DE102004030216A1 - Pulse measuring device comprises an image receiver for receiving images of the pulse and a computation unit for calculating the pulse from the images - Google Patents

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Abstract

Pulse measuring device comprises an image receiver for receiving images of the pulse and a computation unit for calculating the pulse from the images. Preferred Features: Pulse acquisition functions optically and no electrical connection to the skin is necessary. The images are revised using imaging operations. The individual images are stored. The body temperature is measured based on the temperature image.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Methode zur Pulserfassung ohne einen direkten elektrischen Kontakt mit der Haut. Die Pulserfassung wird mittels Bildanalyse durchgeführt. Die Messmethode besteht aus einem Bildaufnehmer der die Bilder des Pulses aufnimmt und mit einer Recheneinheit aus diesen Bildern den Puls errechnet. Die Aufnahme kann infrarot oder optisch oder erfolgen.The The invention relates to an optical method for pulse detection without a direct electrical contact with the skin. The pulse detection is performed by image analysis. The measuring method consists of an imager that takes the pictures of the pulse and with a Arithmetic unit calculates the pulse from these images. The recording can be infrared or optical or done.

Im privaten Sport werden Pulsüberwachungssysteme eingesetzt, um beim Laufen, Radfahren oder anderen sportlichen Aktivitäten den körperlichen Zustand zu erfassen und zu überwachen.in the private sports become heart rate monitoring systems Used to run, cycle or other sports activities physical Condition to capture and monitor.

Der jetzige Stand der Technik ist, dass die Pulserfassung mit Elektroden, welche am Körper angebracht werden, erfolgt. (siehe Patente US006160480A, US 3,734,086 und US 4,164,937 ) Der Puls wird mittels Modulationsverfahren an ein Überwachungssystem übertragen. Das Überwachungssystem kann eine Uhr mit der entsprechenden Empfangseinheit sein.The current state of the art is that the pulse detection is done with electrodes which are attached to the body. (see patents US006160480A, US 3,734,086 and US 4,164,937 ) The pulse is transmitted by means of modulation to a monitoring system. The monitoring system may be a clock with the corresponding receiving unit.

Bei Menschen mit Herzschrittmachern ist die Pulserfassung mit einer elektrischen Verbindung (Elektroden) ein schwieriges und risikoreiches System, da die jetzigen Pulserfassungsmethoden immer mittels Elektroden ausgeführt werden und deshalb eine elektrische Verbindung mit dem Körper haben.at People with pacemakers is the pulse detection with a electrical connection (electrodes) a difficult and risky System, since the current pulse acquisition methods always using electrodes accomplished and therefore have an electrical connection with the body.

Die am Markt meisten verwendeten Pulsüberwachungssysteme setzen meist einen Brustgurt. Der Brustgurt besteht aus leitfähigen Plastikelektroden und muss für die korrekte Pulserfassung auf der Haut getragen werden, was beim Sport eine unangenehme und umständliche Angelegenheit ist. Da der Brustgurt aus Plastikelektroden besteht, bildet sich Schweiß darunter.The Most commonly used pulse monitoring systems on the market a chest strap. The chest strap consists of conductive plastic electrodes and must for the correct pulse detection is carried on the skin, which during Sport an unpleasant and awkward Matter is. Since the chest strap is made of plastic electrodes, Sweat forms underneath.

Wird der Brustgurt nicht gut um die Brust geschnallt, kann der Puls nicht korrekt erfasst werden. Dadurch können Fehler bei der Pulsüberwachung nicht ausgeschlossen werden.Becomes the chest strap is not well strapped around the chest, the pulse can not be recorded correctly. As a result, errors in pulse monitoring can not be excluded.

