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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrochirurgisches Instrument. Weiterhin betrifft sie ein Verfahren zum Kalibrieren mindestens eines Sensors eines elektrochirurgischen Instruments und ein Verfahren zum Betreiben des elektrochirurgischen Instruments. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt eines der Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung eine Auswerteeinheit, welche eingerichtet ist, um eine Auswertung von Sensordaten mindestens eines Sensors des elektrochirurgischen Instruments vorzunehmen.
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Stand der Technik
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Elektrochirurgische Instrumente können eine Koagulations- und/oder Thermofusionselektrode aufweisen, um Blutungen bei der minimalinvasiven Chirurgie, bei welcher das Operationsgebiet beispielsweise nicht mit einem Tupfer zugänglich ist, zu vermeiden. Dies wird erreicht, indem das Gewebe thermisch durch einen hochfrequenten Stromfluss erhitzt wird. Dadurch kommt es zu einem Gerinnen der Eiweiße sowie einem Wasseraustrieb aus dem betroffenen Gewebeabschnitt. Dies ermöglicht einen verlässlichen Verschluss der Blutgefäße vor dem operativen Schnitt. Ein derartiges elektrochirurgisches Instrument wird beispielsweise in der
EP 2 898 846 B1 beschrieben.
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Eine Koagulation erfolgt in einem Temperaturbereich von 60° bis 80° C und eine Thermofusionierung in einem Temperaturbereich von 90° bis 100° C. Liegt die erreichte Temperatur darunter, so besteht die Gefahr des ungewollten Blutens.
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Bei noch höheren Temperaturen nimmt das Gewebe soweit Schaden, dass sich feste Narben bilden oder das Gewebe verbrennt, was sich negativ auf den Heilungserfolg auswirkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das elektrochirurgische Instrument weist mindestens einen Sensor auf. Insbesondere kann es sich bei dem Sensor um einen Temperatursensor handeln. Der mindestens eine Sensor ermöglicht eine optimierte Regelung des elektrochirurgischen Instruments durch eine Überwachung eines Operationsgebietes. Das elektrochirurgische Instrument weist weiterhin ein Speicherelement auf, auf dem Kalibrierdaten des mindestens einen Sensors gespeichert sind. Solche Kalibrierdaten sind für eine hohe Messqualität des mindestens einen Sensors erforderlich. Die Kalibrierdaten können insbesondere Widerstandswerte, Koordinaten von Stützstellen an einer Kalibrierungskurve und/oder Informationen über frühere Verwendungen des elektrochirurgischen Instruments umfassen. Indem die Kalibrierdaten mittels des Speicherelements in dem elektrochirurgischen Instrument hinterlegt sind, ist es möglich, das elektrochirurgischen Instrument baulich von einer Auswerteeinheit zur Auswertung von Sensordaten des mindestens einen Sensors zu trennen. Die Auswerteeinheit kann dann für unterschiedliche elektrochirurgische Instrumente verwendet werden, wobei jedes elektrochirurgische Instrument die Kalibierdaten aller seiner Sensoren der Auswerteeinheit zur Verfügung stellen kann.
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Das Speicherelement ist insbesondere ausgewählt aus einem EEPROM, einem EPROM und einem Flash-Speicher. Es kann in einem Mikrocontroller integriert sein. Weiterhin kann das Speicherelement insbesondere ein Kommunikationsprotokoll aufweisen, welches Schreibzugriffe und Lesezugriffe regelt.
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Insbesondere weist das elektrochirurgische Instrument ein Maulteil auf, welches mittels eines Schaftteils mit einem Handgriff verbunden ist. Der mindestens eine Sensor ist in dem Maulteil angeordnet. Ein solches scherenförmiges oder zangenförmiges Instrument ermöglicht ein festes Einspannen einer Gewebeprobe in seinem Maulteil. Durch Betätigen eines Elements am Handgriff kann das Maulteil geöffnet und geschlossen werden. In dieser Ausführungsform des elektrochirurgischen Instruments ist es bevorzugt, dass das Speicherelement in dem Handgriff oder in dem Schaftteil angeordnet ist. Diese Bauteile weisen ausreichend Raum zum Einbau eines Speicherelements auf. Da sowieso Datenleitungen durch das Schaftteil und den Handgriff geführt werden müssen, um den mindestens einen Sensor mit der Auswerteeinheit zu verbinden, kann auch in baulich einfacher Weise eine Datenanbindung des Speicherelements an die Auswerteeinheit realisiert werden.
