CN214342215U - 具有检测功能的内窥镜装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有检测功能的内窥镜装置，包括：单色图像传感器模块、偏振光图像传感器模块、图像发送模块、图像接收模块和处理器。通过单色图像传感器模块采集单色光信号，并将单色光信号转换为RGB像素数据，再通过偏振光图像传感器模块采集偏振光信号，并将偏振光信号转换为偏振信息像素数据，处理器输出与RGB像素数据对应的第一观察图像、以及与偏振信息像素数据对应的第二观察图像，由于第一观察图像具有贴近目标物真实色彩的特性，第二观察图像能够体现目标物中是否含有恶性肿瘤组织的特性，使得内窥镜装置所输出的观察图像不仅能够贴近真实色彩，还能够作为恶性肿瘤的检测和诊断依据，增加了内窥镜装置的检测功能。

Description

具有检测功能的内窥镜装置

技术领域

本实用新型涉及内窥镜技术领域，具体涉及一种具有检测功能的内窥镜装置。

背景技术

内窥镜是一种可插入人体体腔和脏器内腔内进行直接观察、诊断、治疗的医用电子光学仪器，它采用尺寸极小的光学镜头将所要观察的腔内物体通过微小的物镜成像系统进行光学成像，然后通过导像纤维束将光学成像发送到图像处理主机上，最后在显示屏上输出图像处理后的观察图像，供医生观察和诊断。

目前常用的内窥镜采用的是三晶片技术，其通过单色图像传感器分别采集被观察物体的光像中的R像素数据、G像素数据和B像素数据，处理器将R像素数据、G像素数据和B像素数据进行对齐处理后即可获得每个像素的RGB颜色值，从而得到更贴近真实色彩的观察图像。由于采用三晶片技术的内窥镜所得到的观察图像无法体现组织器官中的某些特殊组织的早期肿瘤和癌变特征，因此现有的三晶片技术内窥镜所具有的检测功能较为单一，难以满足同时对人体组织多个功能的检测需求。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是增加了内窥镜装置的检测功能。

一种实施例中提供一种具有检测功能的内窥镜装置，包括摄像头和图像处理主机，其中还包括：

设置于所述摄像头内的单色图像传感器模块，用于采集单色光信号，并将所述单色光信号转换为RGB像素数据；

设置于所述摄像头内的偏振光图像传感器模块，用于采集偏振光信号，并将所述偏振光信号转换为偏振信息像素数据；

设置于所述摄像头内且分别连接于所述偏振光图像传感器模块和单色图像传感器模块的图像发送模块，用于发送所述RGB像素数据和所述偏振信息像素数据至图像接收模块；

设置于所述图像处理主机内的图像接收模块，用于接收所述RGB像素数据和所述偏振信息像素数据；

设置于所述图像处理主机内且连接于所述图像接收模块的处理器，用于输出与所述RGB像素数据对应的第一观察图像；以及输出与所述偏振信息像素数据对应的第二观察图像。

可选地，还包括：

设置于所述图像处理主机内且连接于所述处理器的显示模块，用于显示所述第一观察图像和第二观察图像。

可选地，还包括：

设置于所述摄像头上且连接于所述处理器的功能选择模块，所述功能选择模块包括按键组件，用于在所述按键组件的触发下，输出至少一个功能选择信号至所述处理器，以控制所述内窥镜装置完成至少一种检测功能。

可选地，还包括：

设置于所述图像处理主机内且分别连接于所述偏振光图像传感器模块和单色图像传感器模块的曝光同步信号产生模块，用于输出同步曝光信号；

所述单色图像传感器模块和偏振光图像传感器模块在所述同步曝光信号的触发下，同步采集所述单色光信号和偏振光信号。

可选地，所述单色图像传感器模块包括用于获取R像素数据的第一单色图像传感器电路、用于获取G像素数据的第二单色图像传感器电路和用于获取B 像素数据的第三单色图像传感器电路。