Bei Frauen ist der Brustgurt eine besonders unangenehme Art der Pulserfassung, weil der Gurt meist kapp unter dem BH getragen werden muss und dadurch besonders unangenehm reibt. Auch das Umschnallen des Gurtes ist eine mühvolle Prozedur, weil der Oberkörper frei sein muss und der umgeschnallte Gurt letztendlich einen unangenehmen Druck auf den Oberkörper ausübt.at For women, the chest belt is a particularly unpleasant way of measuring pulses, because the strap usually has to be worn under the bra and thus rubs particularly unpleasant. Also the strapping of the belt is a painstaking one Procedure, because the upper body must be free and belted belt finally an unpleasant pressure on the upper body exercises.

Aus dem Stand der Technik geht hervor, dass es Pulserfassungssysteme gibt, welche die Pulserfassung am Handgelenk abnehmen. Diese sind aber nicht für den Einsatz bei körperlicher Bewegung geeignet, weil durch das Bewegen die Sensoren oder der Sensor den Puls nicht korrekt erfassen können.Out The prior art shows that it is pulse detection systems There, which remove the pulse detection on the wrist. These are but not for the use in physical Movement suitable because by moving the sensors or the Sensor can not detect the pulse correctly.

Für die Erfassung gibt es zum Beispiel die Blutdruck Messgeräte, die am Handgelenk angebracht werden und dann den Puls mittels Druckmessung erfassen. Es wird dabei am Handgelenk eine Luftblase erzeugt und langsam die Luft der Blase ausgelassen und somit der Blutdruck und der Puls erfasst. Der Nachteil der sich dabei ergibt, ist der starke Druck der auf das Handgelenk ausgeübt wird. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Puls- und Blutdruck- Erfassung nur im ruhigen Zustand und wenn das Handgelenk sich in Herzhöhe befindet korrekte Messergebnisse erzielen kann.For the capture For example, there are blood pressure gauges attached to the wrist and then capture the pulse by pressure measurement. It will while on the wrist creates a bubble and slowly the air the bladder is discharged and thus the blood pressure and the pulse are recorded. The disadvantage of this is the strong pressure on exercised the wrist becomes. Another disadvantage is that the pulse and blood pressure detection only in a calm state and when the wrist is at heart level can achieve correct measurement results.

Durch die Erfindung ist es möglich, den Puls des Menschen im Fernbereich ohne elektrische Verbindung zu erfassen und das direkte abgreifen des Pulses durch eine optische oder infrarote Aufnahme zu ersetzen.By the invention it is possible the pulse of humans in the far range without electrical connection to capture and the direct tapping of the pulse by an optical or replace infrared recording.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Pulserfassung ohne direkten Hautkontakt mit einer ausreichenden Genauigkeit und der Möglichkeit die Messung nicht nur direkt an der Brust durchführen zu können. (Bsp.: Handgelenk)task The invention is the pulse detection without direct skin contact with a sufficient accuracy and the possibility of not measuring only perform directly on the chest to be able to. (Eg: wrist)

Der Puls kann mit dieser Methode an jeder Körperstelle, welche eine Blutströmung besitz erfasst werden. Durch diese Eigenschaft kann man zum Beispiel auch in einer Brille einen Pulsmesser implementieren, welcher auf die Brille aufgesteckt werden kann. Die Pulserfassung erfolgt dann mittels Infrarotbild der Blutströmung der Adern.Of the Pulse can with this method at any body site, which has a blood flow be recorded. By this property you can, for example, too implement in a pair of glasses a heart rate monitor, which on the Glasses can be attached. The pulse detection then takes place by means of Infrared image of blood flow the veins.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung davon aus, dass Körper je nach ihrer Temperatur elektromagnetische Strahlung aussenden. Mit geeigneten Detektoren lässt sich diese Eigenschaft zur Berührungslosen Temperaturbild Erfassung ausnützen. Die Bilder stellen den momentan Zustand des Bluts in den Adern dar. Anhand der gespeicherten Bilder kann man eine Aussage über den aktuellen Puls mittel Bildverarbeitungsfunktionen ermöglichen.to solution This object is achieved by the invention that body ever emit electromagnetic radiation according to their temperature. With suitable detectors leaves This property is non-contact Use temperature image acquisition. The pictures represent the current condition of the blood in the veins. On the basis of the stored pictures one can say something about the enable current pulse means image processing functions.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Blutstrom über eine Infrarotkamera mit einzelnen Bildern erfasst und gespeichert wird. Dabei ist es wichtig, dass das Abtasten jedes Temperaturbildes in kleinen Zeitabständen durchgeführt wird. ft ≥ 2·fs

