CN116236342A - 用于控制激光装置的激光器的方法、激光装置、计算机程序以及计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制激光装置(10)的激光器(12)的方法，至少包括以下步骤：‑产生激光脉冲(40)，具有低于光学元件的区域(16)的聚合物材料(26)的光致破裂机制的第一能量密度(42)；‑用激光脉冲(40)照射核心区域(30)，其中聚合物材料(26)的折射率根据其上的情况而改变；‑在核心区域(30)内产生第一照射线(34)，从而在核心区域(30)内产生第一光学校正(44)；‑产生激光脉冲(40)，具有低于光致破裂机制的第二能量密度(46)；‑用激光脉冲(40)照射边缘区域(36)，其中聚合物材料(26)的折射率根据其上的情况而改变；和‑在边缘区域(36)内产生第二照射线(38)，从而在边缘区域(36)内产生第二光学校正(48)。此外，本发明涉及激光装置(10)、计算机程序以及计算机可读介质。

Description

用于控制激光装置的激光器的方法、激光装置、计算机程序以 及计算机可读介质
技术领域
本发明涉及一种用于控制激光装置的激光器的方法。此外，本发明涉及激光装置、计算机程序以及计算机可读介质。
背景技术
角膜内的不透明和疤痕，可能由炎症、损伤或自然疾病引起，会损害视力。特别是在角膜的这些病理和/或非自然改变的区域位于眼睛的视轴中的情况下，清晰的视力会受到严重干扰。此外，进一步的视力障碍，例如视力下降或角膜曲率，也会损害视力。在此，现有技术中给出了借助于相应激光装置的不同激光方法，其将体积体与角膜分离，从而可以改善患者的视力。例如，这里已知光致破裂和烧蚀方法，其通过激光脉冲产生相应的界面，并且例如可以从角膜中移除体，由此可以改变受伤或病理区域，从而再次改善视力。
此外，现有技术中已知的方法，其中采用具有低能量和高重复率的聚焦飞秒激光以非手术方式改变透明材料和组织的折射率，例如角膜、晶状体、隐形眼镜和人工眼晶状体，从而改变其光折射特性。该方法特别也称为LIRIC(激光诱导折射率变化)。在活体组织中，该方法不会引发伤口愈合或疤痕形成。
根据已知的LIRIC方法，分别使用圆柱和螺旋路径来提供相位交错的光学校正。其中，治疗的结果取决于激光脉冲的输出速度，其中，这里从现有技术预设了一致的速度。然而，特别是在同心路径中，这是很难解决的，因为特别是根据激光脉冲的位置，激光速度不能再保持，例如在圆形路径的中心，或者由于激光装置在能量供应方面的限制，不能再在治疗区域的边缘进行相应的校正。
因此，本发明的目的是提供一种激光装置、计算机程序和计算机可读介质，借助于该激光装置，可以克服现有技术的缺点，特别是可以实现聚合物材料，特别是角膜的改进治疗。
发明概述
该目的通过根据独立权利要求的方法、激光装置、计算机程序以及计算机可读介质来解决。在各自的从属权利要求中规定了具有本发明的方便发展的有利配置形式，其中，所述方法的有利配置被视为激光装置、计算机程序和计算机可读介质的有利配置，反之亦然。
本发明的一个方面涉及一种用于控制激光装置的激光器的方法。产生具有在预设能量范围内且低于光学元件的区域的聚合物材料的光致破裂机制的第一能量密度的多个第一激光脉冲。该区域的核心区域用第一激光脉冲照射，其中聚合物材料的折射率在用第一激光脉冲照射的每个照射点处根据其上的情况而改变。借助于多个照射点在核心区域内产生多个第一照射线，由此在核心区域中产生第一光学校正。产生具有在所述能量范围内且低于所述光学元件的区域的聚合物材料的光致破裂机制的第二能量密度的多个第二激光脉冲，其中所述第二能量密度不同于所述第一能量密度。该区域的边缘区域用第二激光脉冲照射，边缘区域至少在某些区域围绕核心区域，其中聚合物材料的折射率在用第二激光脉冲照射的每个照射点处根据其上的情况而改变。借助于多个照射点在边缘区域内产生多个第二照射线，从而在边缘区域中产生不同于第一光学校正的第二光学校正。