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Es ist bevorzugt, dass auf dem Speicherelement neben den Kalibierdaten auch Identifikationsdaten des elektrochirurgischen Instruments gespeichert sind. Diese Identifikationsdaten können insbesondere eine Seriennummer beinhalten. Auf diese Weise wird es der Auswerteeinheit ermöglicht, das elektrochirurgische Instrument in einfacher Weise zu identifizieren.
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Es ist bevorzugt, dass das elektrochirurgische Instrument eine Speicherschnittstelle aufweist, die eingerichtet ist, um das Speicherelement mit einer Auswerteeinheit zu verbinden. Diese ermöglicht den unmittelbaren Zugriff der Auswerteeinheit auf Kalibrierdaten und gegebenenfalls Identifikationsdaten im Speicherelement. Für eine besonders einfache Realisierung der Speicherschnittstelle ist es bevorzugt, dass diese als Eindraht-Schnittstelle ausgeführt ist. Dabei kann sie als bidirektionale Schnittstelle oder zum Schutz gegen Veränderungen der im Speicherelement gespeicherten Daten als unidirektionale Schnittstelle ausgeführt sein. Sie kann insbesondere als Open Collector Schaltung mit Pull-up-Widerstand ausgeführt sein oder zur Erhöhung der Stabilität der Kommunikation mit der Auswerteeinheit als Push-Pull-Schaltung ausgeführt sein. Sie kann sowohl als Single-ended Schnittstelle, als auch als differenzielle Schnittstelle ausgeführt sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Speicherschnittstelle kapazitiv an einer Sensorschnittstelle des mindestens einen Sensors und/oder an eine Hochfrequenzleitung einer Koagulations- und/oder Thermofusionselektrode des elektrochirurgischen Instruments gekoppelt. Dies ermöglicht die Kommunikation zwischen dem elektrochirurgischen Instrument und der Auswerteeinheit mit einem Minimum an Leitungen.
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In dem Verfahren zum Kalibrieren mindestens eines Sensors eines elektrochirurgischen Instruments, werden Kalibrierdaten des mindestens einen Sensors ermittelt und in dem Speicherelement gespeichert.
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Wenn es sich bei der Speicherschnittstelle um eine unidirektionale Schnittstelle handelt, so können die Kalibrierdaten zunächst auf dem Speicherelement gespeichert werden und dieses erst danach in das elektrochirurgische Instrument eingebaut werden. Bevorzugt ist es jedoch, dass das Speichern über eine bidirektionale Speicherschnittstelle erfolgt. Hierdurch kann die Kalibrierung ohne Vornahme von baulichen Veränderungen am elektrochirurgischen Instrument vorgenommen werden. Um eine spätere Veränderung der Kalibierdaten zu verhindern, ist es besonders bevorzugt, dass die bidirektionale Speicherschnittstelle nach Beenden des Speicherns dauerhaft in einen monodirektionalen Modus umgeschaltet wird.
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In dem Verfahren zum Betreiben des elektrochirurgischen Instruments werden die Kalibierdaten aus dem Speicherelement an eine Auswerteeinheit gesandt, in welcher eine Auswertung von Sensordaten des mindestens einen Sensors erfolgt. Wenn in dem Speicherelement auch Identifikationsdaten des mindestens einen Sensors gespeichert sind, ist es bevorzugt, dass diese Identifikationsdaten gemeinsam mit den Kalibrierdaten an die Auswerteeinheit gesandt werden.
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Weist das elektrochirurgische Instrument eine unidirektionale Speicherschnittstelle auf, so kann das Senden der Kalibierdaten an die Auswerteeinheit insbesondere dadurch erfolgen, dass das Speicherelement fortlaufend die in ihm gespeicherten Daten periodisch wiederholend aussendet, sodass sie von der Auswerteeinheit gelesen werden können.