ft
Abtastfrequenz
fs
Signalfrequenz
According to the invention, this object is achieved in that the blood stream is detected and stored via an infrared camera with individual images. It is important that the scanning of each temperature image is carried out in small time intervals. ft ≥ 2 · fs
ft
sampling
fs
signal frequency

Die einzelnen Bilder werden mit Hilfe von Bildoperationen so bearbeitet, dass eine Aussage über den Puls gemacht werden kann. In Abhängigkeit des Herzschlages ändert sich das Temperaturbild der Ader. Mit Hilfe einer Infrarotkamera kann die Adernänderung zeitlich aufgezeichnet und daraus der Puls berechnet werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Folgebilder genau aufeinander gelegt sind und Teile, welche für die Aufzeichnung nicht von Bedeutung sind entfernt werden. Zu diesem Zweck werden die blut durchflossene Adern mit einer Bildoperation hervorgehoben. Danach findet ein Vergleich der Folgebilder statt. Die Pulsfrequenz entspricht dann der Änderung der Adergröße.The individual images are processed with the help of image operations, that a statement about the Pulse can be made. Dependent on of the heartbeat changes the temperature image of the wire. With the help of an infrared camera can the vein change chronologically recorded and from which the pulse can be calculated. there Care must be taken to ensure that the following images are placed exactly on top of each other are and parts which are for the record does not matter are to be removed. To this Purpose, the blood-perfused veins with a picture operation highlighted. Thereafter, a comparison of the subsequent images takes place. The pulse rate then corresponds to the change in core size.

Es ist bevorzugt, dass die erfassten Messbilder durch einzelne Referenzpunkte im Messbild übereinander gelegt werden können. Dies hat den Vorteil, dass die Messvorrichtung nicht stationär an der Körperstelle angebracht werden muss sondern sich bewegen kann. Die einzelnen Referenzpunkte werden mittels Aderverlauf ermittelt und gespeichert. Bei jedem neu erfassten Bild wird dieser Verlauf mit Bildoperationen gesucht und die Referenz Position berechnet. Als günstig hat es sich erwiesen optisch und infrarot aufgenommene Bilder gemeinsam zu verarbeiten.It It is preferred that the captured measurement images by individual reference points in the measurement image on top of each other can be placed. This has the advantage that the measuring device is not stationary at the body part must be attached but can move. The single ones Reference points are determined and stored by means of a wire course. at every newly acquired picture becomes this course with picture operations searched and calculated the reference position. As favorable it proved to be optically and infrared recorded images together to process.

Es ist bevorzugt, dass die Messung auf Stellen am Körper mit größeren Adern durchgeführt wird, um die dementsprechende Genauigkeit zu behalten.It It is preferred that the measurement be performed on sites on the body with larger veins to keep the corresponding accuracy.

Weiterhin bevorzugt ist es, wenn die Infrarotkamera mit einem elastischen Band um die Ader fixiert ist, damit lässt sich der Puls mit einer besser Auflösung ermitteln.Farther it is preferred if the infrared camera with an elastic Band is fixed around the vein, so that leaves the pulse with a better resolution determine.