因此，特别建议将待治疗区域划分为核心区域和边缘区域。在核心区域中，以第一能量密度进行照射，并且在边缘区域中以第二能量密度进行照射。特别地，能量剂量要通过能量密度来理解，即例如每面积单位的能量。因此，它可以是每个区域的激光脉冲的能量，也可以是扫描路径的每个区域“扫描部分”(即照射线)内的多个脉冲的能量。特别地，能量密度也可以被视为功率密度，即每时间单位和每面积单位的能量。此外，所谓的“注量(fluence)”，即每体积单位的能量，也可以被视为能量密度。其中，能量密度可以通过照射线的密度，即所谓的线间距离来描述，或者通过线内照射点的密度来描述，因此也可以通过照射点的密度来描述，这也被称为点间距离。此外，不同线路的发射激光脉冲的能量也可以通过能量密度来理解。
能量范围描述了一个范围，其中能量可以由激光装置的用户调节，并且可以执行根据本发明的方法。特别地，能量范围由光致破裂机制的能量向上限制，由此产生能量光致破裂气泡(也可以称为空化气泡)，并且由该能量向下限制，在该能量下聚合物材料中的折射率仍然改变。因此，能量范围特别取决于聚合物材料本身。
特别地，聚合物材料是人或动物角膜和/或眼睛的晶状体。此外，在此还应提及，该方法也可应用于人工隐形眼镜或人工眼内透镜。因此，聚合物材料特别是例如生物聚合物材料，其在生物的细胞中合成，例如以多糖、蛋白质、核酸等的形式。然而，人工聚合物材料例如胶原也可以通过根据本发明的方法进一步相应地改变。例如，眼睛的角膜和晶状体可以分别被视为生物聚合物材料，而隐形眼镜或眼内晶状体可以被视为胶原蛋白。
然后，光学元件例如可以是眼睛或玻璃体。该区域进而描述聚合物材料内的区域，该区域例如包括病理区域和/或待治疗区域。
因此，具有预定能量或能量密度的激光脉冲特别地被产生，使得它们在光致破裂机制下产生，这意味着在角膜内不产生光致破裂气泡，从而仅在照射点内改变折射率，从而在治疗之后，光束在该区域中的折射率与之前不同，这导致光学元件的校正。
因此，进一步优选的是，在该区域内进行所谓的相包裹。特别地，在所谓的相位包裹中实现了技术边界，特别是在边缘区域(也可以称为外围)，其中激光装置的分辨率不再允许“更精细”的照射线。现在，根据本发明，可以进行照射线轮廓的逐渐减小，特别是在边缘区域中，其中可以特别是在所谓的过渡区中进行。也可以用该方法进行老花矫正，从而进行老花的矫正。
根据有利的配置形式，边缘区域中的光学第二校正产生得比光学第一校正劣。因此，特别规定在边缘区域和核心区域中执行不同的校正。由于激光装置的限制，例如不再允许在边缘区域中如在核心区域中那样执行相应的校正。然而，现在特别允许在边缘区域中执行较劣的校正，这可以导致例如视力的改善。因此，校正值优选地在其数量级上不同，但在其符号上不同。例如，第一校正可以是5屈光度，并且第二校正可以小于5屈光度(例如4屈光度或2屈光度)。这应被视为纯粹的范例，而不是结论性的。
此外，如果第一照射线和/或第二照射线在该区域中基本上环形地产生，则已经证明是有利的。因此，可以特别地提供一种菲涅耳透镜，其中核心区域中的第一照射线和边缘区域中的第二照射线都因此环形地形成。
如果第一照射线和/或第二照射线彼此同心地产生，则是进一步有利的。因此，第一照射线和/或第二照射线特别地彼此形成同心圆。特别地，同心圆在核心区域中具有比边缘区域中的同心圆更低的半径。因此，可以实现聚合物材料的可靠校正。
在另一种有利的配置形式中，根据限制激光装置的至少一个参数来预设从核心区域到边缘区域的过渡。特别地，如果激光装置已经达到了关于潜在可实现的能量密度，特别是关于要发射的激光脉冲或照射点距离的相应极限，则其被转换到边缘区域以在那里以较低的能量密度执行进一步的校正。因此，也可以在边缘区域中执行相应的校正，这可以导致视线限制的改善。
在另一种有利的配置形式中，边缘区域用作从待治疗区域到不待治疗区域的过渡区。过渡区也可以称为过渡区域(TZ)。因此，可以产生待治疗区域和不待治疗区域之间的改善的过渡，由此可以实现视觉损伤的改善。
如果在核心区域中执行光学元件的预定义校正，则是进一步有利的。特别地，由于眼睛的测厚数据，例如可以预先设置预定义的校正。特别地，预定义的校正允许改善视力。在边缘区域中，然后可以提供一种过渡区域，该过渡区域不具有预定的校正，但仍然可以在边缘区域实现视力的提高，从而实现到不待治疗区域的改进的过渡。
