JP2005230160A - 体脂肪計 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学測定手段によって測定された体容積を用いて被検者の体密度演算の高精度化を図り、体脂肪率の測定精度を高め得る体脂肪計を提供する。
【解決手段】 体脂肪計１０は、被検者の体重を測定する体重測定手段１６と、被検者の３次元形状データを光学的に測定する光学測定手段１５と、前記体重測定手段１６により測定された体重と、前記光学測定手段１５により測定される３次元形状データから得られる体容積とを用いて所定の演算式により前記被検者の体脂肪率を演算する制御装置２２とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、体脂肪率の測定精度を向上させた体脂肪計に関する。

体内脂肪の増加は成人病等の原因となり得るので、体脂肪率を測定して体内脂肪を知ることにより成人病の予防を図ることができる。このため、従来から健康管理のため、体内脂肪の指標となる体脂肪率の測定が注目されている。この体脂肪率を測定するための機器として体脂肪計が知られている。

この体脂肪計による体脂肪率の測定は、概ね以下のようにして行われる。

この体脂肪計は、被検者がその個人データとして、身長および体重並びに性別データ並びに年齢等を体脂肪計に入力して、これらの個人データを体脂肪計に内蔵される記憶装置に記憶するように構成されている。また、体脂肪計には被検者が接触可能な電極が設けられており、かかる電極への被検者の皮膚接触を介して被検者の身体インピーダンスが測定され、身体インピーダンスも体脂肪計の記憶装置に記憶するように構成されている。更に体脂肪計には、体脂肪率を演算するための所定の演算式が記憶装置に記憶されている。このような体脂肪計において、上記の演算式および個人データ並びに身体インピーダンスを制御装置が記憶装置から読み出して体脂肪率を演算する（例えば、特許文献１参照）。こうして、比較的手軽に体脂肪率の測定が可能になってきた。
特開平１１−７００９１号公報

ここで体脂肪計において体脂肪率を算出するにあたり、その基礎データとして以下の式（１）によって体密度を計算して、この体密度から周知の演算式によって体脂肪率を演算する手法が知られている（例えば、ブロゼック等の報告書、J.Brozek, F.Grande, J.T.Anderson and A.Key;”Ann. NY. Acad.Sci., 110(1963)113-40を参照）。

ＢＤ１＝ａ１−ｂ１×（Ｗ×Ｚ／Ｔ^２）＋ｅ１×ａｇｅ＋ｆ１・・・（１）
この（１）式において、ＢＤ１は被検者の体密度、Ｗは被検者の体重、Ｚは被検者の身体インピーダンス、Ｔは被検者の身長、ａｇｅは被検者の年齢、ｆ１は被検者の男女の性別に基づく性別データである。

そして、（１）式の係数ａ１、ｂ１、ｅ１は、標本として所定の母集団中の各人について、例えば水中重量法によって実測された体密度データ群と、母集団中の各人の体重データ群、身体インピーダンスデータ群、身長データ群および年齢データ群との相関関係を、統計的に処理することで求められ、それらの数値は予め体脂肪計の記憶装置に記憶されている。

しかし、このような方法による体脂肪率の測定には以下のような不具合があると考えられる。

第一には、（１）式中の体密度と体重等の相関関係は、不特定多数の母集団中のサンプルを標本として平均的に求められたものであるため、この相関関係を一律に適用することで、被検者の身体の肥満の程度や身体の肥満部位等に基づく被検者の体型によってはその体型の肥満度を体密度として正確に反映できず、体脂肪率を精度良く測定できない場合がある。

第二には、被検者の生活習慣に基づく体内の活動状態に依存して身体インピーダンスが日内変動すると共に、被検者の皮膚を測定電極に接触させて身体インピーダンスを測定するため、皮膚の汚れ等に起因して身体インピーダンスの測定結果に悪影響を及ぼす可能性もある。よって、身体インピーダンスの測定を前提とした体脂肪率測定においては、こうした身体インピーダンス変動によって体脂肪率の演算精度を劣化させるという懸念がある。

本発明の目的は、斯かる状況に鑑みなされたものであり、その目的は、体重測定手段によって測定された体重と、光学測定手段によって測定される被検者の３次元形状データから得られた体容積とを用いて被検者の体密度を高精度に演算し、ひいては体脂肪率の測定精度を高め得る体脂肪計を提供することにある。