Je nach der zu lösenden überwachungstechnischen Aufgabe kann es erforderlich sein, dass die Pulsmessung alarmorientiert ihre erfassten Werte an ein System weiterleitet. Dies kann zum Beispiel beim Einsatz in Kombination mit einer Pulsuhr sein, welche über eine Kommunikationsschnittstelle die Pulsdaten mit einer alarmorientierten Fehlerüberwachung empfangen muß. Dies kann über jedes Standard Kommunikationsmedium erfolgen. Als kommunikationsfähige Einheit kann das System mit WLAN, Bluetooth, Infrarotschnittstelle und GSM ausgebaut werden kann.ever according to the monitoring technology to be solved Task may be required that the pulse measurement alarm-oriented their collected values to a system. This can be, for example when used in combination with a heart rate monitor, which has a Communication interface the pulse data with an alarm-oriented error monitoring must receive. This can be over every standard communication medium. As a communicable unit The system can be equipped with WiFi, Bluetooth, infrared interface and GSM can be expanded.

In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist es vorgesehen, dass das System durch die Verwendung einer standardisierten Schnittstelle mit jeder Art von Bilderfassung ausgestattet werden kann. Dadurch wird sichergestellt das eine Erweiterung der Auswertung des System möglich ist.In a development of the solution according to the invention, it is provided that the system through the use of a standardized interface can be equipped with any type of image capture. Thereby This ensures an extension of the evaluation of the system possible is.

Ein weiterer Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass die Bilderfassung mit mehreren infrarot Sensoren gemacht werden kann. Dies kann bei Messungen am Handgelenk verwendet werden, um sich eine aufwendiges optisches Linsensystem zu ersparen. Die Einzelbilder werden mit einander Verknüpft um eine größere Erfassungsfläche zu erhalten.One Another aspect of the solution according to the invention provides that the image acquisition can be made with multiple infrared sensors. This can be done Measurements on the wrist can be used to get an elaborate spare optical lens system. The frames are with Linked together to get a larger detection area.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass es bevorzugt ist, wenn die Meßeinheit durch einen Steckmechanismus auch auf optische Sehhilfe angebracht werden kann.According to the invention was found that it is preferable if the measuring unit by a plug-in mechanism can also be attached to optical vision aid.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, die 1 zeigt die Pulserfassung mittels Infrarotempfangseinheit (4) und Recheneinheit (1).In the drawing, an example embodiment of the subject invention is shown, the 1 shows the pulse detection by means of infrared receiver unit ( 4 ) and arithmetic unit ( 1 ).

Die CPU (1) oder Recheneinheit (5) verarbeitet die von der Infrarotempfängereinheit (4) empfangenen Bilder und errechnet sich daraus den Puls. Ergebnisse und aufgenommene Bilder werden über ein Bussystem (3) in einen Speicher (2) geschrieben.The CPU ( 1 ) or arithmetic unit ( 5 ) processes the data from the infrared receiver unit ( 4 ) received images and calculated from the pulse. Results and recorded images are transmitted via a bus system ( 3 ) into a memory ( 2 written).

In der 2 ist eine beispielsweise Anwendungsfall des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Am Meßobjekt (4) wird eine Infrarot Bild Empfangseinheit (1) angebracht, welche die ausgesendete elektromagnetische Strahlung (3) der Ader (2) mit der Infrarot Bild Empfangseinheit (4) aufgezeichnet und anschließend über eine Recheneinheit auswertet. Die Arbeitseinheiten können durch zusätzlich angebrachte optische Sensoren (6) erweitert werden.In the 2 is an example application of the subject invention shown. At the test object ( 4 ) is an infrared image receiving unit ( 1 ), which transmit the emitted electromagnetic radiation ( 3 ) of the vein ( 2 ) with the infrared image receiving unit ( 4 ) and then evaluated by a computer. The working units can be replaced by additional optical sensors ( 6 ).