可选地，还包括：

设置于所述摄像头内且分别连接于所述单色图像传感器模块、偏振光图像传感器模块、图像发送模块、图像接收模块和处理器的时钟电路，用于输出时钟信号；所述时钟信号用于向所述单色图像传感器模块、偏振光图像传感器模块、图像发送模块、图像接收模块和处理器提供同步时钟信号。

可选地，还包括：

设置于所述摄像头内的存储电路，用于存储所述内窥镜装置的参数信息。

可选地，所述图像发送模块用于以串行传输的方式将所述RGB像素数据和所述偏振信息像素数据发送至图像接收模块。

可选地，所述图像接收模块还用于对接收的RGB像素数据进行像素对齐处理。

可选地，还包括：

设置于所述图像处理主机内的输入电路，用于供用户对所述内窥镜装置的至少一种功能进行选择；

设置于所述图像处理主机内的外设接口电路，用于提供外部设备接入所述内窥镜装置的接口；

设置于所述图像处理主机内的电源电路，用于对所述内窥镜装置的各个模块、电路进行供电。

依据上述实施例的具有检测功能的内窥镜装置，通过单色图像传感器模块采集单色光信号，并将单色光信号转换为RGB像素数据，再通过偏振光图像传感器模块采集偏振光信号，并将偏振光信号转换为偏振信息像素数据，通过图像发送模块、图像接收模块将RGB像素数据和偏振信息像素数据发送至处理器进行图像处理，处理器输出与RGB像素数据对应的第一观察图像、以及与偏振信息像素数据对应的第二观察图像，由于第一观察图像具有贴近目标物真实色彩的特性，第二观察图像能够体现目标物中是否含有恶性肿瘤组织的特性，使得内窥镜装置所输出的观察图像不仅能够贴近真实色彩，还能够作为恶性肿瘤的检测和诊断依据，增加了内窥镜装置的检测功能。

附图说明

图1为一种实施例的具有检测功能的内窥镜装置的结构示意图；

图2为一种实施例的具有检测功能的内窥镜装置的电路示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

三晶体技术的内窥镜能够得到贴近目标物所在组织器官真实颜色的观察图像，然而其并不能检测和诊断目标物所在的组织器官是否存在恶性肿瘤组织，只能判断存在疑似肿瘤组织，再通过对组织器官进行取样再次检测，或者通过其他设备进行再次检测，这样二次或反复检测给患者带来诸多不便，例如增加创伤组织器官的风险、增加患者的治疗费用和时间成本等。

在本实用新型中，通过单色图像传感器模块采集单色光信号，并将单色光信号转换为RGB像素数据，再通过偏振光图像传感器模块采集偏振光信号，并将偏振光信号转换为偏振信息像素数据，处理器对RGB像素数据和偏振信息像素数据进行图像处理后输出与RGB像素数据对应的第一观察图像、以及与偏振信息像素数据对应的第二观察图像，由于第一观察图像具有贴近目标物真实色彩的特性，第二观察图像能够体现目标物中是否含有恶性肿瘤组织的特性，使得内窥镜装置所输出的观察图像不仅能够贴近真实色彩，还能够作为恶性肿瘤的检测和诊断依据，增加了内窥镜装置的检测功能。

请参考图1，图1为一种实施例的具有检测功能的内窥镜装置的结构示意图，所述的内窥镜装置在电学上包括用于采集目标物的像素数据的摄像头和用于对像素数据进行处理的图像处理主机，摄像头和图像处理主机通过传输线缆进行信号传输。

摄像头包括光学镜头101、单色图像传感器模块102、偏振光图像传感器模块103、图像发送模块104和功能选择模块108。图像处理主机包括图像接收模块105、处理器106、显示模块107和曝光同步信号产生模块109。

光学镜头101为多种光学镜组成的光路系统，其为光源产生的自然光提供了射向目标物的光路，自然光射向目标物后会形成返回光，上述光路系统同时提供了返回光的光路，其能够将返回光引导至单色图像传感器模块102和偏振光图像传感器模块103采集光信号的光场范围内。

