IT201800021562A1 - "EQUIPMENT FOR ICTUS DIAGNOSTICS" - Google Patents
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Description
INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: “APPARECCHIATURA PER LA DIAGNOSTICA DELL’ICTUS” INDUSTRIAL INVENTION entitled: "EQUIPMENT FOR ICTUS DIAGNOSTICS"
La presente invenzione si riferisce ad una apparecchiatura per la diagnostica medica per l’ictus e, più precisamente, ad una apparecchiatura per la diagnostica dell’ictus trasportabile e che impiega le microonde. The present invention refers to an apparatus for medical diagnostics for stroke and, more precisely, to a transportable device for the diagnostic of stroke and which uses microwaves.
Stato della tecnica State of the art
Come è noto, l'ictus si riferisce a un'emorragia o un infarto del cervello, e per il trattamento di questa condizione è di grande importanza determinare l'estensione e la natura del danno. Il trattamento trombolitico può salvare la vita di una persona con un infarto cerebrale, ma sarà devastante per una persona con emorragia. As is known, stroke refers to a hemorrhage or infarction of the brain, and for the treatment of this condition it is of great importance to determine the extent and nature of the damage. Thrombolytic treatment can save the life of a person with a cerebral infarction, but it will be devastating for a person with bleeding.
La diagnostica strumentale dell’ictus è ampia, e prevede uno svariato numero di esami e serve soprattutto a chiarire cause e modalità dell'ictus. The instrumental diagnosis of stroke is extensive, and involves a varied number of examinations and is mainly used to clarify the causes and modalities of the stroke.
Qui di seguito, si riporta una serie di diagnostiche per tale scopo: Below is a series of diagnostics for this purpose:
TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) diretta ed angio-TAC. Direct CT (Computed Axial Tomography) and angio-CT.
Questo tipo di diagnostica mostra, dettagliatamente, il cervello e permette di capire il tipo di ictus. Riconosce se ci sono altri disturbi cerebrali, come ad esempio un tumore. Se si fa uso di un liquido di contrasto (angio-TAC), si possono osservare il flusso sanguigno nei vasi arteriosi e venosi del collo e dell'encefalo. This type of diagnostics shows the brain in detail and allows us to understand the type of stroke. It recognizes if there are other brain disorders, such as a tumor. If a contrast fluid (CT angiography) is used, blood flow in the arterial and venous vessels of the neck and brain can be observed.
Risonanza magnetica nucleare (RMN) e angio-RM Fornisce un'immagine dettagliata del cervello e individua il tessuto danneggiato da un ictus ischemico ed emorragico. Anche in questo caso, è possibile visualizzare il flusso sanguigno nei vasi arteriosi e venosi, usando un liquido di contrasto (angio-RM). Nuclear magnetic resonance (MRI) and MRA angiography Provides a detailed picture of the brain and identifies tissue damaged by an ischemic and hemorrhagic stroke. Again, it is possible to visualize the blood flow in the arterial and venous vessels, using a contrast fluid (MRA).
Angiografia cerebrale Cerebral angiography
Mediante un liquido di contrasto, opportunamente iniettato, si riesce a vedere (ai raggi X) com'è il flusso di sangue all'interno dei grossi vasi, che raggiungono il cervello. By means of a contrast liquid, suitably injected, it is possible to see (by X-rays) how the blood flow inside the great vessels, which reach the brain.
Inoltre, sono state effettuate ricerche per diversi anni per lo sviluppo di una diagnostica per ictus tramite un dispositivo in grado di indagare rapidamente il danno cerebrale dopo un ictus, con l'aiuto delle microonde. Dal documento “Design and Development of Stroke Cap for Monitoring of Transient Ischemic Attacks” (MARTINA JOHANSSON, April 2012) è noto un casco da ictus di plastica, che funziona solo per posizioni fisse. L’interno del casco di plastica è ricoperto da sacche riempite d'acqua, per facilitare il collegamento della testa all'antenna, e per consentire di adattarsi a diverse dimensioni della testa. Secondo questo dispositivo il casco è comodo da indossare, facile da indossare, ed economicamente efficiente. Inoltre, è possibile indossare il casco durante il sonno in modo tale da monitorare il sonno del cervello per un trattamento proattivo dell'ictus. In addition, research has been carried out for several years to develop stroke diagnostics using a device that can quickly investigate brain damage after a stroke with the help of microwaves. From the paper “Design and Development of Stroke Cap for Monitoring of Transient Ischemic Attacks” (MARTINA JOHANSSON, April 2012) a plastic stroke helmet is known, which works only for fixed positions. The inside of the plastic helmet is covered with bags filled with water, to facilitate the connection of the head to the antenna, and to allow it to adapt to different head sizes. According to this device, the helmet is comfortable to wear, easy to put on, and economically efficient. In addition, a helmet can be worn while sleeping in order to monitor the sleep of the brain for proactive treatment of stroke.