Claims (26)

Pulsmessung mittels Bilderfassung, bestehend aus einem Bildaufnehmer und einer Rechnereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer die Bilder des Pulses aufnimmt und mit einer Recheneinheit aus diesen Bildern den Puls berechnet.Pulse measurement by means of image acquisition, consisting of an image recorder and a computer unit, characterized in that the image sensor receives the images of the pulse and calculates the pulse with a computing unit from these images. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulserfassung optisch funktioniert und keine elektrische Verbindung mit der Haut benötigt.Pulse measurement by means of image acquisition according to claim 1, characterized in that the pulse detection optically works and no electrical connection with the skin needed. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulserfassung durch das Übereinanderlegen der einzelnen Bilder auch bei nicht fixierten Messvorrichtungen den Puls richtig erfasst.Pulse measurement by means of image acquisition after one or both of the preceding claims, characterized characterized in that the pulse detection by superimposing the individual images even with unfixed measuring devices correctly recorded the pulse. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bilder mit Hilfe von Bildoperationen überarbeitet werden.Pulse measurement by means of image acquisition after one or both of the preceding claims, characterized characterized in that the individual images are reworked using image operations become. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bilder gespeichert werden.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the individual pictures are saved. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körpertemperatur anhand des Temperaturbildes gemessen wird.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that body temperature based the temperature image is measured. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulserfassung am Handgelenk durchführbar ist.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the pulse detection on the wrist is feasible. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmethode auch bei Patienten mit Herzschrittmacher ohne ein Risiko einsetzbar ist.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the measuring method is also without in patients with pacemaker a risk can be used. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder Rechner unterstütz überarbeitet und graphisch dargestellt werden.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the images are supported by computer support and graphed. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastrate der einzelnen Bilder änderbar ist.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the sampling rate of the individual images is changeable. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung der einzelnen Bilder bei geringem Energielevel der Batterie unter Einhaltung des Abtasttheorem verringert wird.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the scanning of the individual images at low energy levels the battery is reduced in compliance with the sampling theorem. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulserfassung nicht nur im Nahbereich durchgeführt wird.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the pulse detection is not carried out only in the near range. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulserfassung auch mit einem Sendeteil ausgestattet sein kann, um ein drahtloses Messen des Pulses zu ermöglichen.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the pulse detection be equipped with a transmitting part can to allow a wireless measurement of the pulse. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede beliebige Körperfunktion, welche mit dem Temperaturbild erfasst werden kann damit aufgezeichnet wird.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that any body function, which can be captured with the temperature image recorded becomes. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Meßwerte mit einer alarmorientierten Schnittstelle an ein Überwachungssystem weitergeleitet werden können.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the measured values with an alarm-oriented interface to a monitoring system can be forwarded. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulserfassung an allen Körperstellen angewendet werden kann.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the pulse detection be applied to all parts of the body can. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulserfassung am Auge angewendet werden kann.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the pulse detection can be applied to the eye. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinheit an optischen Brillen angebracht werden kann.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the measuring unit can be attached to optical glasses. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinheit den erfassten Puls aufzeichnet, auswertet und überwacht.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the measuring unit records, evaluates and monitors the acquired pulse. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinheit optische wie auch akustische Warnsignale beim Überschreiten eines Grenzwertes der erfassten Pulses meldet.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the measuring unit visual as well as audible warning signals when a limit value is exceeded the detected pulse reports. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit eine Referenzpunkt Ermittlung durchführt.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the measuring unit performs a reference point determination. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit infrarot Bilder erfassen kann.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the measuring unit can capture infrared images. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit optische und infrarot Bilder gemeinsam erfasst und auswertet.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the measuring unit collects optical and infrared images together and evaluates. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit nach verschiedenen bildgebenden Verfahren ermittelte Bilder übereinander legen und gemeinsam auswerten kann.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the measuring unit determined according to various imaging methods Pictures on top of each other lay and evaluate together. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz von verschiedenen Bildgebenden Komponenten voneinander unabhängig variiert werden kann.Pulse measurement by means of image acquisition after one or several of the preceding claims, characterized that the sampling frequency of different imaging components independent from each other can be varied. Pulsmessung mittels Bilderfassung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen mehrer Sensoren digital gekoppelt und als zusammengefasstes Bild verarbeitet werden.Pulse measurement by means of image acquisition according to one or more of the preceding claims, characterized in that the recordings meh Sensors digitally coupled and processed as a composite image.
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