CN212391607U - 一种雷达生命探测仪用生命体征模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，本方案主要包括：胸廓模型，呼吸模拟部件以及控制部件，胸廓模型中具有若干可活动的肋骨模拟组件；所述呼吸模拟部件安置在胸廓模型中，并驱动连接胸廓模型中若干可活动的肋骨模拟组件，可带动若干可活动的肋骨模拟组件进行上下起伏动作，以模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动；所述控制部件控制连接呼吸模拟部件，以控制呼吸模拟部件带动若干可活动的肋骨模拟组件进行上下起伏动作的状态，以模拟人体不同状态下呼吸时胸廓的起伏运动。本实用新型提供的方案相对于现有技术更为真实的模拟人体结构、更为真实的模拟人体受困状态下的生命体征信号、更为真实的反映雷达生命探测仪对人体的探测效果。

Description

一种雷达生命探测仪用生命体征模拟系统

技术领域

本实用新型涉及雷达生命探测仪技术，具体涉及雷达生命探测仪的检测技术。

背景技术

在真实的地震、塌方等灾害现场，由于压埋、高温、受伤等应急受困的非正常状态，受困者的生命信号往往都与正常状态下的人体生命信号存在差异，或者极其微弱、或者发生变异，这些差异都造成雷达生命探测仪容易出现错报、漏报等问题。

目前，在雷达生命探测仪的测试和试验过程中，或者是采用正常人体作为被测目标、或者是所使用的人体生命特征模拟装置只是模拟人体正常状态下的人体生命信号，这些方法和装置都无法模拟真实应急受困情况下，受困者呼吸、心跳等生命信号的规律和特点。

现有的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，主要是利用不同机构产生人体呼吸时的胸廓运动来模拟产生呼吸信号。最初是利用现有呼吸机和气囊进行模拟。后期通过设计定制，利用伺服电机带动金属板往复运动来近似人体呼吸时胸腔起伏的状态。为了更好的反射雷达波，金属板的运动方向平行与雷达波的发射方向。

如此方案的生命体征模拟系统在实际应用过程中存在较多的问题，其中最为主要的问题是，现有的模拟系统只能模拟正常状态下人体的呼吸信号，无法根据受困状态下人体呼吸和心跳信号的变化而进行变化；同时现有的模拟系统中人体呼吸时胸廓上各个位置起伏的位移距离和位移方向各不相同。金属板前后移动的方式，每次只能反映一个位移量，无法较为真实的反映人体呼吸时胸廓的位移情况。

另外，由于人体生命体征信号是呼吸和心跳的复合信号，而上述生命体征模拟系统只能同时反映一个信号，无法同时反映呼吸和心跳的复合运动。

再者，上述生命体征模拟系统未考虑人体表皮对雷达波的影响，影响检测效果。

由此可见，提供一种能够真实模拟人体受困状态下人体呼吸信号，以及呼吸时胸廓位移特征的生命体征模拟系统为本领域亟需解决的问题。

实用新型内容

针对现有雷达生命探测仪用生命体征模拟系统所存在的问题，需要一种能够真实模拟人体各状态下人体呼吸信号以及呼吸时胸廓位移特征的生命体征模拟方案。

为此，本实用新型的目的在于提供一种雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，由此来实现真实模拟人体各状态下人体呼吸信号以及呼吸时胸廓位移特征。

为了达到上述目的，本实用新型提供的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，包括：胸廓模型，呼吸模拟部件以及控制部件，所述胸廓模型中具有若干可活动的肋骨模拟组件；所述呼吸模拟部件安置在胸廓模型中，并驱动连接胸廓模型中若干可活动的肋骨模拟组件，可带动若干可活动的肋骨模拟组件进行上下起伏动作，以模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动；所述控制部件控制连接呼吸模拟部件，以控制呼吸模拟部件带动若干可活动的肋骨模拟组件进行上下起伏动作的状态，以模拟人体不同状态下呼吸时胸廓的起伏运动。

