ES2306524T3 - Pieza de mano medica para una fuente de radiacion laser. - Google Patents

Pieza de mano medica para una fuente de radiacion laser. Download PDF

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Abstract

Pieza de mano médica, que puede conectarse con una fuente de radiación láser, de la que sale un haz láser con una intensidad de radiación no homogénea en su sección transversal y con la que un haz láser se dirige hacia un área de tratamiento (7), caracterizada porque - en el interior de la pieza de mano está previsto un elemento óptico que presenta una superficie (4, 13) estructurada del orden de micrómetros y que gracias a ello actúa de forma microópticamente refractora, - estando realizado este elemento como matriz de microlentes esféricas, asféricas, cilíndricas y/o elípticas, dispuestas de forma hexagonal y/o ortogonal, con formas cóncavas y/o convexas, siendo la extensión de una sola lente en la dirección perpendicular respecto a la dirección de la radiación de 10 mum a 1000 nm, - de modo que, al pasar por las microlentes, el haz láser se divide en una multiplicidad correspondiente de haces parciales, y porque - las microlentes están realizadas y posicionadas de tal forma en la superficie (4, 13) que imponen a los haces parciales una dirección determinada en la sección transversal del haz láser, respectivamente, presentando el haz láser por lo tanto una forma modificada de su sección transversal en el área de tratamiento (7) tras el paso por las microlentes y - presentando el mismo una intensidad de radiación homogeneizada en toda su sección transversal.

Description

Pieza de mano médica para una fuente de radiación láser.
Campo de la invención
La invención se refiere a una pieza de mano médica, que está conectada mediante un dispositivo de focalización del haz con una fuente de radiación láser y con la que un haz láser se dirige hacia un área de tratamiento.
Estado de la técnica
En la dermatología se usa frecuentemente radiación láser para el tratamiento de hemangiomas, para la eliminación de tatuajes, para la renovación de piel y para la depilación. En la mayoría de los casos se aplican sobre el tejido impulsos cortos de láser con una duración de impulsos del orden de nanosegundos y microsegundos. Los tratamientos de este tipo sirven sobre todo para mejorar la calidad de vida del paciente y deben considerarse, por regla general, tratamientos cosméticos.
Los equipos médico-técnicos para la realización de tratamientos de este tipo comprenden sustancialmente una fuente de radiación láser y una pieza de mano, que sirve para la orientación manual de la radiación emitida por la fuente de radiación láser hacia el área de destino.
Para conseguir una forma de construcción ligera de la pieza de mano y permitir de esta forma una manipulación lo más fácil posible, la fuente de radiación láser y la pieza de mano están realizadas como módulos separados, realizándose la transmisión de la radiación láser de la fuente de radiación a la pieza de mano mediante un dispositivo móvil de focalización del haz. El dispositivo de focalización del haz puede estar formado por varios elementos de transmisión rígidos unidos mediante articulaciones o también puede estar realizado como fibroscopio flexible.
Las piezas de mano a los que se refiere la invención representan en la transición del dispositivo de focalización del haz un elemento de acoplamiento y están provistas de una superficie de salida de haz para la radiación láser.
En las piezas de mano conocidas de este tipo, la salida del haz láser se realiza con las mismas propiedades con las que el mismo se acopla a la pieza de mano, es decir, se mantienen en particular en gran medida la distribución de la intensidad de radiación en la sección transversal del haz y la geometría de la sección transversal del haz y la radiación láser se dirige también de esta forma hacia el área de tratamiento.
No obstante, para muchas aplicaciones dermatológicas en las que deben tratarse con láser grandes áreas de piel es necesario aplicar la superficie de salida de haz durante el tratamiento varias veces una al lado de la otra para cubrir toda la superficie que ha de ser tratada. Para conseguir un tratamiento uniforme de toda la superficie es importante que, por un lado, no se solapen las distancias superficies de aplicación (spots) no dejándose, por otro lado, tampoco puntos sin tratar entre las superficies de aplicación.