La sorveglianza notturna può essere cruciale per i pazienti che hanno sofferto di diversi ictus o lo sono incline al TIA (Attacchi Ischemici Transitori) che significa che c'è un episodio transitorio di disfunzione neurologica causata da ischemia (perdita di flusso sanguigno) senza morte del tessuto acuto. Night surveillance can be crucial for patients who have suffered from multiple strokes or are prone to TIA (Transient Ischemic Attacks) which means there is a transient episode of neurological dysfunction caused by ischemia (loss of blood flow) without death of the acute tissue.
BREVE DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione è quello di fornire una apparecchiatura per la diagnostica dell’ictus che sia facilmente trasportabile e nel contempo di efficiente e sicuro impiego tanto per il paziente come per gli operatori. The purpose of the present invention is to provide an apparatus for stroke diagnostics that is easily transportable and at the same time efficient and safe to use both for the patient and for the operators.
Quindi, la presente invenzione fornisce una apparecchiatura per la diagnostica dell’ictus sostanzialmente secondo le rivendicazioni annesse. Therefore, the present invention provides an apparatus for the diagnosis of stroke substantially according to the attached claims.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Verrà ora fornita una descrizione dettagliata di una forma preferita di realizzazione della apparecchiatura per la diagnosi della presente invenzione, data a titolo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento alle figure annesse, in cui: A detailed description will now be provided of a preferred embodiment of the apparatus for the diagnosis of the present invention, given by way of non-limiting example, with reference to the attached figures, in which:
La figura 1 è una vista in prospettiva da un lato e dall’alto di una parte della apparecchiatura della presente invenzione; Figure 1 is a side and top perspective view of a part of the equipment of the present invention;
La figura 2 è una vista in prospettiva frontale della parte di apparecchiatura della figura 1; Figure 2 is a front perspective view of the equipment part of Figure 1;
La figura 3 è una vista in sezione longitudinale della parte di apparecchiatura della figura 1; Figure 3 is a longitudinal sectional view of the equipment part of Figure 1;
La figura 4 illustra lo schema logico di funzionamento della apparecchiatura della presente invenzione; e Figure 4 illustrates the logical operating diagram of the apparatus of the present invention; And
La figura 5 è uno schema circuitale relativo al funzionamento di una parte dell’apparecchiatura della presente invenzione. Figure 5 is a circuit diagram relating to the operation of a part of the equipment of the present invention.
Con riferimento alle figure 1 e 2 viene illustrata la parte di apparecchiatura che comprende una calotta di chiusura e contenimento di una struttura portante dell’assieme di dispositivi elettronici montati su di essa (meglio illustrato in appresso). With reference to figures 1 and 2, the part of the equipment is illustrated which includes a cap for closing and containing a supporting structure of the assembly of electronic devices mounted on it (better illustrated below).
Con riferimento alla figura 3, viene illustrata in sezione longitudinale la parte di apparecchiatura che racchiude la struttura portante che contiene l’assieme dei trasduttori montati su dei supporti idonei al posizionamento dei trasduttori sulla superficie della testa, e la calotta. With reference to Figure 3, the part of the equipment that encloses the supporting structure that contains the set of transducers mounted on supports suitable for positioning the transducers on the surface of the head is shown in longitudinal section, and the cap.