进一步地，所述胸廓模型包括仿真皮肤组件、脊柱模拟组件、胸骨模拟组件和若干组肋骨模拟组件，所述脊柱模拟组件和胸骨模拟组件固定，所述若干组肋骨模拟组件分别与胸骨模拟组件进行连接，其中部分或全部肋骨模拟组件与胸骨模拟组件活动连接，可同时以与胸骨模拟组件的连接处为支点向上翘起，形成人体胸廓模拟框架；所述仿真皮肤组件包覆在人体胸廓模拟框架上。进一步地，所述仿真皮肤组件包括基本皮肤层与人体介电系数模拟单元，基本皮肤层可拆卸的包覆在胸廓模型表面，形成与胸廓模型轮廓相似的曲面，人体介电系数模拟单元包含在基本皮肤层内部，模拟人体皮下组织以及胸内脏器的介电系数。

进一步地，所述胸廓模型模拟脊线耦合成圆滑曲面，具有人体体表自然的曲面状态，具有明显得可视可触摸的解剖标志。

进一步地，所述呼吸模拟部件主要包括供电单元、控制单元、驱动部件和执行部件；所述控制单元接收控制部件发送的控制信号，并按照控制信号指令控制驱动部件；所述驱动部件驱动执行部件产生不同频率、不同振幅的动作；所述执行部件驱动连接胸廓模型中若干可活动的肋骨模拟组件，并带动若干可活动的肋骨模拟组件上下起伏动作。

进一步地，所述控制部件可形成模拟人体各种状态下呼吸时胸廓的起伏运动的控制信号。

进一步地，所述模拟系统中还包括心跳模拟部件，所述心跳模拟部件置于胸廓模型的左侧部位内，以模拟人体心脏跳动的收缩和舒张，同时在收缩和舒张对胸廓模型中的仿真皮肤组件形成一定的驱动，使得仿真皮肤组件产生一定的上下起伏动作，模拟人体心跳时表层皮肤的微动。

进一步地，所述心跳模拟部件包括气囊、供气单元、气泵组成，所述供气单元接收控制部件发送的控制信号，并根据控制信号控制气泵对气囊进行冲、放气动作，所述气囊在气泵的驱动下，产生不同频率、不同振幅的膨胀和收缩动作，产生模拟人体心脏跳动的收缩和舒张动作。

本实用新型提供的方案相对于现有技术更为真实的模拟人体结构、更为真实的模拟人体在各状态(如受困状态)下的生命体征信号、更为真实的反映雷达生命探测仪对人体的探测效果。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实用新型实例中雷达生命探测仪用生命体征模拟系统的组成示例图；

图2为本实用新型实例中胸廓模型的组成示例图；

图3为图2中胸廓模型的俯视示意图图；

图4为本实用新型实例中仿真皮肤组件的组成示例图；

图5为本实用新型实例中呼吸模拟部件的组成示例图；

图6为本实用新型实例中呼吸模拟部件的动作示意图；

图7为本实用新型实例中心跳模拟部件的组成示例图；

图8为本实用新型实例中心跳模拟部件的动作示意图；

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实用新型针对现有雷达生命探测仪用生命体征模拟系统所存在的问题，给出一种雷达生命探测仪用生命体征模拟系统方案，其可以较为真实的同时模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动和心跳产出的微弱运动，并根据各状态下人体心跳、呼吸的变化控制模拟运动的频率、幅度等指标。

参见图1，其所示为本实例给出的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统的组成示例方案。

如图所示，本实例给出的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统100在组成结构上主要包括胸廓模型110、呼吸模拟部件120、心跳模拟部件130以及控制部件140。

胸廓模型110用于模拟人体真实胸廓结构和形状，同时该胸廓模型110还可与呼吸模拟部件120、心跳模拟部件130进行配合，模拟人体在不同环境下人体呼吸时胸廓的起伏运动和心跳产出的微弱运动。