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Wenn die Speicherschnittstelle kapazitiv an eine Hochfrequenzleitung einer Koagulation- und/oder Thermofusionselektrode des elektrochirurgischen Instruments gekoppelt ist, dann ist es bevorzugt, dass zwischen dem Speicherelement und der Auswerteeinheit ausgetauschte Daten kapazitiv oberhalb oder unterhalb eines Spektrums eines Hochfrequenzstroms auf diesen aufmoduliert werden. Der Hochfrequenzstrom, der von einem Hochfrequenzgenerator erzeugt werden kann, dient der Versorgung der Koagulations- und/oder Thermofusionselektrode. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Kalibierdaten und den Hochfrequenzstrom über dieselbe Leitung zu leiten. Optional können auch noch die Sensordaten des mindestens einen Sensors über die Hochfrequenzleitung geleitet werden. Wird der Abstand zwischen den aufmodulierten Daten und dem Hochfrequenzstrom ausreichend groß gewählt, so kann das Spektrum des Hochfrequenzstroms weitgehend mittels Koppelelementen unterdrückt werden, wenn die Daten ausgelesen werden sollen, sodass es zu keiner störenden Beeinflussung der Daten kommt.
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Die Kalibrierdaten und die Identifikationsdaten können weiterhin aus dem Speicherelement ausgelesen werden, um sie an einen externen Speicher zu übermitteln. Dieser externe Speicher kann beispielsweise in einer Cloud angeordnet sein. Zu einem späteren Zeitpunkt können dann die im externen Speicher gesicherten Kalibrierdaten erneut abgefragt werden. Dabei können sie unter Verwendung der Identifikationsdaten dem elektrochirurgischen Instrument zugeordnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, zu überprüfen, ob die Kalibrierdaten im elektrochirurgischen Instrument verändert wurden. Es kann auch eine Aktualisierung oder Ergänzung von Kalibrierdaten des elektrochirurgischen Instruments erfolgen, wenn die Kalibrierdaten im externen Speicher aus einer weiteren Datenquelle aktualisiert oder ergänzt wurden.
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Ein Datenaustausch mit dem externen Speicher kann in einer Ausführungsform drahtlos erfolgen, beispielsweise mittels eines der Datenübermittlungsprotokolle NFC, RFID, Bluetooth oder Zigbee. Dabei erfolgt der Datenaustausch vorzugsweise in verschlüsselter Form. Eine Datenübermittlung mittels NFC oder RFID ist hierbei besonders bevorzugt, weil sie auf Seiten des elektrochirurgischen Instruments passiv ist und daher kostengünstig und ohne Stromversorgung realisiert werden kann, während aktive Protokolle weitere elektronische Komponenten und eine Energieversorgung benötigen, was den Aufwand und die Kosten vergrößert.
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Des Weiteren können die Kalibrierdaten des mindestens einen Sensors in einem DataMatrix-Code für UDI-PI untergebracht werden. Ein UDI ist ein eindeutiger numerischer oder alphanumerischer Identifikationscode, der Medizinprodukten vom Etikettierer (beispielsweise vom Hersteller) des Geräts zugewiesen wird. Eine UDI enthält normalerweise zwei Segmente: eine „Gerätekennung“ (DI) und eine „Produktionskennung“ (PI). Diesen Code und einen vorhandenen Scanner könnte man ebenfalls zum Abrufen der Kalibrierdaten nutzen.
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Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens zum Kalibieren mindestens eines Sensors und/oder des Verfahrens zum Betreiben des elektrochirurgischen Instruments durchzuführen, wenn es von einem Rechengerät oder einem elektronischen Steuergerät, insbesondere in Form einer Auswerteeinheit, durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen der Verfahren auf einer Auswerteeinheit ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
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Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, um mittels des Verfahrens zum Betreiben eines elektrochirurgischen Instruments eine Auswertung von Sensordaten mindestens eines Sensors des elektrochirurgischen Instruments vorzunehmen.
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Figurenliste
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Ausführungsbespiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch ein elektrochirurgisches Instrument gemäß einem Ausführungsbespiel der Erfindung.
- 2 zeigt schematisch Komponenten eines elektrochirurgischen Instruments in einem Ausführungsbespiel der Erfindung.
- 3 zeigt schematisch Komponenten eines elektrochirurgischen Instruments in einem anderen Ausführungsbespiel der Erfindung.
- 4 zeigt in einem Diagramm die Position von Übertragungsspektren relativ zu einem Hochfrequenzspektrum in einem Ausführungsbespiel der Erfindung.