Nella figura 3, le seguenti parti sono qui elencate: In Figure 3, the following parts are listed here:
1 Struttura portante o Telaio Interno 1 Supporting structure or internal frame
2 Copertura Esterna o calotta 2 External cover or hood
3 Movimentazione Antenne 3 Antenna handling
3a Attuatore 3rd Actuator
3b Manicotto 3b Sleeve
3c Perno Testa Sferica 3c Ball Head Pin
3d Snodo Sferico 3d Spherical Joint
3e Supporto Antenna 3e Antenna Support
3f Antenna 3f Antenna
3g Innesto 3g Graft
4 Movimentazione Antenna 4 Antenna handling
4a Manopola di Comando 4th Control Knob
4b Perno Testa Sferica 4b Ball Head Pin
4c Manicotto di Manovra 4c Maneuvering Sleeve
4d Snodo Sferico 4d Ball Joint
4e Supporto Antenna 4e Antenna Support
4f Antenna 4f Antenna
Con riferimento ora alla figura 4, viene in essa illustrato lo schema logico di controllo dell’apparecchiatura della presente invenzione. With reference now to Figure 4, it illustrates the logic control diagram of the apparatus of the present invention.
Nella figura, DIGIT equivale alla scheda digitale di comando e sincronizzazione del posizionamento dei trasduttori, delle sequenze di trasmissione e ricezione e di programmazione del trasmettitore e ricevitore e pilotaggio degli switching. In the figure, DIGIT is equivalent to the digital control and synchronization card for the positioning of the transducers, the transmission and reception sequences and the programming of the transmitter and receiver and driving the switching.
CPU consiste nella elettronica di elaborazione dati con firmware proprietario per la gestione dell’hardware, nonché l’elettronica di calcolo e funzioni logiche per la raccolta dei dati, la digitalizzazione e l’interpretazione dei dati. CPU consists of data processing electronics with proprietary firmware for hardware management, as well as computing electronics and logic functions for data collection, digitization and data interpretation.
CONSOLLE consiste nell’elettronica di archiviazione e elaborazione dei risultati e controllo delle sequenze di acquisizione. Essa è realizzata tramite una consolle digitale per la visualizzazione dei comandi e delle funzioni su MONITOR a colori e memorizzazione dei dati tramite TASTIERA. CONSOLE consists of electronic storage and processing of results and control of acquisition sequences. It is realized through a digital console for the visualization of the commands and functions on a color MONITOR and data storage via KEYBOARD.
Con riferimento ora alla figura 5, viene illustrato in essa lo schema circuitale dell’assieme dei dispositivi di rilevazione ed elaborazione dei segnali contenuti nella struttura portante o telaio principale 1. With reference now to Figure 5, the circuit diagram of the assembly of the detection and processing devices of the signals contained in the supporting structure or main frame 1 is illustrated.
Più precisamente, è previsto l’assieme dei trasduttori (antenne 3f) caratterizzati per l’emissione e la ricezione delle Radiofrequenze, con relativi cablaggi coassiali per RF, i dispositivi elettronici di switching RF (ciascuno comandato digitalmente per ciascun trasduttore 3f), i dispositivi elettronici di switching generale per la ripartizione del segnale principale sui singoli traduttori, anch’essi comandati digitalmente, ed i dispositivi di switching principale per la linea di trasmissione e ricezione, che sono comandati digitalmente. More precisely, the set of transducers (3f antennas) characterized for the emission and reception of radio frequencies, with relative coaxial cabling for RF, the RF switching electronic devices (each digitally controlled for each 3f transducer), the devices general switching electronics for the distribution of the main signal on the individual translators, also digitally controlled, and the main switching devices for the transmission and reception line, which are digitally controlled.
Inoltre, nell’apparecchiatura è previsto: In addition, the equipment includes:
- un amplificatore AMP a guadagno variabile RF comandato digitalmente; - a digitally controlled RF variable gain AMP amplifier;
- un filtro RF passa basso; - a low pass RF filter;
- un attenuatore LPF per il ritorno del segnale sorgente in trasmissione verso il ricevitore per il riferimento di fase: - an LPF attenuator for the return of the source signal in transmission towards the receiver for the phase reference:
- un amplificatore AMP ad alto guadagno in ricezione; - a high gain AMP amplifier in reception;
- un trasmettitore TX in modulazione di frequenza a frequenza variabile con banda da 500MHz fino a 4 GHz; - a TX transmitter in variable frequency frequency modulation with band from 500MHz up to 4 GHz;
- un ricevitore digitale RX per RF con campionamento dei dati, con ripartitore in modulo, frequenza e fase; e - a digital RX receiver for RF with data sampling, with divider in module, frequency and phase; And
- la scheda digitale DIGIT di comando e sincronizzazione del posizionamento dei trasduttori, delle sequenze di trasmissione e ricezione e di programmazione del trasmettitore e ricevitore e pilotaggio degli switching. - the DIGIT digital card for control and synchronization of the positioning of the transducers, of the transmission and reception sequences and programming of the transmitter and receiver and driving the switching.
