供者和诸如付款方/保险公司之类的其它医疗状况管理利益相关者、药房以及医疗产品供应商和分销商)获取和使用与医疗状况管理事件相关的信息以防止医疗错误(诸如药物输送错误)以及改善相关过程(诸如补给医疗用品、跟踪对医疗状况管理协议或方案的依从性、以及在医疗状况管理利益相关者之间针对最佳患者护理治疗计划、计费和保险覆盖目的进行信息共享)的方法和设备的持续需求。
图1中所示的典型注射器100主要由塑料制成，并具有几个关键组件，包括筒体10、塞子20、柱塞杆25和针头30。在筒体10上印刷的刻度12用于使用户能够正确给药。在筒体10内部是橡胶塞20，其用于形成气密密封并将液体药物或其它流体移入和移出筒体。柱塞杆25与橡胶塞20接合以在用户的控制下使其前后移动。金属针头30或套筒通常附接到筒体的远端，以允许将流体注入到体内或从体内移除，但是情况并非总是如此。例如，在其远端具有公鲁尔(Luer)连接器的注射器可以附接到导管或IV管线上的母鲁尔连接器，以在不使用针头或套筒的情况下注射或抽出流体。
大量注射器可以在相对较短的时间段内在医院和护理机构中使用，并由患者对某些情况进行管理。针头可以使用Luer-LokTM或鲁尔滑动连接可拆卸地连接到筒体，或者它们可以在注射器制造过程中永久性地附接或“固定(staked)”到筒体。
一些类型的药物注射的有效给药，特别是在糖尿病患者使用胰岛素的情况下，需要记录所有给药剂量。虽然为家庭注射患者提供教育，但大多数患者仍然发现每天正确遵循说明具有挑战性。此外，获得注射和注射剂量记录的唯一手段是通过手动记录下来。卫生保健人员可以在临床环境中记录与剂量相关的信息，但与捕获此信息相关联的开销很大。测量和记录某些注射时间和剂量也很困难。某些患者还可能发现难以将非常特定量的药物吸入到注射器中和/或确定已注射药物的特定量，因为难以读取注射器筒体上的刻度标记或难以正确遵循说明。
需要一种改进的注射器，该注射器可以为用户提供关于输送的剂量和遵从处方的药物剂量方案的更准确信息。
发明内容
示例实施例可以解决至少上述问题和/或缺点以及上面未描述的其它缺点。此外，示例实施例不需要克服上述缺点，并且可能不能克服上述任何问题。
根据示例实施例的一个方面，一种智能注射器系统包括注射器和外部装置。注射器包括其上印刷有第一图案的主体和其上印刷有第二图案的柱塞，使得柱塞相对于主体的相对位置可以基于第一图案和第二图案的相对位置的光学比较来确定。该装置包括图像捕获设备和处理器，该处理器被配置为分析图像捕获设备并由此确定注射器的填充水平。
第一图案可以是印刷在注射器主体筒上的刻度。
第二图案可以是沿着与柱塞长度平行的长度延伸的一系列三角形。
该装置还可以包括存储软件指令的存储器，并且处理器可以被配置为执行软件指令并由此执行被配置为使处理器显示关于注射器的填充水平的信息的应用。
根据另一个示例实施例的一个方面，一种智能注射器系统包括注射器和注射器外部的装置。注射器包括用于感测给患者施用的剂量的感测部件，以及用于传输关于剂量的数据的第一通信部件。外部装置包括用于接收关于剂量的数据的第二通信部件，以及用于显示关于剂量的信息的显示器。
感测部件可以是线性编码器和旋转编码器之一。
感测部件可以是围绕注射器筒部署的套筒，该套筒包括线性编码器。
第一和第二通信部件可以分别是近场通信(NFC)发射器和NFC接收器。
根据另一个示例实施例的一个方面，注射器系统的方法包括注射器将关于给患者施用的剂量的数据传输到外部设备，外部设备接收数据；设备的处理器执行软件指令并由此分析数据；以及外部设备显示关于剂量的信息。
注射器可以传输数据，并且外部设备可以经由NFC接收数据。
注射器也可以经由线性编码器和旋转编码器之一获得数据。
附图说明
上述和/或其它示例方面和优点将从以下示例实施例的描述中结合附图变得明显和更容易理解，附图中：
图1图示了根据相关技术的一次性注射器；
图2A、2B和2C图示了根据示例实施例的具有线性编码器的示例智能注射器；
图3A、3B和3C图示了根据示例实施例的具有线性编码套筒的示例智能注射器；
图4A、4B和4C图示了根据示例实施例的具有旋转编码器的示例智能注射器；
图5A和5B图示了根据示例实施例的示例智能注射器，该示例智能注射器具有柱塞，该柱塞上设有图案；
图6图示了根据示例实施例的旋转编码器的电路系统；
图7图示了根据示例实施例的轻敲外部设备的智能注射器；
图8图示了根据示例实施例的包括智能注射器和外部设备的系统；
图9A到9E图示了根据示例实施例的应用可以使其在外部设备上显示的信息；以及