根据另一种有利的配置形式，至少第一能量密度根据照射点彼此之间的相应距离、和/或根据第一照射线彼此之间的各自距离、和/或者根据相应激光脉冲的激光脉冲能量来调节。因此，能量密度特别地不仅取决于单个脉冲，而且可以根据能量剂量来考虑，从而取决于每面积单位的能量。因此，每个区域的激光脉冲的能量，以及该区域内的多个脉冲的能量可以影响能量密度。此外，产生激光脉冲的能量也可以相应地影响能量密度。此外，能量密度也可以理解为功率密度的一种类型，即每时间单位和每面积单位的能量。此外，能量密度也可以理解为所谓的注量，即每体积单位的能量。因此，可以以不同的方式影响能量密度。
此外，如果通过该方法生成光学区域的轴棱锥形状，则已经证明是有利的。由此，例如可以生成特殊的圆锥形区域。Axicon是锥形透镜，可产生环形光束轮廓。轴棱锥将点光源映射到沿着光轴的直线上，或者将激光束转换成环形，从而可以在该区域中进行光学校正。轴棱锥形状可以例如基于照射线的不同高度来生成。例如，照射线的高度可以从核心区域的中心朝向边缘区域减小。
还有利的是，如果至少第二照射线的高度与第一照射线的长度不同地产生，和/或第二照射线的距离与第一照射线的间距不同地产生，和/或与用于第一照射线的具有预定第一能量的激光脉冲相比，用于第二照射线的具有更低预定第二能量的激光脉冲被产生用于产生第二光学校正。因此，光学校正尤其可以用不同的点间距离、行间距离以及激光脉冲本身的不同能量密度来执行。此外，照射线的相应高度也可以不同。因此，可以在核心区域和边缘区域中执行不同的光学校正。
在另一种有利的配置形式中，在边缘区域中从面向核心区域的内边缘到远离核心区域的外边缘产生不同的第二校正。特别地，不同的第二校正取决于激光装置的相应限制。因此，特别地，可以提供具有不同的第二校正的过渡区，使得可以产生从核心区域到边缘区域的最外边缘的平滑过渡，由此可以实现改进的光学校正。
同样有利的是，在边缘区域的外边缘处产生比在边缘区域内边缘处更劣的校正。因此，可以产生从核心区域经由边缘区域到不待处理区域的平滑过渡。
进一步证明，如果在200nm和2μm之间的波长范围内，特别是在400nm和1450nm之间，以1fs和1ps之间的相应脉冲持续时间，特别是10fs和100fs之间，以及大于10kHz的重复频率，特别是1MHz和100MHz之间，发射激光脉冲是有利的。因此，激光脉冲尤其可以在光致破裂机制下产生，这仅导致折射率的变化。因此，可以可靠地执行该方法，特别是折射率的改变，而不在角膜中执行侵入性干预。
在另一种有利的配置形式中，在控制激光器时考虑光学元件、特别是眼睛、特别是角膜和/或晶状体的地形、和/或厚度和/或形态数据。特别地，该数据例如可以在治疗之前已经确定。根据这些数据，可以可靠地进行治疗。
本发明的第二方面涉及一种激光装置，该激光装置具有至少一个眼科手术激光器和用于一个或多个激光器的至少一个控制装置，其被形成为执行根据第一方面的方法的步骤。
优选地，激光装置形成为旋转扫描器，并且在此例如包括光束偏转装置。此外，激光装置优选形成为眼部手术治疗设备。
在激光装置的有利配置形式中，激光装置包括用于至少临时存储至少一个控制数据集的存储装置，并且包括用于激光器的激光束的波束引导、和/或波束成形、和/或波束偏转、和/或波束聚焦的至少一个光束偏转装置。其中，所述控制数据集通常基于待治疗的光学元件，特别是光学元件内病理和/或非自然改变区域的待治疗的角膜或晶状体的测量地形、和/或厚度、和/或形态来生成。
其中，可以提供激光装置包括单个存储设备和单个控制装置。可选地，可以提供不同的存储设备和控制装置形成在激光装置内，以执行激光器的相应控制。
可以从第一发明方面的描述中获得进一步的特征及其优点，其中第一发明方面中的有利配置将被视为各自其他发明方面的有利配置。
第三方面涉及一种包括命令的计算机程序，所述命令使根据第二发明方面的激光装置执行根据第一发明方面的方法步骤。本发明的第四方面涉及一种计算机可读介质，根据第三发明方面的计算机程序存储在该计算机可读介质上。