Secondo l’invenzione è previsto che l’alimentazione sia realizzata mediante un sistema a batterie ricaricabili, dotato di sistema di sicurezza modulare per consentire il cambio batterie senza interruzione della funzionalità. Ciò consente l’utilizzo direttamente sui mezzi di soccorso presso il paziente e non solo in ospedale. According to the invention, the power supply is provided by a rechargeable battery system, equipped with a modular safety system to allow battery change without interrupting the functionality. This allows it to be used directly on the patient's emergency vehicles and not only in the hospital.
Con la presente configurazione, è prevista una riduzione dei consumi e delle dimensioni. Grazie alla miniaturizzazione ed alta integrazione dei componenti (quali i trasduttori di trasmissione e ricezione, switching, amplificatori RF, trasmettitore, ricevitore) ed alle caratteristiche intrinseche del dispositivo che assorbe pochi milliampere per pochi millisecondi. With this configuration, a reduction in consumption and dimensions is envisaged. Thanks to the miniaturization and high integration of components (such as transmission and reception transducers, switching, RF amplifiers, transmitter, receiver) and to the intrinsic characteristics of the device which absorbs a few milliamps for a few milliseconds.
Grazie alla struttura in fibra di carbonio che consente il posizionamento dei trasduttori grazie ai pistoni che consentono l’avvicinamento dei trasduttori stessi alla superficie della testa in punti prestabiliti con adeguata rigidità e leggerezza, ai circuiti miniaturizzati come illustrati e descritti in figura 5, ai trasduttori di dimensioni ridotte costituiti da dispositivi di ricetrasmissione su circuito FR di dimensioni entro i 1,4 x 1,8 cm, doppia faccia, appositamente caratterizzati, ed ai componenti superleggeri quali cavi, connettori SMA, ed al circuito realizzato con base ROGER 4350. Thanks to the carbon fiber structure that allows the positioning of the transducers thanks to the pistons that allow the transducers to approach the surface of the head in predetermined points with adequate rigidity and lightness, to the miniaturized circuits as illustrated and described in figure 5, to the transducers of reduced dimensions consisting of transceiver devices on FR circuit with dimensions within 1.4 x 1.8 cm, double-sided, specially characterized, and super-light components such as cables, SMA connectors, and the circuit made with ROGER 4350 base.
Secondo l’invenzione, il dispositivo non necessita di schermature di nessun genere. Infatti, grazie alla struttura dei trasduttori e la perfetta caratterizzazione di essi direttamente per il trasferimento delle Radiofrequenze comprese da 500MHz fino a 4GHz nel cranio umano, vengono impiegate potenze in emissione di valore ridottissimo, nell’ordine di poche centinaia di milliwatt e comunque inferiori ai 500mW. According to the invention, the device does not require shielding of any kind. In fact, thanks to the structure of the transducers and the perfect characterization of them directly for the transfer of radio frequencies from 500MHz to 4GHz in the human skull, very low emission powers are used, in the order of a few hundred milliwatts and in any case lower than 500mW.
Grazie alla presente configurazione dei componenti ed alla loro interazione con il paziente, il dispositivo è sostanzialmente innocuo per il soggetto esaminato ed anche per il personale addetto all’utilizzo. Thanks to the present configuration of the components and their interaction with the patient, the device is essentially harmless for the subject examined and also for the personnel assigned to use it.