图10是根据示例实施例的智能注射器和外部设备的操作流程图。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中图示的示例实施例，附图中相同的附图标记通篇指代相同的元件。在这方面，示例实施例可以具有不同的形式并且可以不被解释为限于本文阐述的描述。
应该理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(include)”、“包括(including)”、“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。
将进一步理解的是，虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件，组件、区域、层和/或部分可能不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。
如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联列出的项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如“至少一个”之类的表达式在元件列表之前时，修饰整个元件列表，而不修饰列表中的各个元件。此外，说明书中所描述的诸如“单元”、“-件”和“模块”之类的术语是指用于执行至少一个功能或操作的元件，并且可以用硬件、软件、或者硬件和软件的组合来实现。
各种术语用于指代特定的系统组件。不同的公司可能用不同的名称来指代组件——本文档无意区分名称不同但功能相同的组件。
这些示例实施例的对于这些示例实施例所属技术领域的普通技术人员而言清晰的事项可能没有在此详细描述。
如上面关于图1所讨论的，相关技术的一次性注射器100包括其上具有刻度印刷12的塑料筒体10，以及附接到其的针头30。部署在筒体10内的橡胶塞20附接到柱塞杆25。柱塞杆25的远端25a上的压力对筒体10内的流体施加压力，从而允许将流体注入体内。
根据示例实施例，智能注射器包括用于与外部设备无线通信的部件，以及用于感测注射剂量和填充水平中的一个或多个的部件。
用于发送的部件可以是电容式、电阻式、电感式、天线衰减、颜色编码和数字编码中的一种或多种。
根据一个示例实施例，用于感测的部件包括部署在注射器筒体外或注射器柱塞轴上的电阻膜。滑动片可以布置为使得两个滑动片之间的阻力随着柱塞被抽出而改变，以将药物吸入注射器，或随着柱塞被压下而改变，以将药物注射到用户体内。可以部署在手指片下方或注射器拇指托上的电路可以监测滑动片之间的电阻并且可以将该信息传输到外部设备。
根据另一个示例实施例，用于感测的部件包括线性编码器，例如霍尔效应线性编码器。
图2A、2B和2C图示了具有线性编码器250的示例智能注射器200。智能注射器200包括可以完全一次性的数字编码柱塞220。如图2B和2C中所示，柱塞220包括可经由开关255检测的1和0的机械表示。例如，机械开关255可以检测编码在柱塞220上的凸块257，如图2C中所示。可以使用如图2B和2C中所示的二进制布局或格雷码(graycode)布局。然后可以将开关255检测到的8位数字传输到外部设备。
根据另一个示例实施例，用于感测的部件可以包括套筒，该套筒包括线性编码器。图3A、3B和3C图示了具有可重复使用的套筒360的智能注射器300，该套筒360包括线性编码器。如图所示，注射器300包括可重复使用的套筒360，该套筒360包括用于确定和传递剂量信息的电子器件和通信电路系统。套筒360包括定制的线性编码器，其在整个注射过程中跟踪柱塞320的位置。如图3A中所示，当注射器300最初定位在套筒360中时，注射器300上的渐变322可以是可见的。然后套筒360可以围绕注射器300闭合。套筒可以包括霍尔效应线性编码器370和条形磁体375，如图3B中所示。替代地，套筒可以包括多个各向异性磁阻(AMR)传感器380，其中单个磁体385部署在柱塞320上，如图3C中所示。
根据另一个示例实施例，用于感测的部件可以包括旋转编码器。图4A、4B和4C图示了根据示例实施例的包括具有旋转编码器的柱塞的智能注射器。注射器400包括柱塞420，柱塞420包括螺纹线性部分405和线性-旋转转换器410。柱塞420可以包括方形螺纹407，如图4B中所示，其线性移动被转换器410转换成旋转运动。转换器410还可以包括用于检测注射器400的存在的开关412，以及具有用于检测旋转移动的旋转编码器414的径向分离的磁体。