单色图像传感器模块102用于采集上述返回光中单色光信号，并将单色光信号转换为RGB像素数据。

本实施例中单色图像传感器模块102能够采集红、绿、蓝三种颜色的光信号，并分别将红、绿、蓝三种颜色的光信号转换为R像素数据、G像素数据和B 像素数据，即得到RGB像素数据。由于所有的颜色均可以通过红、绿、蓝三种颜色合成，因此单色图像传感器模块102将采集到的每个像素点的R像素数据、 G像素数据和B像素数据发送到处理器，后续处理器通过现有的图像处理算法可将每个像素点的R像素数据、G像素数据和B像素数据进行处理后得到色彩真实的第一观察图像，使得第一观察图像的颜色非常贴近目标物的真实颜色，以便医生能够依据观察图像，准确判断目标物所在组织器官的健康情况。本实施例中的单色图像传感器模块可以采用现有的CCD或者CMOS图像传感器。

偏振光图像传感器模块103用于采集偏振光信号，并将所述偏振光信号转换为偏振信息像素数据。

在本实施例中，偏振光图像传感器103能够从上述返回光中采集偏振光信号，并将偏振光信号转换为偏振信息像素数据，即将光信号(偏振光)转换为电信号(偏振信息像素数据)。由于偏振光信号能够较好地反应目标物是否存在肿瘤组织，因此当需要通过内窥镜装置检测肿瘤组织时，可通过偏振光图像传感器103输出的偏振信息像素数据得到的第二观察图像来进行诊断，无需再进行二次或者多次检测，使得内窥镜装置能够通过一次检测，诊断目标物是否存在肿瘤组织。

在本实施例中，单色图像传感器模块102和偏振光图像传感器模块103的采集端位于返回光的光场范围内。

图像发送模块104用于发送RGB像素数据和偏振信息像素数据至传输线缆，传输线缆中包含有用于各种信号数据传输的传输线。本实施例中图像发送模块 104的输入端与单色图像传感器模块102和偏振光图像传感器模块103的输出端连接，图像发送模块104的输出端与传输线缆连接。

本实施例中的图像发送模块104通过传输线缆中的串行传输数据线将RGB 像素数据和偏振信息像素数据发送至图像接收模块。

在一实施例中，图像发送模块104用于将单色图像传感器模块102和偏振光图像传感器模块103输出的四路像素数据(R像素数据、G像素数据、B像素数据和偏振信息像素数据)均转换为串行信号，即得到四路串行信号，每路串行信号对应于一路像素数据。

图像接收模块105用于接收RGB像素数据和偏振信息像素数据。本实施例中，图像接收模块105的输入端与传输线缆连接，输出端与处理器的输入端连接。

在一实施例中，图像接收模块105用于接收上述多路串行数据，并将每路串行数据转换为并行信号，以便处理器106进行图像分析处理

在处理器对RGB像素数据和偏振信息像素数据进行图像处理之前，需先将其接收的每路串行数据转换为并行数据，并将并行的R像素数据、G像素数据和 B像素数据进行像素对齐合并处理，以使每个像素点的R像素数据、G像素数据和B像素数据能够对齐，并将对齐后的R像素数据、G像素数据和B像素数据合并为一个像素数据。同时，图像接收模块105也对偏振信息像素数据进行初步的处理。

处理器106用于根据上述图像接收模块105接收的RGB像素数据，输出第一观察图像；根据图像接收模块105接收的偏振信息像素数据，输出与第二观察图像。本实施例中处理器106的输出端与显示模块的输入端连接。

处理器106对图像接收模块105输出的RGB像素数据和偏振信息像素数据基于现有的图像处理算法进行处理，可得到用于医生诊断的观察图像。本实施例中，现有的图像处理算法包括线性纠正、噪声去除、坏点去除、白平衡、伽马、自动曝光控制等算法，本实施例中的处理器106还对观测图像的亮度、饱合度、对比度、锐度等颜色参数进行调整；此外，处理器106还利用现有的神经网络相关算法处理偏振信息像素数据，以此来增强观测图像中组织器官病理处的图像效果。本实施例中的处理器106可通过可编程逻辑器件(FPGA)实现。