可以从第一和第二发明方面的描述中获得进一步的特征及其优点，其中每个发明方面的有利配置将被视为各自其他发明方面的有益配置。
从权利要求、附图和附图描述中可以明显看出进一步的特征。以上在描述中提到的特征和特征组合以及以下在附图的描述中提到和/或在附图中单独示出的特征和特性组合不仅可以在各自指定的组合中使用，而且可以在不脱离本发明范围的其他组合中使用。因此，实施方式也应被认为是本发明所涵盖和公开的，这些实施方式未在图中明确示出并解释，而是由与所解释的实施方式分离的特征组合产生并可由其产生。实施方式和特征组合也被认为是公开的，因此不包括最初制定的独立权利要求的所有特征。此外，实施方式和特征组合应被认为是公开的，特别是通过上文阐述的实施方式，其延伸超出或偏离权利要求关系中阐述的特征组合。
附图简述
下面显示：
图1是激光装置的一个实施例的示意图；
图2是光学元件的示意俯视图；和
图3是光学元件的示意性截面图。
在附图中，相同或功能相同的元件具有相同的附图标记。
发明详述
图1显示了具有激光器12的激光装置10的示意图，例如用于治疗患者，特别是用于治疗患者的眼睛14，其中眼睛14在下文中也称为光学元件。因此，激光装置10目前被形成为眼科手术治疗设备。人们认识到，除了激光器12之外，还形成了用于激光器12的控制装置18。具有控制装置18的这种形式的配置仅被示例性地考虑。可以提供的是，激光装置10还包括多个，特别是多于两个的控制装置18。例如，控制装置18可以以预定模式向眼睛14发射脉冲激光脉冲40(见图2)，例如到区域16中，其中在该实施例中选择区域16的位置，使得封闭眼睛14的基质内的病理和/或非自然改变的区域。因此，区域16是待处理的区域16。
此外，人们认识到由激光器12产生的激光束22借助于波束偏转装置24(例如扫描器，特别是所谓的旋转扫描器)朝向眼睛14偏转。波束偏转装置24也由控制装置18控制以例如产生照射线34、38(见图2)。波束偏转装置24可以例如包括一个或两个反射镜，其被形成用于偏转撞击的激光束22。
在本实施例中，所示激光器12是激光器12，其在200nm和2μm之间的波长范围内，特别是在400nm和1450nm之间，以1fs和1ps之间的相应脉冲持续时间，特别是10fs和100fs之间，以及大于10kHz的重复频率，特别是1MHz和100MHz之间，发射激光脉冲40。因此，激光脉冲40尤其可以在光致破裂机制下产生，这仅导致折射率的变化。因此，可以可靠地执行该方法，特别是折射率的改变，而无需例如在角膜中执行侵入性干预。
此外，控制装置18包括用于至少临时存储至少一个控制数据集的存储设备28，其中控制数据集包括用于将单个激光脉冲34定位和/或聚焦在眼睛14中或眼睛14上的控制数据。各个激光脉冲40的位置数据和/或聚焦数据是基于先前测量的眼睛14的地形和/或厚度和/或形态、以及例如眼睛14的基质内的病理和/或非自然改变的区域来生成的。
图2显示了眼睛14的示意俯视图。特别是，图2显示的是待治疗的区域16，以及未治疗的区域20。待处理的区域16被分成由第一照射线34界定的核心区域30，以及在外边缘由第二照射线38界定和在内边缘由第一照射线34界定的边缘区域36。
在根据本发明的方法中，提供了多个第一激光脉冲40，其具有在预设能量范围内且低于光学元件的区域16的聚合物材料26的光致破裂机制的第一能量密度42。用第一激光脉冲40照射核心区域30是有效的，其中聚合物材料26的折射率在用第一激光脉冲40照射的每个照射点处根据其上的情况而改变。借助于多个照射点在核心区域30内产生多个第一照射线34，由此在核心区域30内产生第一光学校正44(见图3)。产生多个第二激光脉冲40，具有在能量范围内且低于光学元件的区域16的聚合物材料26的光致破裂机制的第二能量密度46，其中第二能量强度46不同于第一能量密度42。边缘区域36用第二激光脉冲40照射，其中边缘区域36至少在某些区域围绕核心区域30，并且其中聚合物材料26的折射率在用第二激光脉冲40照射的每个照射点处根据其上的情况而改变。在边缘区域36内产生多个第二照射线38，由此在边缘区域36中产生与第一光学校正44不同的第二校正48。