根据另一个示例实施例，用于感测的部件可以包括图像，该图像可以被分析并由此用于确定注射剂量或填充水平。图5A和5B图示了包括柱塞520的智能注射器500，柱塞520上设有可以由智能附件读取的图案521。如图Bb中所示，柱塞520上的图案521与注射器500的筒体530上的单位对齐，使得智能附件可以读取图案并得出注射器500中的胰岛素单位。图案可以包括如图所示的一系列三角形或本领域技术人员将理解的其它形状。智能附件或其它外部设备(其可以是诸如操作本文所讨论的应用的移动电话之类的外部设备)包括可以获得智能注射器的图像的诸如相机之类的图像捕获设备。该设备还包括操作应用或其它软件的处理器，从而将设备配置为分析图像并由此确定注射器的填充水平。
图6图示了根据示例实施例的旋转编码器的电路系统。如图所示，旋转编码器600包括磁性旋转编码器集成电路601和微控制器602。
根据另一个示例实施例，用于感测的部件可以包括微机电系统(MEM)流量传感器。
加速度计(未显示)可以被包括在上述示例智能注射器中的任何一个或多个中，以便确定皮肤何时被针刺穿，从而使得能够确定注射时柱塞的位置。
根据示例实施例，用于通信的部件可以是近场通信(NFC)、蓝牙、Zigbe和任何其它无线通信系统中的一种或多种，如本领域技术人员将理解的。
根据示例实施例，包括NFC芯片的智能注射器700可以被放置成非常接近(“轻敲”)智能设备770，诸如包括应用的电话，如图7中所示。
图8图示了智能注射器系统，其包括智能注射器800和通过应用启用的外部设备850。在图8中，智能注射器800被图示为包括具有旋转编码器的柱塞的智能注射器。但是，智能注射器800可以是如关于上述实施例所讨论的任何智能注射器。外部设备850可以是例如智能电话，如图所示，或膝上型电脑、平板电脑、个人计算机或其它使用应用启用的处理设备。智能注射器800和使用应用启用的外部设备850可以例如通过NFC无线连接。这两个通信平台可以具有不同的硬件和软件组合。设备之间的数据传输可以取决于智能注射器800和外部设备850之间何时以及如何发生数据传输而不同。例如，智能注射器800可以实时(即在注射期间)或在注射后的任何时间(诸如当先前断开的设备最终配对或以其它方式连接时)传输关于药物输送状态(例如，完整或不完整)或其它输送信息的数据(例如，速率，定时等)。通信连接可以经由任何类型的无线连接方法进行，包括但不限于NFC、蓝牙TM和WiFi，如果需要的话，其可能影响设备配对以及需要设备接近。如本领域技术人员将理解的，设备相对于彼此的适当接近取决于所使用的连接方法。数据传输的定时可以至少部分地取决于两个通信平台和/或至少智能注射器800是否具有时间记录能力。
根据示例实施例的一个方面，外部设备850可以是设有输送信息应用以连接到智能注射器800并与智能注射器800协作的智能电话。用户可以将智能电话与智能应用配对以使用例如标准NFC技术方法进行同步。
智能注射器800与应用之间的数据同步可以发生在每次注射，例如，以获得递送数据。应用可以有利地提供时间记录能力(例如，在注射期间或紧接注射之后提供的数据可以储存在外部设备850中或在外部存储器中，例如，云，具有时间戳)。
关于本文描述的应用，它可以是在智能电话或其它外部设备850上存储和操作的独立应用，如上所述，或者可以作为对数字健康应用的增强提供。医疗事件图像捕获应用也可以集成到数字健康应用(例如，
Figure BDA0003963403130000081
Diabetes Care应用)中。例如，该应用及其生成的信息可以与其它数字健康应用内容(诸如注射、运动、碳水化合物摄入和血糖读数日志)自动组合在一起，以帮助患者和疾病管理利益相关者跟踪患者对处方的疾病管理方案的依从性(例如，患者维持目标血糖水平的程度)、重新订购用品(例如，家庭保健用品，诸如自我注射设备和药物以及药房库存)和自动将处方药和医疗用品运送给患者或商业环境、库存跟踪、为在临床环境中捕获的医疗事件记账等。替代地，应用可以是与用户(例如，患者)或患者的医疗状况管理团队中的其它利益相关者通信的独立应用，其它利益相关者诸如护理人员(例如，父母、配偶、学校护士)、健康状况护理提供者、临床环境管理员、药房、付款方(例如，保险公司)以及医疗设备供应商和分销商。
本文描述的示例实施例是关于糖尿病管理和胰岛素注射。但是，应该理解的是，如本文所述的应用的操作可以用于减少与需要使用各种设备和医疗状况管理程序(诸如手术器械、血液采集和输送产品，除胰岛素以外的其它药物的输送等)的其它医疗状况的管理和治疗相关的错误。例如，示例实施例可以用于减少与使用其它类型药物的自我注射相关联的医疗错误、正确使用手术工具用于所选择的医疗程序、正确使用装备用于向患者IV输送药物流体等。