Teniéndose en cuenta este aspecto, un haz láser con sección transversal circular es desfavorable, puesto que en el caso de spots circulares aplicados uno al lado del otro se producen siempre o solapamientos o puntos sin tratar, por lo que no es posible una radiación de energía uniforme en un área de tratamiento. Por lo tanto, para un tratamiento efectivo es deseable configurar la forma del haz en el extremo del lado de salida de haz de la pieza de mano de tal forma que en caso de una reticulación de un área de tratamiento con varios spots quede garantizada una aplicación uniforme de la energía.
Esto también es válido respecto a la distribución de la energía en la sección transversal del haz láser. Si la densidad de energía es menor en el borde de la sección transversal del haz láser que en el centro de éste, como es el caso, por ejemplo, en una distribución de Gauss, no puede conseguirse una acción uniforme en toda la superficie de la sección transversal del haz. En caso de una radiación láser con distribución de energía de Gauss, es necesario solapar los distintos spots durante el tratamiento para conseguir un resultado de tratamiento aproximadamente continuo en toda la superficie que ha de ser tratada. No obstante, esto es difícil de realizar y depende en gran medida de la habilidad del operador y puede conducir, en particular, en caso de un solapamiento incontrolado de las zonas marginales a una acumulación de las energías aplicadas en las partes de piel en distintos puntos del área de tratamiento, por lo que la piel puede ser
dañada más de lo deseado. Además, el tratamiento es tanto más largo cuanto más deben solaparse los distintos spots.
En la publicación para información de solicitud de patente DE 44 29 193 A1 se muestra un dispositivo para la generación de una radiación láser de sección transversal homogeneizada, que está realizado como pieza de mano médica en el sentido de la presente nueva invención. Con este dispositivo puede generarse una radiación homogeneizada en cuanto a los modos y al espacio, como se necesita, por ejemplo, para la ablación de la córnea del ojo.
Como fuente de radiación se usa aquí un láser pulsado de estado sólido con una emisión del intervalo de longitudes de ondas entre 2 \mum y 3 \mum. La energía del impulso está situada entre 100 \muJ y 1 J. Para la transmisión de la energía de la disposición láser a la pieza de mano está prevista una fibra, que presenta una longitud de al menos 0,2 m y un diámetro entre 50 y 1000 \mum. En el interior de la pieza de mano, a continuación de la fibra, está dispuesta una barra transparente, de sección transversal circular, de cuarzo, zafiro o YAG.
Gracias a la combinación de la fibra con la barra transparente dispuesta a continuación se consigue en la superficie de salida de haz una radiación con un perfil de intensidad rotacionalmente simétrico, en el que las mezclas de modos irradiadas por el láser se transforman efectivamente en el perfil de haz homogeneizado, radialmente simétrico, por ejemplo con una distribución de intensidad de Gauss, parabólica o anular.
No obstante, con ello esta pieza de mano no es adecuada para aplicaciones que requieren una distribución de energía uniforme en toda la sección transversal del haz como se ha descrito anteriormente.
En el documento WO 95/18984 está descrito un dispositivo que está conectado con una fuente de radiación láser, habiéndose colocado para la conversión de la distribución de la intensidad un prisma en la trayectoria del haz que presenta dos facetas inclinadas una hacia la otra y que hacen que la radiación láser se desvíe en dos mitades con diferentes direcciones, respectivamente. Las dos mitades de la radiación láser se reúnen posteriormente, de modo que en la radiación láser unida resulta una distribución de la intensidad que corresponde a un solapamiento de dos distribuciones de Gauss.
La publicación para información de solicitud de patente DE 196 32 749 A1 da a conocer una "óptica para el perfilado de haces láser", que se refiere a microlentes, cuya disposición geométrica y cuyo diámetro siguen una ley para conseguir una distribución de Gauss. En esta publicación se puede leer que una radiación láser que sale de un láser excimer debe tener una distribución de Gauss después de haber pasado por una óptica de este tipo. Por lo tanto, con esta óptica no puede conseguirse una homogeneización de la intensidad de la radiación en toda la sección transversal.
Descripción de la invención
Partiendo de ello, la invención tiene el objetivo de perfeccionar una pieza de mano del tipo anteriormente descrito de forma que en la superficie de salida de haz esté disponible una radiación láser con una distribución de intensidad uniforme hasta las zonas marginales de la sección transversal del haz y que la geometría de la sección transversal del haz esté configurado de tal forma que se reduzca sustancialmente el peligro de influir en el área de destino mediante una aplicación de energía no deseada.