Secondo un altro aspetto inventivo del presente dispositivo, non è necessario l’uso di gel di accoppiamento (come ad esempio è necessario per l’ecografia), per la perfetta caratterizzazione dei trasduttori con il cranio umano. Infatti, i trasduttori hanno la proprietà di accoppiarsi alla epsilon specifica del cervello umano con una attenuazione inferiore ai 20db, rendendoli invece ciechi in campo libero, questo si ottiene grazie alla differente “epsilon” in campo libero rispetto a quella del cranio umano, più l’antenna è specifica per l’epsilon del cervello più diviene “cieca” in campo libero. According to another inventive aspect of this device, it is not necessary to use coupling gel (such as it is necessary for ultrasound), for the perfect characterization of the transducers with the human skull. In fact, the transducers have the property of coupling to the specific epsilon of the human brain with an attenuation lower than 20db, making them instead blind in free field, this is achieved thanks to the different "epsilon" in free field compared to that of the human skull, plus the The antenna is specific for the epsilon of the brain the more it becomes "blind" in free field.
Questo semplifica l’utilizzo, evita imbrattamenti e garantisce una perfetta funzionalità e adattabilità alle diverse tipologie morfologiche dei soggetti da esaminare. This simplifies use, avoids contamination and guarantees perfect functionality and adaptability to the different morphological types of the subjects to be examined.
FUNZIONAMENTO DELL’APPARECCHIATURA OPERATION OF THE EQUIPMENT
Il “casco” o calotta va fatto indossare al paziente da esaminare premendo l’apposito pulsante che fa ritrarre tutti i trasduttori rendendo completamente disponibile l’interno del casco stesso. The "helmet" or cap must be worn by the patient to be examined by pressing the appropriate button that retracts all the transducers, making the inside of the helmet completely available.
Dopo aver appoggiato sulla testa il dispositivo si preme il tasto corrispondente e l’azionamento digitalizzato viene attivato in modo da avvicinare le antenne alla testa esercitando apposita pressione. After placing the device on the head, press the corresponding button and the digitized drive is activated in order to bring the antennas closer to the head by exerting appropriate pressure.
Il corretto posizionamento di ogni antenna viene verificato dalla CPU e dalla parte digitale che provvede ad emettere appositi segnali e grazie al suo algoritmo di ricezione identifica il corretto accoppiamento di ogni antenna. The correct positioning of each antenna is checked by the CPU and by the digital part that emits specific signals and thanks to its reception algorithm it identifies the correct coupling of each antenna.
A questo punto si accende il segnale di PRONTO. Quindi l’operatore dà il via all’esecuzione della indagine diagnostica premendo il terzo pulsante che è stato reso abilitato dalla sequenza precedente. Vengono emessi i vari segnali ad impulsi di pochi millisecondi ognuno sulle frequenze prescelte dall’algoritmo e rientranti nel range delle microonde comprese tra i 500 MHz e i 4 GHz. At this point, the READY signal lights up. Then the operator starts the execution of the diagnostic investigation by pressing the third button that has been enabled by the previous sequence. The various pulse signals of a few milliseconds each are emitted on the frequencies selected by the algorithm and falling within the microwave range between 500 MHz and 4 GHz.
Grazie agli switching ed i circuiti digitali vengono selezionati i corrispettivi trasduttori fino alla completa copertura della calotta cranica. Thanks to switching and digital circuits, the corresponding transducers are selected up to the complete coverage of the skull.
A questo punto, in un tempo massimo di 2 minuti, viene emesso il segnale di fine esame, i trasduttori vengono allontanati mediante la pressione del primo tasto per rimuovere il casco. At this point, in a maximum time of 2 minutes, the end of examination signal is emitted, the transducers are removed by pressing the first button to remove the helmet.
Viene quindi elaborata la diagnosi che consiste nel dato ON/ OFF riportante: LESIONE ASSENTE, LESIONE PRESENTE DI TIPO EMORRAGICO, LESIONE PRESENTE DI TIPO OCCLUSIVO o TROMBOTICO. The diagnosis is then processed which consists of the ON / OFF data showing: ABSENT LESION, PRESENT HEMORRAGIC TYPE LESION, PRESENT OCCLUSIVE or THROMBOTIC TYPE LESION.
Il risultato può anche essere inviato alla stampa e riporta anche l’area cerebrale dove è stata rilevata la lesione e la sua grandezza in scala da 1 a 5 minima 1, ridotta 2, media 3, rilevante 4 e estesa 5. The result can also be sent to the press and also reports the brain area where the lesion was detected and its size on a scale from 1 to 5 minimum 1, reduced 2, medium 3, relevant 4 and extended 5.