参见图2和图3，本实例中的胸廓模型110按照人体真实胸廓结构和形状进行设计，其由仿真皮肤组件111、脊柱模拟组件112、胸骨模拟组件113和多组肋骨模拟组件114组成。

本胸廓模型110中的脊柱模拟组件112用于模拟人体上半身躯体轮廓结构，具有真实人体的曲线和锁骨、等结构特征，为整个模拟装置的主体结构和基础，用于连接外层皮肤、固定心跳模拟部件。

本胸廓模型110中的胸骨模拟组件113模拟人体胸骨，外形尺寸根据亚洲成年男子胸骨尺寸确定，与脊柱模拟组件112为一体结构，具有柄、体、剑突等可视可触摸的解剖标志，起到固定心跳模拟组件的作用。

本胸廓模型110中的多组肋骨模拟组件114主要模拟人体第3根-第12根肋骨，通过连接结构与胸骨模拟组件113或脊柱模拟组件112连接。该多组肋骨模拟组件114还与心跳模拟组件配合设置，当心跳模拟组件运动时，可以驱动胸骨组件前后运动，产生位移，用于雷达探测。

如结构的脊柱模拟组件与胸骨模拟组件进行固定连接，而多组肋骨模拟组件则与胸骨模拟组件或脊柱模拟组件进行连接设置。

作为举例，多组肋骨模拟组件具有2种连接形式，分别是与胸骨组件连接和与脊柱结构连接，并围绕连接点上下运动。与胸骨连接时，肋骨组件中间固定，两侧起伏，可形成翼式运动；与脊柱结构连接时，肋骨组件两侧固定，中间起伏，可形成鼓式运动。

本实例中针对于胸骨模拟组件进行连接设置的多组肋骨模拟组件，优选12组肋骨模拟组件，这12组肋骨模拟组件依次设置与胸骨模拟组件进行连接设置，并且第3组肋骨模拟组件至第8组肋骨模拟组件与胸骨模拟组件之间为活动连接，使得第3组肋骨模拟组件至第8组肋骨模拟组件可以同时以与胸骨的连接处为支点向上翘起，由此来模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动。

通过上述的脊柱模拟组件、胸骨模拟组件以及多组肋骨模拟组件之间的相互组合形成人体胸廓模拟框架。针对该人体胸廓模拟框架，仿真皮肤组件111包覆在该人体胸廓模拟框架上，由此形成模拟人体真实胸廓结构和形状的胸廓模型110。

参见图4，这里的仿真皮肤组件111优选由TPE材质制成，具有与胸廓模型轮廓相似的曲面，由基本皮肤层111a和人体介电系数模拟单元11b组成，包覆连接于胸廓模型表面，通过销钉11c可与胸廓模型自由铆紧和拆卸。

基本皮肤层(外层皮肤)111a具有良好的拉伸性能与耐气候性能，可以真实的模拟真实皮肤的弹性与质感，包覆在胸廓模型表面后不影响心跳模拟组件的运动。人体介电系数模拟单元包含在基本皮肤层内部。销钉与外层皮肤为一次加工制成，外观上无连接痕迹。

其中，仿真皮肤组件111中的人体介电系数模拟单元111b通过明胶、琼脂、氯化钠水溶液等成分调配混合而成，可近似模拟人体皮下组织以及胸内脏器的介电系数，能够准确反映雷达波穿过人体皮肤、肌肉等软组织后的效果，从而模拟真实人体组织对雷达波的影响。

针对上述的胸廓模型110，本实例中的呼吸模拟部件120，其安置在胸廓模型110中，并驱动连接胸廓模型中可活动的肋骨模拟组件(第3组至第8组肋骨模拟组件)，可带动这些可活动的肋骨模拟组件进行上下起伏动作，以模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动。

参见图1、图5和图6，本实例中的呼吸模拟部件120主要包括供电单元124、控制单元125、驱动部件121和执行部件122。

其中，控制单元125设置在胸廓模型110中，并控制连接驱动部件，该控制单元用于接收控制部件140所发送的控制信号，并形成对应的控制指令发送至驱动部件。对于本实例中控制单元的具体构成可根据实际需求而定，此处不加以限定。如可以由相应的控制芯片或PLC构成等。