Este objetivo se consigue en una pieza de mano del tipo anteriormente indicado porque
-
en el interior de la pieza de mano está previsto un elemento óptico que presenta una superficie estructurada del orden de micrómetros y que gracias a ello actúa de forma microópticamente refractora,
-
estando realizado este elemento como matriz de microlentes esféricas, asféricas, cilíndricas y/o elípticas, dispuestas de forma hexagonal y/o ortogonal, con formas cóncavas y/o convexas, siendo la extensión de una sola lente en la dirección perpendicular respecto a la dirección de la radiación de 10 \mum a 1000 nm,
-
de modo que, al pasar por las microlentes, el haz láser se divide en una multiplicidad correspondiente de haces parciales, y porque
-
las microlentes están realizadas y posicionadas de tal forma en la superficie que imponen a los haces parciales una dirección determinada en la sección transversal del haz láser, respectivamente, presentando el haz láser por lo tanto una forma modificada de su sección transversal en el área de tratamiento tras el paso por las microlentes y
-
presentando el mismo una intensidad de radiación homogeneizada en toda su sección transversal.
Las microlentes presentan preferiblemente medidas de un diámetro de 0,35 mm y profundidades de 0,005 mm. La relación de profundidad a diámetro no debería superar el valor 0,5. En estructuras de lentes, esta relación no debería ser superior a 0,02 situándose preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 0,3.
Cuando el haz láser pasa por la superficie así estructurada, por la multiplicidad de las microlentes se produce una división de la radiación en una multiplicidad de haces parciales, dependiendo el número de haces parciales del número de elementos estructurales existentes en la superficie. Cuanto más fina está realizada la estructura microópticamente activa tanto más uniforme y homogénea es la intensidad de la radiación en toda la sección transversal de la radiación láser después de haber pasado por la superficie descrita. Dicho de otro modo, al pasar por la superficie microestructurada, se produce la transformación de una distribución de energía no uniforme en la sección transversal del haz en una distribución de energía homogeneizada hasta las zonas marginales de la sección transversal del haz.
Esta homogeneización es especialmente necesaria y ventajosa al usar un láser de rubí como fuente de radiación, puesto que, como es sabido, la radiación de éste presenta una distribución de intensidad nada homogénea en su sección transversal. Además, la distribución de la intensidad no es constante en la radiación de un láser de rubí, sino que varía de spot a spot, de modo que al usar el láser de rubí sin el dispositivo propuesto según la invención pueden producirse fácilmente quemaduras.
Con la superficie microestructurada no sólo se consigue la homogeneización deseada de la intensidad en la sección transversal del haz sino según la realización de los distintos elementos estructurales puede influirse, además, también en la dirección de los distintos haces parciales, en caso que exista la intención o el deseo de hacerlo. Es decir, un haz láser que sale de una fibra, que a título de ejemplo presenta una sección transversal circular, puede transformarse mediante una configuración predeterminada de forma específica de los distintos elementos estructurales en un haz láser con una sección transversal de haz cuadrada, rectangular, hexagonal o de otra forma.
Si se dirigen secciones transversales de haz de una forma cuadrada, rectangular o hexagonal hacia el área de piel que ha de ser tratada, los distintos spots pueden aplicarse uno al lado del otro, sin solapamiento mutuo y también sin dejar puntos no tratados. Con la exclusión de solapamientos se evita una aplicación demasiado elevada de energía y con la exclusión de puntos no tratados una aplicación demasiado baja, mejorando de esta forma considerablemente el resultado del tratamiento.
La conformación de la sección transversal del haz se consigue eligiéndose, formándose y posicionándose las microlentes en la superficie microestructurada de tal forma que se impone una dirección a los haces parciales, sobre todo a los haces parciales periféricos en la sección transversal del haz láser, que tiene como objetivo conseguir un contorno exterior deseado de la sección transversal. Por consiguiente, los haces parciales ya no rellenan uniformemente una sección transversal de haz circular sino, por ejemplo, una sección transversal de una forma cuadrada (los tramos circulares se han dejado libres).