本発明に係る体脂肪計は、被検者の体重を測定する体重測定手段と、被検者の３次元形状データを光学的に測定する光学測定手段と、前記体重測定手段により測定された体重と前記光学測定手段により測定される３次元形状データから得られた体容積とを用いて所定の演算式に基づいて前記被検者の体脂肪率を演算する制御装置とを備えたものである（請求項１）。

ここで、前記所定の演算式は、前記体重と前記体容積とを用いて前記被検者の体密度を演算する体密度演算式と、前記体密度を用いて前記被検者の体脂肪率を演算する体脂肪率演算式と、を含んでいるものである（請求項２）。

これによって、被検者の体容積を光学測定手段により正確に求めることができるため、被検者の体密度の演算精度が向上し、ひいては被検者の体脂肪率の演算精度が向上し得る。すなわち、被検者の体重と体容積とを用いて被検者の体密度を演算するため、被検者の体型を正確に反映した体密度演算を行うことができる。また、被検者の体重と体容積とを用いて被検者の体脂肪率を演算できるため、身体インピーダンスを使用することなく体密度を演算でき、身体インピーダンス変動に起因する体脂肪率の演算精度劣化という懸念を解消できる。

前記光学測定手段の一例は、被検者の周囲に設置し被検者を撮影する複数台の撮像装置と、前記撮像装置から出力される３次元形状に関する画像信号に基づき前記被検者の３次元形状データを作成する画像処理装置と、を備えたものである（請求項３）。

前記光学測定手段の別の一例は、被検者を鉛直軸周りに回転させながら撮影する少なくとも一つの撮像装置と、前記撮像装置から出力される３次元形状に関する画像信号に基づき前記被検者の３次元形状データを作成する画像処理装置と、を備えたものである（請求項４）。

これらの光学測定手段によって、被検者の３次元形状データを光学的に正確に測定することが可能になる。

ここで、前記光学測定手段は、前記被検者を載せて回転する回転台座を含み、前記回転台座に前記被検者を載せる回転させながら前記撮像装置によって前記被検者を撮影すると共に前記被検者の体重を測定するような構成を採用しても良い（請求項５）。

被検者の体脂肪測定と体重測定とを同時を行い得るため、体脂肪計のトータルの測定時間を短縮できて体脂肪計の測定効率化を図り得る。

また、前記制御装置は、前記被検者の３次元形状データから得られた体容積を前記被検者の肺の容積に応じて補正し、前記補正後の体容積を用いて前記所定の演算式により前記被検者の体密度を演算しても良い（請求項６）。なお、前記被検者の肺は、前記被検者の少なくとも残気量に相当する容積を有する（請求項７）。

これによって、被検者の肺容積に応じてその体容積を補正するため、被検者の体容積を正確に把握でき、ひいては被検者の体脂肪率の演算精度を向上できる。

本発明によれば、体重測定手段によって測定された体重と光学測定手段によって測定される被検者の３次元形状データから得られた体容積とを用いて被検者の体密度を高精度に演算し、ひいては被検者の体脂肪率の測定精度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る体脂肪計１０の外観斜視図であり、図２は、図１に示した体脂肪計１０の制御システムの処理系統を説明するブロック図である。また、図３は、被検者の体容積を測定する光学測定手段１５の外観斜視図である。

最初に、体脂肪計１０の基本構成を説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る体脂肪計１０は、体重測定手段１６（図２参照）としてのロードセルを内蔵した筐体１１と、この筐体１１の主面（体重測定面１２）の上部に配置された表示部１３と、この表示部１３と並んで配置された入力操作部１４とを有している。そして、被検者は、その両足を体重測定面１２に載せることで、被検者の体重を測定できる。また、入力操作部１４には、体脂肪計１０の作動および停止用の電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチや、後ほど説明する光学測定手段１５による体容積の測定を開始および停止させるスイッチ等が配置されている。

一方、表示部１３は、この体重測定手段１６によって測定された体重や中央処理装置２０から入出力装置２３を介して出力される体脂肪率測定に関連した被検者への各種メッセージの他、入力操作部１４にて被検者が入力した身長および性別データ並びに年齢等の個人データを表示する。