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Ausführungsbespiele der Erfindung
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1 zeigt ein elektrochirurgisches Instrument 10 in Form einer Koagulations- und Thermofusionszange, welches einen Handgriff 11 aufweist. Mittels eines Schaftteils 12 ist ein Maulteil 13 mit dem Handgriff 11 verbunden. Über ein Kabel 14 ist das elektrochirurgische Instrument 10 mit einer Versorgungseinheit 15 verbunden.
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Wie in 2 dargestellt ist, sind in dem Maulteil 13 drei Sensoren 21, 22, 23 angeordnet, welche als Temperatursensoren ausgeführt sind. Ein Speicherelement 24, das beispielsweise als EEPROM ausgeführt sein kann, ist in den Handgriff 11 integriert. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es alternativ auch in das Schaftteil 12 integriert sein. In der Versorgungseinheit 15 ist eine Auswerteeinheit 31 angeordnet, die zur Auswertung von Sensorsignalen der Sensoren 21, 22, 23 eingerichtet ist. Hierzu ist sie mittels Sensorschnittstellen 41, 42, 43 mit den Sensoren 21, 22, 23 verbunden. Diese Sensorschnittstellen 41, 42, 43 sind als Drahtverbindungen ausgeführt, welche durch das Kabel 14, den Handgriff 11 und das Schaftteil 12 in das Maulteil 13 verlaufen. Weiterhin ist die Auswerteeinheit 31 über eine Speicherschnittstelle 44 mit dem Speicherelement 24 verbunden. Die Speicherschnittstelle 44 ist als Eindrahtverbindung ausgeführt, die durch das Kabel 14 in den Handgriff 11 verläuft. Sie ist außerdem als unidirektionale Speicherschnittstelle 44 ausgeführt. Beim Betreiben des elektrochirurgischen Instruments 10 senden die Sensoren 21, 22, 23 über die Sensorschnittstellen 41, 42, 43 Sensordaten an die Auswerteeinheit 31. Das Speicherelement 24 ist so eingerichtet, dass es fortlaufend darin gespeicherte Kalibierdaten der Sensoren 21, 22, 23 sowie darin gespeicherte Identifikationsdaten des elektrochirurgischen Instruments 10 durch die Speicherschnittstelle 44 an die Auswerteeinheit 31 sendet. Diese erstellt aus den Sensordaten und aus den Kalibierdaten Informationen über den Fortgang der Koagulation oder Thermofusion von Gewebe, das im Maulteil 13 eingeklemmt ist. Diese Informationen werden über eine Datenschnittstelle 45 an einen Hochfrequenzgenerator 32 in der Versorgungseinheit 15 weitergegeben. Ein vom Hochfrequenzgenerator 32 erzeugter Hochfrequenzstrom, mit welchem eine Koagulations- und Thermofusionselektrode in dem Maulteil 13 versorgt wird, wird mittels dieser Informationen geregelt. Über eine weitere Schnittstelle 46 kommuniziert der Hochfrequenzgenerator 32 mit weiteren nicht dargestellten Komponenten der Versorgungseinheit 15.