驱动部件121同样设置在胸廓模型110中，受控于控制单元，并驱动连接执行部件。该驱动部件接收控制单元的控制指令，驱动执行部件产生对应频率、对应振幅的动作。

该驱动部件的具体构成，此处不加以限定，只要能够达到上述功能即可。

执行部件122受控于驱动部件121，并通过万向接头123与胸廓模型110中可活动的肋骨模拟组件114连接。由此，执行部件在驱动部件的驱动下产生不同频率、不同振幅的动作时，将带动与之连接的可活动的肋骨模拟组件产生不同频率、不同振幅的的上下起伏动作，由此产生模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动(如图6所示)。

该执行部件的具体构成，此处不加以限定，只要能够达到上述功能即可。

供电单元124设置在胸廓模型110中，作为整个呼吸模拟部件120的工作电源，用于向呼吸模拟部件120中其它用电部件提供稳定的工作电压。

作为举例，该供电单元124可以外接电源(如市电)，并转成呼吸模拟部件120中其它用电部件所需的工作电压，再提供用电部件。该供电单元可采用电池的方式来形成用电部件所需的工作电压。

对于该供电单元的具体构成可根据实际需求而定，此处不加以限定。

作为举例，根据上述方案形成的呼吸模拟部件120在配合胸廓模型110运行时，控制单元接收控制部件发送模拟的人体某种状态(如受困)下呼吸状态的控制信号，控制单元按照信号指令控制驱动部件，驱动部件驱动执行部件产生对应的频率以及对应振幅的动作，在此动过下，执行部件将带动与之连接的可活动的肋骨模拟组件产生对应频率、对应振幅的上下起伏动作，由此产生模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动。

由此可见，本方案不仅能够模拟正常状态下人体的呼吸信号，还能够根据受困状态下人体呼吸和心跳信号的变化而进行变化，以模拟不同状态人体呼吸时胸廓的起伏运动。再者，本方案通过控制执行部件产生不同频率、不同振幅的动作，将带动与之连接若干组可活动的肋骨模拟组件产生不同频率、不同振幅的的上下起伏动作，继而能够模式人体呼吸时胸廓上各个位置起伏的位移距离和位移方向各不相同的特点，从而能够真实的反映人体呼吸时胸廓的位移情况。

在此基础上，本实例进一步在胸廓模型110中设置心跳模拟部件130，其整体置于胸廓模型110的左侧胸廓内，以模拟人体心脏跳动的收缩和舒张，同时在收缩和舒张对胸廓模型中的仿真皮肤组件形成一定的驱动，使得仿真皮肤组件产生一定的上下起伏动作，模拟人体心跳时表层皮肤的微动。

参见图7和图8，本实例中给出的心跳模拟部件130主要由气囊131、供气单元132、气泵133等组成。

本心跳模拟部件130中的气囊131整体呈扁平状，由蒙皮和底座组成，通过底座与肋骨模拟组件114连接，固定与肋骨模拟组件114和仿真皮肤组件111之间。

本心跳模拟部件130中的供气单元132由供气管路和控制阀组成，用于向气囊121中供气。

本心跳模拟部件130中的气泵133固定在胸廓模型内部，作为供气源向气囊中提供空气，供气频率与供气量根据外部控制信号改变。

由此构成的心跳模拟部件130在运行时，供气单元接收控制部件发送的模拟心跳的控制信号，供气单元根据控制信号控制气泵对气囊进行动作，使得气囊产生不同频率、不同振幅的膨胀和收缩，继而产生模拟人体心脏跳动的收缩和舒张。

再者，气囊在以不同频率、不同振幅的进行收缩和舒张动作时，将对胸廓模型中的仿真皮肤组件形成一定的驱动，继而使得仿真皮肤组件在气囊的撑顶作用下上下起伏，产生模拟人体心跳时表层皮肤的微动(如图8所示)。