次に、体脂肪計１０の制御システムの処理系統の構成を説明する。

図２によれば、中央処理装置（ＣＰＵ）２０は、バスを介してＲＯＭやＲＡＭ等の記憶メモリからなる記憶装置２１に接続されている。そして、体脂肪計１０による各種の演算処理および表示部１３の表示制御は、中央処理装置２０および記憶装置２１から構成される制御装置２２によって実行される。なお、この記憶装置２１には、後ほど説明する体脂肪率を演算するための演算式の他、体脂肪計１０の動作を遂行する体脂肪率演算プログラムが予め記憶されている。

また、入力操作部１４の機能キーを適宜操作することによって入力された被検者の身長および年齢並びに性別データ等の個人データは、入出力装置２３を介して中央処理装置２０に送られそこで処理され、または記憶装置２１に記憶等される。

更に、図１に示した筐体１１に内蔵するロードセル（体重測定手段１６）が入出力装置２３を介して制御装置２２に接続されており、中央処理装置２０は体重測定手段１６によって測定された被検者の体重データを受け取って、これを記憶装置２１に記憶する。

加えて、以下に説明する体容積の光学測定手段１５（図３参照）も入出力装置２３を介して制御装置２２に接続され、中央処理装置２０は光学測定手段１５によって測定された被検者の体容積データを受け取って、これを記憶装置２１に記憶する。

次に、被検者の体容積の測定に関する構成（光学測定手段１５）を説明する。

この光学測定手段１５は、図３にその具体例を示すように、その鉛直軸周りに回転する回転台座３１と、この回転台座３１に載った被検者を撮影するひとつ或いは複数のＣＣＤカメラからなる撮像装置３２と、この撮像装置３２から出力される３次元形状に関する画像信号に基づき被検者の３次元形状データを求める画像処理装置３３と、画像処理装置３３によって接続されて回転台座３１の回転を制御する回転コントローラ３４と、によって構成されている。

被検者を回転台座３１によって回転させながらその外形を撮像装置３２によって撮影するため、撮像装置３２の台数を最小限に抑えて被検者の３次元形状データが取得される。なお、画像処理装置３３は、マイコン等により構成されている。

また、他の光学測定手段として、被検者を回転させず、被検者の周囲に複数台の撮像装置を配置して、複数台の撮像装置が、被検者の外形を適宜の方向から同時に撮影ように構成しても良い。そして、複数台の撮像装置から同時に出力される被検者の形状に関する画像信号を、画像処理装置は受け取って、これによって被検者の３次元形状データが取得される。

こうすれば、被検者の外形の撮影時間を短縮でき、体脂肪計１０の体脂肪率測定の効率化を図れる。

ここで、以上のように構成された体脂肪計１０の動作を説明する。

最初に、光学測定手段１５による被検者の体容積の測定動作の一例を説明する。

図３に示すように、撮像装置３２は、被検者を回転させながらその周囲を逐次撮影する。そして、被検者の３次元形状に関する画像信号を、撮像装置３２は画像処理装置３３に出力する。この画像信号を受け取ってこれを用いて画像処理装置３３は、被検者の３次元形状データを求めると共に、３次元形状データを基にして被検者の体容積を演算する。もちろん、画像処理装置３３は体容積を演算することなく、この画像処理装置３３が３次元形状データを制御装置２２に出力して、制御装置２２がこの３次元形状データを基に被検者の体容積を演算しても構わない。

このような光学測定手段によれば、被検者の体型を正確に反映した３次元形状データを基にして体容積を測定できる。

次に、体重測定手段１６によって測定された体重および光学測定手段１５によって測定された体容積を用いて被検者の体脂肪率を演算する動作を説明する。

体脂肪率を演算する式は、体容積と体重とを用いて体密度を演算する体密度演算式と、この体密度を用いて体脂肪率を演算する体脂肪率演算式とを含み、これらの演算式は予め記憶装置２１に記憶されている。

まず、被検者の体脂肪率を演算する基礎データとして、被検者の体容積と体重を用いて下記（２）式（体密度演算式）から被検者の体密度が中央処理装置２０によって演算され、演算された体密度が記憶装置２１に記憶される。

ＢＤ＝Ｗ／ＢＶ・・・（２）
ここで、（２）式において、ＢＤは被検者の体密度を表し、Ｗはその体重を表し、ＢＶはその体容積を表している。すなわち、被検者の体重をその体容積によって除するという演算式により被検者の体密度を正確かつ容易に得ることができる。