图9A到9E图示了应用可能使其在智能电话上显示的示例信息。
在运行应用的外部设备上轻敲(即使其靠近)包括NFC传输能力的智能注射器可能导致应用向用户显示或以其它方式输出通知，如图9A中所示。图9B图示了应用打开时的示例显示屏幕，提示用户输入剂量单位。图9C图示了当已经输入剂量时应用的示例显示屏幕，请求确认注射的胰岛素类型。图9D图示了当注射已被确认时的示例显示屏幕。图9E图示了示例显示屏幕，使用户能够通过轻敲按钮手动记录胰岛素剂量。其它可选日志显示在胰岛素日志下方。
根据本文描述的所示实施例采用的说明性设备、系统和方法的组件可以至少部分地在数字电子电路系统、模拟电子电路系统或计算机硬件、固件、软件或它们的组合中实现。例如，这些部件可以例如作为计算机程序产品来实现，诸如计算机程序、程序代码或有形地实施在信息载体中或机器可读存储设备中的计算机指令，用于由诸如可编程处理器、计算机或多个计算机之类的数据处理装置执行或控制其操作。
计算机程序可以以任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或其它适合在计算环境中使用的单元。可以部署计算机程序以在一个计算机或其它设备上或在一个站点处的多个设备或者分布在多个站点上并通过通信网络互连的多个设备上执行。此外，本领域的程序员可以容易地开发用于实现本文描述的特征的功能程序、代码和代码段。与示例实施例相关联的方法步骤可以由执行计算机程序、代码或指令以执行功能的一个或多个可编程处理器执行(例如，通过对输入数据进行操作和/或生成输出)。方法步骤也可以由专用逻辑电路系统来执行，例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)，并且本文描述的装置可以被实现为专用逻辑电路系统，例如FPGA或ASIC。
结合本文所描述的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、FPGA或被设计为执行本文所述的功能的其它可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或它们的任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但替代地，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器、或任何其它这样的配置。
作为示例，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器、以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将接收来自只读存储器或随机访问存储器或两者的指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。一般而言，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备，或可操作地耦合以从该一个或多个大容量存储设备接收数据或将数据传输到该一个或多个大容量存储设备或两者，大容量存储设备例如磁盘、磁光盘或光盘。适用于实施计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，作为示例包括半导体存储器设备，例如电可编程只读存储器ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存设备和数据存储盘(例如，磁盘、内部硬盘或可移动盘、磁光盘以及CD-ROM和DVD-ROM盘)。处理器和存储器可以由专用逻辑电路系统补充或结合在专用逻辑电路系统中。
计算机可读非暂态介质包括所有类型的计算机可读介质，包括磁存储介质、光存储介质、闪存介质和固态存储介质。应该理解的是，软件可以安装在中央处理单元(CPU)设备中并与之一起出售。替代地，可以获取软件并将其加载到CPU设备中，包括通过物理介质或分发系统获得软件，包括例如从软件创建者拥有的服务器或从软件拥有者未拥有但使用的服务器获得软件。例如，软件可以存储在服务器上，以便通过例如互联网进行分发。