本实例在胸廓模型110中设置呼吸模拟部件120和心跳模拟部件130，这两者在运行时都接收控制部件140产生的控制信号，以进行不同的模拟动作。

由于呼吸模拟部件120和心跳模拟部件130中都分别设置有相应的驱动单元(呼吸模拟部件120中的控制单元，心跳模拟部件130中的供气单元)，故而两者之间实现独立控制和同时动作，由此可以同时模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动和心跳产出的微弱运动，并根据不同状态下人体心跳、呼吸的变化控制模拟运动的频率、幅度等指标，可以同时反映呼吸和心跳的复合运动，实现真正模拟产生人体生命体征信号。

本实例中采用到的控制部件140用于根据不同的需要，针对呼吸模拟部件120和/或心跳模拟部件130产生对应的模拟控制信号。如，针对呼吸模拟部件120形成模拟的人体不同状态下(受困状态)呼吸状态的控制信号，针对心跳模拟部件130形成模拟的人体不同状态下(受困状态)心跳的控制信号。

对于该控制部件140具体构成可根据实际需求而定，其与呼吸模拟部件120中的控制单元和心跳模拟部件130中的供气单元之间可以采用有线或无线的方式进行通信连接，以发送控制信号。

由此，在具体实现时，该控制部件140可以由相应的PLC、PDA、PC、移动终端等构成。作为举例，该控制部件140可以由PDA或移动终端构成，其通过无线的方式与呼吸模拟部件120中的控制单元和心跳模拟部件130中的供气单元之进行通信连接。

据此形成的方案中，通过在胸廓模型110中进一步增设仿真皮肤组件111，该仿真皮肤组件模拟人体软组织介电特性，设置在胸廓模型正面的仿真皮肤组件下，以用于反映雷达200所产生的雷达波穿过人体皮肤、肌肉等软组织后的效果，继而模拟真实人体组织对雷达波的影响。

该仿真皮肤组件111主要由多种材料复合而成，能够准确反映雷达波穿过人体皮肤、肌肉等软组织后的效果，从而模拟真实人体组织对雷达波的影响。

本实例所形成的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统中，胸廓模型具有真实的胸廓结构和外形，在呼吸模拟部件的带动下，可以模拟真实的人体胸廓运动。

设置在胸廓模型中的呼吸模拟部件和心跳模拟部件可以根据不同状态下人体心跳、呼吸的变化而改变运动的频率、幅度等。与此同时，心跳模拟部件可以带动外层皮肤上下起伏，模拟人体心跳时表层皮肤的微动。

最后，所采用的仿真皮肤组件具有与人体真实软组织相似的介电特性，有效反映人体组织对雷达波的影响。

以下针对本实例给出的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统方案，举例说明一下其体运行的过程。

在根据本实例所给出的方案构建好雷达生命探测仪用生命体征模拟系统100后，将胸廓模型置于模拟的测试环境中。

此时通过控制部件140选定需要模拟的人体状态，并形成相应的控制信号且发送至胸廓模型110中的呼吸模拟部件120和/或心跳模拟部件130。

呼吸模拟部件120和/或心跳模拟部件130在接受相应的控制信号，将模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动和/或心跳产出的微弱运动，并根据需要模拟的人体状态时人体心跳、呼吸的变化控制模拟运动的频率、幅度等指标。

如，操作者通过控制部件140(如智能终端)产生对应的控制信号传至胸廓模型110中的呼吸模拟部件120中的控制单元，控制单元按照信号指令控制驱动部件，驱动部件驱动执行部件产生不同频率、不同振幅的动作，执行部件则带动与之连接的若干可活动的肋骨模拟组件随之动作产生对应不同频率、不同振幅的上下起伏，产生模拟人体受困状态下呼吸时胸廓的起伏运动。