La presente invenzione presenta numerosi vantaggi. The present invention has numerous advantages.
Un primo vantaggio è la trasportabilità. Infatti, grazie all’alimentazione mediante un sistema a batterie ricaricabili, è possibile utilizzarlo direttamente sui mezzi di soccorso presso il paziente e non solo in ospedale. A first advantage is the portability. In fact, thanks to the power supply through a rechargeable battery system, it is possible to use it directly on the patient's emergency vehicles and not only in the hospital.
Un secondo vantaggio è dato dal fatto che grazie alla miniaturizzazione ed all’integrazione dei componenti, si ottiene una notevole riduzione dei consumi e delle dimensioni. A second advantage is given by the fact that thanks to the miniaturization and integration of components, a significant reduction in consumption and dimensions is achieved.
Un terzo vantaggio è dato dal fatto che grazie alla struttura realizzata in materiale composito ed ai circuiti miniaturizzati, ai trasduttori di dimensioni ridotte ed ai componenti superleggeri, il dispositivo presenta una notevole riduzione dei consumi e delle dimensioni. A third advantage is given by the fact that thanks to the structure made of composite material and the miniaturized circuits, the small transducers and the super light components, the device has a considerable reduction in consumption and dimensions.
Un quarto vantaggio è dato dal fatto che grazie alla struttura dei trasduttori e la perfetta caratterizzazione di essi direttamente per il trasferimento delle radiofrequenze nel cranio umano, il dispositivo non necessita di schermature di nessun genere, rendendolo innocuo per il paziente e per il personale addetto all’utilizzo. A fourth advantage is given by the fact that thanks to the structure of the transducers and the perfect characterization of them directly for the transfer of radiofrequencies into the human skull, the device does not require shielding of any kind, making it harmless for the patient and for the personnel assigned to the use.
Un quinto vantaggio è dato dal fatto che il dispositivo non necessita di gel di accoppiamento, quindi viene semplificato l’utilizzo, si evitano imbrattamenti e si garantisce una perfetta funzionalità ed adattabilità alle diverse tipologie morfologiche dei soggetti da esaminare. A fifth advantage is given by the fact that the device does not require coupling gel, so use is simplified, soiling is avoided and perfect functionality and adaptability to the different morphological types of the subjects to be examined are guaranteed.
Un sesto vantaggio è dato dal fatto che risultando innocuo per gli operatori e per il paziente, esso risulta estremamente vantaggioso rispetto alle più comuni tecnologie, quali la TAC (strumento di elezione per la diagnosi dell’ictus) e la RM e RX. Grazie a questa caratteristica, è possibile la ripetizione dell’esame a piacimento, persino l’utilizzo continuo in monitoraggio dell’evoluzione della lesione senza nessun rischio per il paziente. A sixth advantage is given by the fact that since it is harmless for the operators and the patient, it is extremely advantageous compared to the most common technologies, such as CT (instrument of choice for stroke diagnosis) and MRI and X-ray. Thanks to this feature, it is possible to repeat the examination at will, even continuous use in monitoring the evolution of the lesion without any risk for the patient.
Un settimo vantaggio è dato dal fatto che il dispositivo dell’invenzione presenta una spiccata riduzione dei costi di acquisto, di struttura, e di manutenzione rispetto alle comuni apparecchiature TAC e RM. A seventh advantage is given by the fact that the device of the invention has a marked reduction in purchase, structure, and maintenance costs compared to common CT and MRI equipment.
Un ottavo vantaggio è dato dal fatto che rispetto alle tecnologie tradizionali, i materiali da smaltire che costituiscono il presente dispositivo sono di gran lunga di minore rilevanza, grandezza, peso e dimensioni, rendendo lo stesso con una elevata sostenibilità ambientale. Inoltre, non ci generano rifiuti altamente inquinanti né radioattivi. An eighth advantage is given by the fact that compared to traditional technologies, the materials to be disposed of which make up this device are of far less relevance, size, weight and dimensions, making the same with a high environmental sustainability. Furthermore, they do not generate highly polluting or radioactive waste.
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