La pieza de mano según la invención se caracteriza, por lo tanto, a diferencia del estado de la técnica por una intensidad homogeneizada de la radiación láser en la superficie de salida de haz en toda la sección transversal y, además, por una forma de sección transversal adaptada de la radiación.
Las estructuras microópticamente activas pueden fabricarse fácilmente, por ejemplo con ayuda de litografía por haz electrónico, fotolitografía o un procedimiento de intercambio de iones.
Aquí se acopla aprox. un 96% de la radiación láser según las ecuaciones de Fresnel (relación entre polarización, reflexión, absorción), por lo que queda limitada la pérdida de energía y, por lo tanto, también de generación de calor a un grado aceptable.
En una configuración de la invención está previsto que delante o detrás de la superficie microópticamente estructurada esté dispuesto un dispositivo para la focalización del haz. Con este dispositivo puede ajustarse el tamaño de la sección transversal del haz. Como dispositivo de este tipo puede estar prevista, a título de ejemplo, una lente convergente, que está posicionada en la trayectoria del haz delante o detrás de la superficie estructurada.
Como dispositivo para la focalización del haz puede estar prevista, no obstante, también una óptica zoom, con la que es posible influir fácilmente en el tamaño del spot. Si la óptica zoom está acoplada a un dispositivo de ajuste automático correspondiente, no es complicado modificar el tamaño del spot durante el tratamiento.
En otra configuración de la invención está previsto que el elemento óptico con la superficie microópticamente activa esté realizado como barra para focalizar el haz, en la que la radiación se transmite mediante reflexión total. La barra dispone de una superficie de entrada de haz y una superficie de salida de haz para la radiación láser; la superficie de entrada de haz está provista de la estructura microópticamente activa. La barra para focalizar el haz puede estar hecha de vidrio cuarzoso. El tamaño y la forma de la sección transversal de la superficie de entrada de haz y de la superficie de salida de haz pueden ser diferentes. No obstante, es ventajoso realizar la superficie de entrada de haz de forma circular, mantener esta sección transversal a lo largo de al menos el 90% de la longitud de la barra y no prever una reducción y/o un cambio de la forma de la sección transversal hasta llegar al tramo longitudinal restante.
Debido a las reflexiones totales en la barra para focalizar el haz se consigue una "mezcla" aún mayor de la multiplicidad de distintos haces parciales tras el paso por la superficie estructurada y, por lo tanto, una homogeneización aún mayor de la intensidad de la radiación respecto a la sección transversal del haz.
Se puede influir adicionalmente en la intensidad de la radiación distribuida en la sección transversal si la superficie estructura está abombada, preferiblemente de forma cóncava, con especial preferencia también de forma convexa.
La superficie de salida de haz puede presentar tanto una sección transversal circular como poligonal, es decir, por ejemplo, cuadrada o hexagonal.
Es recomendable prever entre la superficie de salida de haz y la superficie de piel que ha de ser tratada una capa de un gel transparente, por ejemplo un gel para ultrasonido. De esta forma se optimiza aún más la radiación del haz láser en la superficie de piel que ha de ser tratada mediante la reducción de la reflexión y una dispersión reducida. Esto conduce también a que se necesiten densidades de energía menores para la luz láser. El índice de refracción del gel debe estar adaptado al índice de refracción de la piel y el gel debería ser transparente, al menos para la longitud de onda de la luz láser usada.
De esta forma se consigue una aplicación efectiva de la energía láser en la piel, puesto que se reduce la luz reflejada por la piel a una parte insignificante, por lo que se evitan efectos secundarios, que se generan de otra forma por calor perdido. Se usa preferiblemente un gel para ultrasonido que es fisiológicamente inofensivo y, por lo tanto, adecuado para fines cosméticos. Tiene además una buena conductividad térmica.
Gracias al gel se reduce aún más el peligro de dañar la epidermis y se evita la formación de humo y olor durante el tratamiento, puesto que el área de piel que ha de ser tratada está mejor temperada. La eficacia del gel puede aumentarse aún más si se eliminan los pelos eventualmente existentes en la parte de piel que ha de ser tratada antes de comenzar con el tratamiento.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos muestran:
la fig. 1 un primer diagrama esquemático de la disposición según la invención;
la fig. 2 distintas secciones transversales del haz;
la fig. 3 un segundo diagrama esquemático de la disposición según la invención;
la fig. 4 una variante de realización de la barra;
la fig. 5 formas de las secciones transversales de la superficie de salida de haz;
la fig. 6 variantes de la configuración de la superficie de entrada de haz.