操作者通过控制部件140(如智能终端)产生对应的控制信号，并传至胸廓模型110中的心跳模拟部件130中的供气单元，供气单元根据控制信号指令控制气囊，气囊则产生不同频率、不同振幅的膨胀和收缩，产生模拟人体受困状态下心脏跳动的收缩和舒张；与此同时，胸廓模型110中的外层皮肤组件在气囊的撑顶作用下上下起伏，产生模拟人体心跳时表层皮肤的微动。

根据需要，操作者通过控制部件140(如智能终端)同步控制胸廓模型中呼吸模拟部件和心跳模拟部件，同步模拟人体相应状态下呼吸时胸廓的起伏运动和心脏跳动的收缩和舒张运动，模拟产生人体相应状态下的生命体征信号。

整个过程可根据受困时人体心跳、呼吸的变化控制模拟运动的频率、幅度等指标，实现真实的模拟。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，其特征在于，包括：胸廓模型，呼吸模拟部件以及控制部件，所述胸廓模型中具有若干可活动的肋骨模拟组件；所述呼吸模拟部件安置在胸廓模型中，并驱动连接胸廓模型中若干可活动的肋骨模拟组件，可带动若干可活动的肋骨模拟组件进行上下起伏动作，以模拟人体呼吸时胸廓的起伏运动；所述控制部件控制连接呼吸模拟部件，以控制呼吸模拟部件带动若干可活动的肋骨模拟组件进行上下起伏动作的状态，以模拟人体不同状态下呼吸时胸廓的起伏运动。

2.根据权利要求1所述的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，其特征在于，所述胸廓模型包括仿真皮肤组件、脊柱模拟组件、胸骨模拟组件和若干组肋骨模拟组件，所述脊柱模拟组件和胸骨模拟组件固定，所述若干组肋骨模拟组件分别与胸骨模拟组件进行连接，其中部分或全部肋骨模拟组件与胸骨模拟组件活动连接，可同时以与胸骨模拟组件的连接处为支点向上翘起，形成人体胸廓模拟框架；所述仿真皮肤组件包覆在人体胸廓模拟框架上。

3.根据权利要求1所述的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，其特征在于，所述胸廓模型模拟脊线耦合成圆滑曲面，具有人体体表自然的曲面状态，具有明显得可视可触摸的解剖标志。

4.根据权利要求2所述的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，其特征在于，所述仿真皮肤组件包括基本皮肤层与人体介电系数模拟单元，基本皮肤层可拆卸的包覆在胸廓模型表面，形成与胸廓模型轮廓相似的曲面，人体介电系数模拟单元包含在基本皮肤层内部，模拟人体皮下组织以及胸内脏器的介电系数。

5.根据权利要求1所述的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，其特征在于，所述呼吸模拟部件主要包括供电单元、控制单元、驱动部件和执行部件；所述控制单元接收控制部件发送的控制信号，并按照控制信号指令控制驱动部件；所述驱动部件驱动执行部件产生不同频率、不同振幅的动作；所述执行部件驱动连接胸廓模型中若干可活动的肋骨模拟组件，并带动若干可活动的肋骨模拟组件上下起伏动作。

6.根据权利要求1所述的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，其特征在于，所述控制部件可形成模拟人体各种状态下呼吸时胸廓的起伏运动的控制信号。

7.根据权利要求1所述的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，其特征在于，所述模拟系统中还包括心跳模拟部件，所述心跳模拟部件置于胸廓模型的左侧部位内，以模拟人体心脏跳动的收缩和舒张，同时在收缩和舒张对胸廓模型中的仿真皮肤组件形成一定的驱动，使得仿真皮肤组件产生一定的上下起伏动作，模拟人体心跳时表层皮肤的微动。

8.根据权利要求7所述的雷达生命探测仪用生命体征模拟系统，其特征在于，所述心跳模拟部件包括气囊、供气单元、气泵组成，所述供气单元接收控制部件发送的控制信号，并根据控制信号控制气泵对气囊进行冲、放气动作，所述气囊在气泵的驱动下，产生不同频率、不同振幅的膨胀和收缩动作，产生模拟人体心脏跳动的收缩和舒张动作。

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