显示模块107用于显示第一观察图像和第二观察图像。本实施例中的显示模块包括一显示屏，该显示屏设置在内窥镜装置的图像处理主机上，用于显示第一观察图像、第二观察图像以及各种参数配置。在另一实施例中，显示屏还可独立设置在内窥镜装置的外部，内窥镜装置中的图像处理主机将观察图像输出至外部显示屏中进行显示，例如可采用计算机的显示屏来显示观察图像等。

功能选择模块108设置在摄像头侧且与处理器106连接，功能选择模块108 包括设置在摄像头壳体外部的按键组件，功能选择模块108用于在按键组件的触发下，输出至少一个功能选择信号至处理器106，处理器根据功能选择信号控制内窥镜装置完成对应的至少一种功能，例如可以选择显示模块单独显示RGB 像素数据对应的第一观察图像，或者单独显示偏振信息像素数据对应的第二观察图像，或者同时显示第一观察图像和第二观察图像，此外还可以选择对显示模块所显示的观察图像进行截图、冻结、录像等功能。每个按钮在被按压时触发内窥镜完成对应的功能。

在一实施例中，按键组件可以为具有多个按钮的实体按键，也可以为具有交互功能的触摸屏中的虚拟按键模块，用户可通过按压按钮或者点击触摸屏中虚拟按键模块的触发方式向处理器106发送对应的功能选择信号，处理器106 接收到功能选择信号后，解析该功能选择信号，输出对应的控制信号至显示模块进行对应的功能选择。

曝光同步信号产生模块109设置在图像处理主机内且与偏振光图像传感器模块102和单色图像传感器模块103连接，其用于输出同步曝光信号；单色图像传感器模块102和偏振光图像传感器模块103在同步曝光信号的触发下，同步采集单色光信号和偏振光信号，使得单色图像传感器模块102和偏振光图像传感器模块103能够同时曝光采集对应的光信号。

请参考图2，图2为一种实施例的具有检测功能的内窥镜装置的电路示意图，所述的内窥镜装置包括摄像头202、传输线缆203和图像处理主机204。

摄像头202包括光学镜头201、第一单色图像传感器电路2021、第二单色图像传感器电路2022、第三单色图像传感器电路2023、偏振光图像传感器电路 2024、图像发送电路2025、存储电路2026、时钟电路2027、功能选择模块2028 和第一接口电路2029。

其中光学镜头的具体实施方式已在上述实施例中进行了说明，此处不再赘述。

第一单色图像传感器电路2021、第二单色图像传感器电路2022、第三单色图像传感器电路2023分别用于对红、绿、蓝三种颜色的光信号进行采集，并分别将红、绿、蓝三种颜色的光信号转换为R像素数据、G像素数据、B像素数据，即得到RGB像素数据。

偏振光图像传感器电路2024用于采集偏振光信号，并将所采集的偏振光信号转换为偏振信息像素数据。

图像发送电路2025分别与第一单色图像传感器电路2021、第二单色图像传感器电路2022、第三单色图像传感器电路2023和偏振光图像传感器电路2024 连接，用于将单色图像传感器模块102和偏振光图像传感器模块103输出的四路像素数据(R像素数据、G像素数据、B像素数据和偏振信息像素数据)均转换为串行信号，即得到四路串行信号，每路串行信号对应于一路像素数据。

第一接口电路2029与传输线缆203信号连接，传输线缆203中包括多种传输线，第一接口电路2029将4路串行数据通过串行传输线输出至图像处理主机 204。

存储电路2026与第一接口电路2029信号连接，存储电路2026中存储有摄像头202的ID信息以及像素数据对齐标定和校正的参数信息，图像处理主机204 在对像素数据进行处理时，通过传输线缆203从第一接口电路2029获取上述参数信息。