Descripción detallada de los dibujos
En la fig. 1 se muestra en un diagrama esquemático la focalización del haz según la invención y la influencia en la radiación láser en el interior de la pieza de mano médica en una primera variante de configuración. En la trayectoria del haz 1 que sale de un dispositivo de focalización del haz 2 que puede estar realizado tanto como fibra óptica flexible como en forma de elementos de transmisión rígidos unidos mediante articulaciones, se encuentran un elemento óptico, por ejemplo un disco 3 hecho de vidrio cuarzoso, provisto de una superficie 4 microópticamente activa, y una óptica zoom, representada por las lentes 5 y 6.
Si la pieza de mano se manipula correspondientemente, la radiación láser va dirigida hacia una parte de piel 7, por ejemplo para la depilación o para un tratamiento cosmético de otro tipo.
La superficie 4 presenta a título de ejemplo una estructura que actúa de forma refractora, en la que una multiplicidad de lentes esféricas con formas cóncavas están dispuestas de forma ortogonal una respecto a otra y que está colocada de tal forma en la trayectoria del haz 1 que toda la trayectoria del haz 1 debe pasar por estas microlentes. Cada una de las lentes tiene un diámetro de aprox. 0,35 mm medido perpendicularmente respecto a la dirección de radiación y una profundidad de 0,005 mm.
Como disco 3 puede usarse, por ejemplo, una matriz de microlentes ofertada por la compañía AMS Microoptik GmbH, Saarbrücken, Alemania. Las diferencias de las posiciones de las diferentes lentes son menores de 0,2 \mum. Al pasar la radiación láser por la disposición de microlentes llegando a la superficie 4, se produce la división de la radiación láser en una multiplicidad de radiaciones parciales que corresponde al número de microlentes.
Esta división en la multiplicidad de haces parciales hace que la sección transversal 8 circular mostrada en la trayectoria de haz 1 con una radiación que a título de ejemplo llega de un láser de rubí y que tiene una distribución de intensidad no uniforme se transforme en una radiación con una distribución de la intensidad uniforme en una sección transversal 9 cuadrada (véase la fig. 2).
Con esta forma de sección transversal cuadrada, la radiación se dirige ahora hacia la parte de piel 7 que ha de ser tratada, pudiendo influirse con ayuda de la óptica zoom 5, 6 en el tamaño de la superficie de sección transversal 10 que incide en la parte de piel 7. Por ejemplo gracias a la variación de la óptica zoom puede aumentarse o reducirse la superficie de la sección transversal 10. Con ello puede adaptarse sin complicación alguna la superficie del área que ha de ser tratada.
Si el área que ha de ser tratada es mayor que la superficie de la sección transversal 10 que puede ajustarse con la óptica zoom 5, 6, se colocarán varios spots uno al lado del otro en el área de tratamiento 7, de modo que el área de tratamiento 7 no sólo queda cubierta sin dejar ninguna laguna sino que también se evita un solapamiento de los distintos spots.
La fig. 3 muestra una segunda variante de configuración de la invención, en la que la trayectoria del haz 1 de la radiación láser acoplada mediante el dispositivo de focalización del haz 2 presenta en primer lugar también una sección transversal 8 circular con una distribución no homogénea de la intensidad de la radiación. En esta radiación se ha colocado una lente convergente 12, que enfoca el haz láser sobre la superficie de entrada de haz 13 de una barra para focalizar el haz 14, que a título de ejemplo puede estar hecho de vidrio cuarzoso con una longitud de 55 mm y con una sección transversal circular de un diámetro de 8 mm.
\newpage
Como se ha descrito anteriormente con ayuda de la superficie 4, la superficie de entrada de haz 13 está provista de una estructura de microlentes dispuestas una al lado de la otra. También aquí, la radiación láser se divide al pasar por la superficie de entrada de haz 13 en una multiplicidad de radiaciones parciales consiguiéndose de esta forma una homogeneización de la distribución de la intensidad.