こうして得られた被検者の体密度（ＢＤ）を用いて、下記（３）式（ブロゼックの体脂肪率演算式）から被検者の体脂肪率が中央処理装置２０によって演算され、演算された体脂肪率が記憶装置２１に記憶される。

ＦＡＴ（％）＝（（Ｋ／ＢＤ）−１）×１００・・・（３）
ここで、（３）式において、ＦＡＴ（％）は体脂肪率を表し、Ｋは体密度から体脂肪率を求める際に用いる特定の定数を表している。

以上に説明した体脂肪計１０の体脂肪率の演算動作によれば、被検者の体容積および体重を用いて直接、被検者の体密度を演算するため、体密度演算式の係数を統計処理によって求める必要がなく、被検者の身体の肥満の程度や身体の肥満部位等に基づく体型を体密度として正確に反映できる。

また、身体インピーダンスを使用せずに被検者の体密度を演算するため、身体インピーダンスの変動に起因した体脂肪率の演算精度の低下という懸念を解消できる。

次に、体脂肪計１０の体脂肪率測定の精度をより向上させるため、被検者の体容積の補正動作について説明する。

ここまで説明した被検者の体容積（ＢＶ）は、被検者の肺の容量に応じた補正を行ってなく、この点において厳密には適正な体容積と言えない。よって、次のような方法によって被検者の体容積を補正して、これによってより正確な体脂肪率を得ることができる。

まず、被検者の肺に含まれる空気量を、図４を参照して説明したうえで、その肺容積の補正方法を述べる。

図４は、大まかな肺容量の区分を説明する概念図である。

図４において、一回換気量とは、安静呼気位の状態と安静吸気位の状態を反復して毎回の呼吸毎に出入りする呼吸量をいい、残気量とは、肺活量の検査において限界まで息を吐き出しても肺に残っている空気量のことをいう。また、思いきり息を吸い込んだ状態（最大吸気位）から、次いで吐き出せる限りの息を吐き出した状態（最大呼気位）までの全呼吸気量のことを肺活量という。更に、最大吸気位の空気量と安静吸気位の空気量との差を、予備吸気量をいい、最大呼気位の空気量と安静呼気位の空気量との差を、予備呼気量をいう。

よって、仮に安静呼気位の状態において光学測定手段１５による体容積の測定が行われる場合には、測定した体容積から被検者の予備呼気量および残気量を減じたものを適正な体容積として体脂肪率演算に使用する必要がある。もちろん、補正容積量は、被検者の体容積測定時の呼吸状態に依存するものであるが、少なくとも被検者の残気量に相当する容積の補正は必要であると言える。

なおここで、予備呼気量については別途、肺活量計を使って測定でき、残気量については別途、閉鎖回路法といったガス濃度測定法によって測定できる。そこで、被検者自ら適宜の手段によって予備呼気量や残気量を測定しておき、自己の予備呼気量および残気量の数値を、入力操作部１４を介して予め体脂肪計１０に入力しておけば、これらは体脂肪計１０の記憶装置２１に記憶される。こうして、制御装置２２が、記憶装置２１から予備呼気量および残気量を読み出して、被検者の体容積を適正な数値に補正することが可能である。

もしくは、被検者の身長および体重並びに年齢並びに性別という個人データを用いて簡易的に予備呼気量や残気量を推定する演算式が知られている。このため、別の補正方法として、このような演算式および被検者の個人データを予め記憶装置２１に記憶させておき、制御装置２２が、これらの演算式および個人データを記憶装置２１から読み出し、被検者の体容積を適正な数値に補正することも可能である。

こうした補正方法よって、被検者の３次元形状データから得られる体容積を被検者の肺容積に応じて補正し、この補正された体容積（補正体容積）を用いて被検者の体密度を正確に演算できるため、被検者の体脂肪率演算の精度を向上させることが可能になる。

次に、この体脂肪計１０の体脂肪率測定モードの動作例について図６を参照して説明する。

図６は、体脂肪計１０の主要な動作を示したフローチャート図である。

体脂肪計１０の入力操作部１４の電源スイッチを押すと電源がオンして、表示部１３には複数の測定メニューが表示され、制御装置２２は、入力操作部１４の適宜の操作によって体脂肪率測定モードを開始する（Ｓ６０１）。なお、本測定モードを以下のように実行するにあたり、被検者の行う各種入力手順の指示は、表示部１３に表示される。そして、記憶装置２１から体脂肪率演算プログラムが中央処理装置２０に読み込まれて、このプログラムが以下の処理を光学測定手段１５や体重測定手段１６等を制御しながら実行することになる。