时钟电路2027分别与第一单色图像传感器电路2021、第二单色图像传感器电路2022、第三单色图像传感器电路2023、偏振光图像传感器电路2024和图像发送电路2025连接，用于输出时钟信号，本实施例中的时钟电路2027输出5 路时钟信号，其中4路时钟信号分别用于第一单色图像传感器电路2021、第二单色图像传感器电路2022、第三单色图像传感器电路2023和偏振光图像传感器电路2024的同步时钟信号，另一路时钟信号经图像发送电路传输至图像处理主机，其用于图像处理主机的同步时钟信号。

功能选择模块2028设置在摄像头侧且与处理器106连接，功能选择模块108 包括设置在摄像头壳体外部的按键组件，功能选择模块108用于在按键组件的触发下，输出至少一个功能选择信号至处理器106，处理器根据功能选择信号控制内窥镜装置完成对应的至少一种功能，例如可以选择显示模块单独显示RGB 像素数据对应的第一观察图像，或者单独显示偏振信息像素数据对应的第二观察图像，或者同时显示第一观察图像和第二观察图像，此外还可以选择对显示模块所显示的观察图像进行截图、冻结、录像等功能。每个按钮在被按压时触发内窥镜完成对应的功能。

图像处理主机204包括第二接口电路2041、曝光同步信号产生电路2042、图像接收电路2043、面板按键电路2044、外设接口电路2045、显示接口电路 2046和电源电路2047和处理器电路2048。

第二接口电路2041与传输线缆203信号连接，用于与摄像头202中的第一接口电路2029进行信号传输。在一实施例中，第二接口电路2041可接收第一接口电路通过传输线缆203输出的数据信号，例如串行的像素数据和存储电路 2026中存储的摄像头的参数信息。在另一实施例中，第二接口电路2041还可通过传输线缆203向摄像头发送图像处理主机204输出的控制信号。

图像接收电路2042用于接收第二接口电路2041输出的四路串行数据，并将每路串行数据转换为并行数据(R像素数据、G像素数据、B像素数据、偏振信息像素数据)，由于R像素数据、G像素数据、B像素数据是图像中每个像素点的像素数据，因此图像接收电路2042还基于摄像头的参数信息对R像素数据、 G像素数据、B像素数据是图像中每个像素点的像素数据进行像素对齐合并处理，同时对偏振信息像素数据也进行初步处理，处理完成后将四路并行数据发送至处理器电路2048进行图像处理。

处理器电路2048接收四路并行数据(R像素数据、G像素数据、B像素数据、偏振信息像素数据)，并对四路并行数据基于现有的图像处理算法进行图像处理，输出观测图像。本实施例中现有的图像处理算法包括线性纠正、噪声去除、坏点去除、白平衡、伽马、自动曝光控制等算法，本实施例中的处理器106还对观测图像的亮度、饱合度、对比度、锐度等颜色参数进行调整；此外，处理器电路2048还利用现有的神经网络相关算法处理偏振信息像素数据，以此来增强观测图像中组织器官病理处的图像效果。

显示接口电路2046与显示屏信号连接，处理器电路2048输出的第一观察图像和第二观察图像通过显示接口电路输出至显示屏进行显示。本实施例中的显示接口电路2046将观察图像转换为支持相应显示接口电路协议的数据，例如 VGA、SDI、DVI、DP等。

曝光同步信号产生电路2042分别与第一单色图像传感器电路2021、第二单色图像传感器电路2022、第三单色图像传感器电路2023和偏振光图像传感器电路2024连接，其用于产生同步曝光信号，第一单色图像传感器电路2021、第二单色图像传感器电路2022、第三单色图像传感器电路2023和偏振光图像传感器电路2024在同步曝光信号的触发下，同步采集三种单色光信号和一偏振光信号。