En el interior de la barra para focalizar el haz 14 se transmite la radiación láser mediante reflexión total consiguiéndose una homogeneización aún mayor. Por lo tanto, en la superficie de salida de haz 15 aplicada en el área de tratamiento 7 está disponible un haz láser cuya sección transversal presenta una intensidad de radiación uniforme hasta las zonas marginales.
No obstante, en algunas configuraciones también puede estar previsto que la sección transversal de la barra para focalizar el haz 14 se estreche de forma troncocónica en la dirección de radiación, como está representado a título de ejemplo en la fig. 4. Con ello, no sólo se consigue una mejor homogeneización con la barra 14, sino que se influye al mismo tiempo en la sección transversal de la radiación láser, presentando la superficie de salida de haz 15 al igual que la superficie de entrada de haz 13 una sección transversal circular, aunque con un diámetro menor (véase la fig. 5a). En otras variantes de configuración también es concebible que la superficie de salida de haz 15 presente una forma de sección transversal como está representada en las fig. 5b a 5d, es decir, una sección transversal hexagonal, cuadrada o también triangular.
En otras configuraciones de la invención, la superficie de entrada de luz 13 presenta una forma plana, como está representado en la figura 6, cóncava (fig. 6b) o también convexa (fig. 6c). Gracias a una acción de conjunto con la superficie de entrada de haz 13 estructurada, de esta forma es posible influir aún más de forma específica en la distribución de la intensidad y en la forma de la sección transversal.

Claims (7)

1. Pieza de mano médica, que puede conectarse con una fuente de radiación láser, de la que sale un haz láser con una intensidad de radiación no homogénea en su sección transversal y con la que un haz láser se dirige hacia un área de tratamiento (7), caracterizada porque
-
en el interior de la pieza de mano está previsto un elemento óptico que presenta una superficie (4, 13) estructurada del orden de micrómetros y que gracias a ello actúa de forma microópticamente refractora,
-
estando realizado este elemento como matriz de microlentes esféricas, asféricas, cilíndricas y/o elípticas, dispuestas de forma hexagonal y/o ortogonal, con formas cóncavas y/o convexas, siendo la extensión de una sola lente en la dirección perpendicular respecto a la dirección de la radiación de 10 \mum a 1000 nm,
-
de modo que, al pasar por las microlentes, el haz láser se divide en una multiplicidad correspondiente de haces parciales, y porque
-
las microlentes están realizadas y posicionadas de tal forma en la superficie (4, 13) que imponen a los haces parciales una dirección determinada en la sección transversal del haz láser, respectivamente, presentando el haz láser por lo tanto una forma modificada de su sección transversal en el área de tratamiento (7) tras el paso por las microlentes y
-
presentando el mismo una intensidad de radiación homogeneizada en toda su sección transversal.
2. Pieza de mano médica según la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento óptico está realizado como barra para focalizar el haz (14), en la que la radiación se transmite mediante reflexión total y que dispone de una superficie de entrada de haz (13) y una superficie de salida de haz (15) para la radiación láser estando estructurada la superficie de entrada de haz (13) de forma refractora.
3. Pieza de mano médica según la reivindicación 2, caracterizada porque la superficie de salida de haz (15) presenta una sección transversal circular.
4. Pieza de mano médica según la reivindicación 2, caracterizada porque la superficie de salida de haz (15) presenta una sección transversal poligonal.
5. Pieza de mano médica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la superficie estructurada (4, 13) está realizada de forma abombada.
6. Pieza de mano médica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque delante o detrás del elemento óptico está dispuesto un dispositivo para la focalización del haz, preferiblemente una lente convergente (12).
7. Pieza de mano médica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque detrás del elemento óptico está dispuesta una óptica zoom (5, 6).
ES99944374T 1998-08-13 1999-08-11 Pieza de mano medica para una fuente de radiacion laser. Expired - Lifetime ES2306524T3 (es)

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DE19836649A DE19836649C2 (de) 1998-08-13 1998-08-13 Medizinisches Handstück
DE19836649 1998-08-13

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ES2306524T3 true ES2306524T3 (es) 2008-11-01

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