图10是根据示例实施例的智能注射器和外部设备的操作流程图。如图所示，智能注射器“轻敲”外部设备，在它们之间建立通信(1001)。如图10中所示，轻敲发生在施用剂量之前。但是，替代地，轻敲可以在施用剂量之后的稍后时间点发生。智能注射器将剂量施用于患者并感测剂量(1002)。当在外部设备上操作时，关于剂量的信息被传输到应用(1003)。该应用然后处理接收到的信息(1004)并向患者显示信息(1005)。
可以理解的是，本文描述的示例实施例可以仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。每个示例实施例内的特征或方面的描述可以被认为可以用于其它示例实施例中的其它类似特征或方面。
虽然已经参考各图描述了示例实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由以下权利要求定义的精神和范围的情况下，可以对其中的形式和细节进行各种改变。

Claims (18)

1.一种智能注射器系统，包括：
注射器，包括：
主体，主体上印刷有第一图案，以及
柱塞，柱塞上印刷有第二图案，使得所述柱塞相对于所述主体的相对位置能够基于所述第一图案和所述第二图案的相对位置的光学比较来确定；以及
位于所述注射器外部的装置，所述装置包括：
图像捕获设备，以及
处理器，被配置为分析所述图像捕获设备并由此确定所述注射器的填充水平。
2.根据权利要求1所述的智能注射器系统，其中所述第一图案包括印制在所述注射器的所述主体的筒体上的刻度。
3.根据权利要求1所述的智能注射器系统，其中所述第二图案包括沿着与所述柱塞的长度平行的长度延伸的一系列三角形。
4.根据权利要求3所述的智能注射器系统，其中所述一系列三角形包括沿着与所述柱塞的长度平行的长度布置在所述柱塞上的多个三角形，所述多个三角形中的每个三角形布置有朝向所述柱塞的第一端的底座和朝向所述柱塞的第二端的点。
5.根据权利要求1所述的智能注射器系统，其中所述注射器外部的所述装置还包括存储软件指令的存储器，并且其中所述处理器被配置为执行所述软件指令并由此执行被配置为使所述处理器显示关于所述注射器的填充水平的信息的应用。
6.根据权利要求1所述的智能注射器系统，其中所述注射器外部的装置为移动电话。
7.一种智能注射器系统，包括：
注射器，包括：
用于感测给患者施用的剂量的感测部件；
用于传输关于剂量的数据的第一通信部件；
位于所述注射器外部的装置，所述装置包括
用于接收关于剂量的数据的第二通信部件，以及
用于显示关于剂量的信息的显示器。
8.根据权利要求7所述的智能注射器系统，其中所述感测部件包括线性编码器和旋转编码器之一。
9.根据权利要求7所述的智能注射器，其中所述感测部件包括霍尔效应线性编码器。
10.根据权利要求7所述的智能注射器，其中所述感测部件包括围绕所述注射器的筒体部署的套筒，所述套筒包括线性编码器。
11.根据权利要求10所述的智能注射器，其中所述线性编码器包括霍尔效应线性编码器和条形磁体。
12.根据权利要求7所述的智能注射器，其中所述感测部件包括：
围绕所述注射器的筒体部署的套筒，所述套筒包括多个各向异性磁阻(AMR)传感器；以及
部署在所述注射器的柱塞上的磁体。
13.根据权利要求7所述的智能注射器，其中：
所述第一通信部件包括近场通信(NFC)发射器和蓝牙发射器中的至少一个，
以及，所述第二通信部件包括NFC接收器和蓝牙接收器中的至少一个。
14.根据权利要求7所述的智能注射器，其中所述感测部件包括：
所述注射器的柱塞上的螺纹线性部分，以及
线性-旋转转换器，被配置为将所述螺纹线性部分的线性移动转换成旋转运动。
15.根据权利要求14所述的智能注射器，其中所述线性-旋转转换器包括被配置为检测所述注射器的存在的开关和包括被配置为检测旋转移动的旋转编码器的磁体。
16.一种注射器系统的方法，所述方法包括：
注射器向外部设备传输关于给患者施用的剂量的数据；
外部设备接收数据；
所述外部设备的处理器执行软件指令并由此分析数据；以及
所述外部设备显示关于剂量的信息。
17.根据权利要求16所述的方法，其中
所述注射器传输数据包括经由近场通信(NFC)和蓝牙中的一种或多种传输数据，以及
外部设备接收数据包括经由NFC和蓝牙中的至少一种接收数据。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括，在所述注射器传输数据之前，所述注射器经由线性编码器和旋转编码器之一获得数据。
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