输入电路2044与处理器电路2048信号连接，输入电路2044用于供用户对内窥镜装置的至少一种功能进行选择，例如供用户输入内窥镜的参数信息以控制内窥镜装置实现一种功能。本实施例中的输入电路可以为面板按键，与可以为具有交互功能的显示屏等。

外设接口电路2045用于提供外部设备接入内窥镜装置的接口，其中外部设备可包括鼠标键盘、USB移动存储设备、互联网网口、串口设备等。

电源电路2047用于将50/60Hz的交流市电整流降压变成多路直流电，对内窥镜装置的各个模块、电路进行供电。

本实施例所提供的内窥镜装置结合了单色光成像和偏振光成像，既可以实现组织器官的普通图像检测，也可以对组织器官中的肿瘤癌症进行检测，丰富了内窥镜装置的检测功能，避免了肿瘤癌症患者多次检测带来的诸多不便。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种具有检测功能的内窥镜装置，包括摄像头和图像处理主机，其特征在于，还包括：

设置于所述摄像头内的单色图像传感器模块，用于采集单色光信号，并将所述单色光信号转换为RGB像素数据；

设置于所述摄像头内的偏振光图像传感器模块，用于采集偏振光信号，并将所述偏振光信号转换为偏振信息像素数据；

设置于所述摄像头内且分别连接于所述偏振光图像传感器模块和单色图像传感器模块的图像发送模块，用于发送所述RGB像素数据和所述偏振信息像素数据至图像接收模块；

设置于所述图像处理主机内的图像接收模块，用于接收所述RGB像素数据和所述偏振信息像素数据；

设置于所述图像处理主机内且连接于所述图像接收模块的处理器，用于输出与所述RGB像素数据对应的第一观察图像；以及输出与所述偏振信息像素数据对应的第二观察图像。

2.如权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，还包括：

设置于所述图像处理主机内且连接于所述处理器的显示模块，用于显示所述第一观察图像和第二观察图像。

3.如权利要求2所述的内窥镜装置，其特征在于，还包括：

设置于所述摄像头上且连接于所述处理器的功能选择模块，所述功能选择模块包括按键组件，用于在所述按键组件的触发下，输出至少一个功能选择信号至所述处理器，以控制所述内窥镜装置完成对应的至少一种功能。

4.如权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，还包括：

设置于所述图像处理主机内且分别连接于所述偏振光图像传感器模块和单色图像传感器模块的曝光同步信号产生模块，用于输出同步曝光信号；

所述单色图像传感器模块和偏振光图像传感器模块在所述同步曝光信号的触发下，同步采集所述单色光信号和偏振光信号。

5.如权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，所述单色图像传感器模块包括用于获取R像素数据的第一单色图像传感器电路、用于获取G像素数据的第二单色图像传感器电路和用于获取B像素数据的第三单色图像传感器电路。

6.如权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，还包括：

设置于所述摄像头内且分别连接于所述单色图像传感器模块、偏振光图像传感器模块、图像发送模块、图像接收模块和处理器的时钟电路，用于输出时钟信号；所述时钟信号用于向所述单色图像传感器模块、偏振光图像传感器模块、图像发送模块、图像接收模块和处理器提供同步时钟信号。

7.如权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，还包括：

设置于所述摄像头内的存储电路，用于存储所述内窥镜装置的参数信息。

8.如权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，所述图像发送模块用于以串行传输的方式将所述RGB像素数据和所述偏振信息像素数据发送至图像接收模块。

9.如权利要求8所述的内窥镜装置，其特征在于，所述图像接收模块还用于对接收的RGB像素数据进行像素对齐处理。

10.如权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，还包括：

设置于所述图像处理主机内的输入电路，用于供用户对所述内窥镜装置的至少一种功能进行选择；

设置于所述图像处理主机内的外设接口电路，用于提供外部设备接入所述内窥镜装置的接口；

设置于所述图像处理主机内的电源电路，用于对所述内窥镜装置的各个模块、电路进行供电。

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