其中，特别规定边缘区域36中的第二光学校正48的产生劣于核心区域30中的光学第一校正44。此外，特别示出了第一照射线34和/或第二照射线38在区域16中基本上环形地产生，其中特别地，其中设置第一照射线34和/或第二照射线38彼此同心地产生。
此外，特别规定至少在核心区域30中对光学元件，特别是眼睛14进行预定义的校正。此外，图2显示，在边缘区域36中，从内边缘(其目前由第一照射线34界定并且面向核心区域30)到外边缘(其目前由第二照射线38界定并且远离核心区域30)产生不同的第二校正48。其中，在边缘区域36的外边缘处尤其可以产生比边缘区域36内边缘处更劣的校正。
图3分别显示了区域16的示意性侧视图和截面图。目前，特别显示了图2所示区域16的一种截面图。
图3显示，根据限制激光装置10的至少一个参数，从核心区域30到边缘区域36的过渡是预先设定的。特别是如果激光装置10已经达到了能量密度42、46的相应极限，则过渡到边缘区域36，以执行进一步的校正，特别是第二光学校正48，在那里具有较低的能量密度42、46。因此，也可以在边缘区域36中执行相应的校正，这可以导致视线限制的改善。
其中，可以设置边缘区域36例如用作从待处理区域16到不待处理区域20的过渡区域。
此外，图3显示，至少第一能量密度42根据照射点彼此之间的相应距离和/或根据第一照射线34彼此之间的各自距离和/或者根据相应激光脉冲40的激光脉冲能量进行调节。此外，至少第二照射线38的高度可以与第一照射线34的高度不同地产生，和/或第二照射线38的距离可以与第一照射线34的距离不同地产生，和/或与用于所述第一照射线34的具有预定第一能量的激光脉冲40相比，用于所述第二照射线38的具有更低预定第二能量的激光脉冲40可以被产生以用于产生所述第二光学校正48。
图3特别显示了第一照射线34和第二照射线38的高度基本相同。可选地，还可以提供通过该方法产生光学区域16的轴棱锥形状。

Claims (19)

1.一种用于控制激光装置(10)的激光器(12)的方法，包括至少以下步骤：
-产生多个第一激光脉冲(40)，所述第一激光脉冲具有在预设能量范围内且低于光学元件的区域(16)的聚合物材料(26)的光致破裂机制的第一能量密度(42)；
-用所述第一激光脉冲(40)照射所述区域(16)的核心区域(30)，其中所述聚合物材料(26)的折射率在用所述第一激光脉冲(40)照射的每个照射点处根据其上的情况而改变；
-借助于多个照射点在所述核心区域(30)内产生多个第一照射线(34)，从而在所述核心区域(30)内产生第一光学校正(44)；
-产生多个第二激光脉冲(40)，所述第二激光脉冲具有在所述能量范围内且低于所述光学元件的区域(16)的聚合物材料(26)的光致破裂机制的第二能量密度(46)，其中所述第二能量强度(46)不同于所述第一能量密度(42)；
-用所述第二激光脉冲(40)照射所述区域(16)的边缘区域(36)，所述边缘区域至少在某些区域围绕所述核心区域(30)，其中所述聚合物材料(26)的折射率在用所述第二激光脉冲(40)照射的每个照射点处根据其上的情况而改变；和
-借助于多个照射点在所述边缘区域(36)内产生多个第二照射线(38)，从而在所述边缘区域(36)内产生不同于所述第一光学校正(44)的第二光学校正(48)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述边缘区域(36)中的第二光学校正(48)产生得劣于所述核心区域(16)中的第一光学校正(44)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一照射线(34)和/或所述第二照射线(38)在所述区域(16)中基本上环形地产生。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一照射线(34)和/或所述第二照射线(38)彼此同心地产生。