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Die Kalibrierdaten im Speicherelement 24 können in einem Kalibierverfahren erzeugt und abgespeichert werden, welches als Computerprogramm auf der Auswerteeinheit 31 abläuft. Hierzu befindet sich das elektrochirurgische Instrument 10 vor seiner ersten Inbetriebnahme in einem Kalibriermodus, in dem seine Speicherschnittstelle 44 noch nicht unidirektional geschaltet ist, sondern sich zum Zwecke der Kalibrierung noch in einem bidirektionalen Modus befindet. Bei einer Produktionsendkontrolle oder in einem separaten Kalibrierschritt werden zwei Behälter mit destilliertem Wasser bereitgestellt, die auf zwei unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden. Das elektrochirurgische Instrument 10 wird auf einem beweglichen Träger montiert, sodass sein Maulteil 13 nach unten hinausragt. Das Kabel 14 kann hierbei mit einer Buchse des beweglichen Trägers verbunden werden. Dieser leitet die elektrischen Verbindungen der Buchse auf Schleifkontakte. Er wird in die Kalibriervorrichtung eingesetzt und entlang eines Schienensystems in den ersten Behälter eingeführt, sodass das Maulteil 13 in das Wasser eintaucht. Dabei können sich mehrere bewegliche Träger mit mehreren elektrochirurgischen Instrumenten hintereinander in der Kalibriervorrichtung befinden und sich entlang des ersten Behälters bewegen. Gegen Ende des ersten Behälters, nach abgeschlossener Temperaturanpassung an das Wasser, kontaktieren Schleifkontakte die Kontakte des beweglichen Trägers und stellen so eine elektrische Verbindung zwischen dem zu kalibrierenden elektrochirurgischen Instrument 10 und der Auswerteeinheit 31, die in diesem Ausführungsbeispiel auch als Kalibrierungssteuerung fungiert, her. Diese liest die Identifikationsnummer des elektrochirurgischen Instruments 10 sowie die Messdaten aller Sensoren 21, 22, 23 bei der Temperatur des ersten Behälters aus. Dieser Parametersatz wird gespeichert. Der bewegliche Träger bewegt sich dann aus dem ersten Behälter heraus und in den zweiten Behälter hinein. Ebenfalls nach einer angemessenen Dauer zur Anpassung an die neue Temperatur erreicht der bewegliche Träger wieder einen Punkt mit Schleifkontakten und wird erneut elektrisch verbunden. Es werden erneut die Identifikationsnummer und die Messwerte der Sensoren 21, 22, 23 eingelesen. Gemeinsam mit dem gespeicherten Datensatz aus dem ersten Behälter wird eine Kalibrierkurve für jeden der Sensoren 21, 22, 23 ermittelt und deren Koeffizienten im Speicherelement 24 abgelegt. Anschließend wird die Speicherschnittstelle 44 dauerhaft von ihrem bidirektionalen Modus in einen unidirektionalen Modus umgeschaltet, um eine nachträgliche Veränderung der Kalibrierdaten zu unterbinden. An Stelle der Auswerteeinheit 31 kann in einem anderen Ausführungsbeispiel auch ein separates Gerät als Kalibrierungssteuerung verwendet werden.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel des elektrochirurgischen Instruments 10, das in 3 dargestellt ist, ist das Speicherelement 24 mittels seiner Speicherschnittstelle 44 kapazitiv an die Hochfrequenzleitung 50 angekoppelt, welche den Hochfrequenzgenerator 32 mit der Koagulations- und Thermofusionselektrode 25 im Maulteil 13 verbindet. Diese Ankoppelung erfolgt über ein erstes Koppelelement 51. Die Auswerteeinheit 31 ist über ein zweites Koppelelement 52 ebenfalls an die Hochfrequenzleitung 50 angekoppelt. Wie in 4 dargestellt ist, wird im Betrieb des elektrochirurgischen Instruments 10 ein Hochfrequenzstrom 61 vom Hochfrequenzgenerator 32 erzeugt und über die Hochfrequenzleitung 50 geleitet. Der Bereich der Frequenz f und die Stromstärke I des Hochfrequenzstroms 61 sind dabei lediglich schematisch dargestellt. Unterhalb des Hochfrequenzstroms 61 werden Kalibrierungsdaten 62 auf ein Hochfrequenzstrom 61 aufmoduliert. Wenn auch die Sensoren 21, 22, 23 kapazitiv an die Hochfrequenzleitung 50 angekoppelt sind, können oberhalb des Hochfrequenzstroms 61 zu denen die Sensordaten 63 auf diesen aufmoduliert werden. Der Frequenzabstand 64 zwischen dem Hochfrequenzstrom 61 und den Kalibrierdaten 62 ist dabei so groß gewählt, dass letzterer von den beiden Koppelelementen 51, 52 ausreichend unterdrückt werden kann, damit die Kommunikation zwischen dem Speicherelement 24 und der Auswerteeinheit 31 nicht beeinträchtigt wird. Der Abstand 65 zwischen dem Hochfrequenzstrom 61 und den Sensordaten 63 ist ebenfalls so groß gewählt, dass das zweite Koppelelement 52 und weitere Koppelelemente, die jeweils zwischen den Sensoren 21, 22, 23 und der Hochfrequenzleitung 50 angeordnet sind, den Hochfrequenzstrom soweit unterdrücken können, dass die Auswerteeinheit 31 ohne Beeinträchtigungen die Sensordaten der Sensoren 21, 22, 23 auslesen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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