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据限制所述激光装置(10)的至少一个参数来预设从所述核心区域(30)到所述边缘区域(36)的过渡。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述边缘区域(36)用作从待治疗区域(16)到未治疗区域(20)的过渡区。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述核心区域(30)中执行所述光学元件的预定校正。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少所述第一能量密度(42)根据照射点彼此之间的相应距离、和/或根据所述第一照射线(34)彼此之间的相应距离、和/或者根据相应激光脉冲(40)的激光脉冲能量来调节。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过该方法产生光学区域(16)的轴棱锥形状。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少所述第二照射线(38)的高度产生得与所述第一照射线(34)的高度不同，和/或所述第二照射线(38)的距离产生得与所述第一照射线(34)的距离不同，和/或与用于所述第一照射线(34)的具有预定第一能量的激光脉冲(40)相比，用于所述第二照射线(38)的具有更低预定第二能量的激光脉冲(40)被产生以用于产生所述第二光学校正(48)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述边缘区域(36)中从面向所述核心区域(30)的内边缘到远离所述核心区域(30)的外边缘产生不同的第二校正(48)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述边缘区域(36)的外边缘处产生比在所述边缘区域(36)的内边缘处更劣的校正。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光脉冲(40)以下列条件发射：在200nm和2μm之间的波长范围内，特别是在400nm和1450nm之间，以1fs和1ps之间的相应脉冲持续时间，特别是10fs和100fs之间，以及大于10kHz的重复频率，特别是1MHz和100MHz之间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，实现对所述激光器(12)的控制，使得考虑作为所述聚合物材料(26)的角膜的地形、和/或厚度、和/或形态数据。
15.一种激光装置(10)，具有至少一个眼科手术激光器(12)和至少一个用于所述一个或多个激光器(12)的控制装置(18)，所述激光装置被形成为执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法的步骤。
16.根据权利要求15所述的激光装置(10)，其特征在于，所述控制装置(18)
-包括用于至少临时存储至少一个控制数据集的至少一个存储设备(28)，其中所述控制数据集包括用于在所述聚合物材料(26)中定位和/或聚焦单个激光脉冲(40)的控制数据；和
-用于所述激光器(12)的激光波束(22)的波束引导、和/或波束成形、和/或波束偏转、和/或波束聚焦的至少一个波束设备。
17.根据权利要求15或16所述的激光装置(10)，其特征在于，所述激光装置(10)被形成为眼部外科治疗设备。
18.一种包括命令的计算机程序，所述命令使根据权利要求15至17中任一项所述的激光装置(10)执行根据权利要求1至14中任一项的方法步骤。
19.一种计算机可读介质，其上存储有根据权利要求18所述的计算机程序。
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