まず、制御装置２２は、表示部１３を介して、被検者にその体重測定の準備を完了しているか否かを確認する（Ｓ６０２）。

ここで、被検者が「ＹＥＳ」に相当する体重測定開始スイッチを押すまでは、制御装置２２はその処理動作をＳ６０２の確認状態に待機させ、被検者が「ＹＥＳ」に相当する体重測定開始スイッチを押すと次のステップに進み、体脂肪計１０の筐体１１の内部に内蔵された体重測定手段１６が被検者の体重を測定すると共に、制御装置２２が体重データを記憶装置２１に記憶する（Ｓ６０３）。

次に、制御装置２２は、表示部１３を介して、被検者にその体容積測定の準備を完了しているか否かを確認する（Ｓ６０４）。ここでは例えば、後ほど述べる被検者の肺容積による体容積の補正を考慮して、被検者の呼吸状態が安静呼気位に保たれていることを確認することが考えられるが、勿論、これに限定されるものではなく、被検者がどのような呼吸状態であってもそれに併せて肺容積の補正を行うことは可能である。

ここで、被検者が「ＹＥＳ」に相当する体容積測定開始スイッチを押すまでは、制御装置２２はその処理動作をＳ６０４の確認状態に待機させ、被検者が「ＹＥＳ」に相当する体容積測定開始スイッチを押すと次のステップに進み、光学測定手段１５が被検者の３次元形状データに基づく体容積を測定すると共に、制御装置２２がこの体容積データを記憶装置２１に記憶する（Ｓ６０５）。

その後、制御装置２２は、Ｓ６０５における体容積を被検者の肺容積に応じて補正するか否かを、表示部１３を介して照会する（Ｓ６０６）。

ここで、被検者が「Ｎｏ」に相当するスイッチを押すと、制御装置２２は体容積の補正を行わないと判断して、次のステップに進む。一方、被検者が「ＹＥＳ」に相当するスイッチを押すと、制御装置２２は、Ｓ６０５において測定した体容積を被検者の肺容積に応じて補正を行うと判断し、例えば、予備呼気量や残気量の演算式を使って体容積の補正を行う場合には、制御装置２２は、これらの演算式と被検者の個人データを記憶装置２１から読み込んで、被検者の予備呼気量や残気量を演算し、Ｓ６０５において測定した体容積からこれらの予備呼気量および残気量を減じる補正を実行すると共に、この補正された体容積（補正体容積）を記憶装置２１に記憶する（Ｓ６０７）。

次に、制御装置２２は、被検者の体重と体容積（Ｓ６０６において「ＹＥＳ」を選択した場合、Ｓ６０７において求めた補正体容積）を用いて体密度を演算する体密度演算式（上記（２）式）を、被検者の体重と体容積（または補正体容積）と共に、記憶装置２１から読み出して、これらの体重と体容積（または補正体容積）を用いて体密度演算式から体密度を演算すると共に、演算した体密度を記憶装置２１に記憶する（Ｓ６０８）。

続いて、制御装置２２は、被検者の体密度を用いて体脂肪率を演算する体脂肪率演算式（上記（３）式）を、被検者の体密度と共に記憶装置２１から読み出して、この体密度を用いて体脂肪率演算式から体脂肪率を演算すると共に、演算した体脂肪率を記憶装置２１に記憶し（Ｓ６０９）、併せて、演算した体脂肪率を表示部１３において表示して（Ｓ６１０）、体脂肪計１０の体脂肪率測定モードを終了する。

こうして、被検者の体容積を正確に把握できるため、その体密度の演算精度が向上し、ひいては体脂肪率を精度良く演算できる。

なお、上記の実施の形態においては、被検者の体重測定と体容積測定とを行う際に、被検者を別々の台（筐体１１と回転台座３１）に載せて測定するという態様を説明したが、例えば、図５に示すように、光学測定手段１５の回転台座３１（図３参照）を、体脂肪計１０の筐体１１の上に載せ、この状態で被検者の体容積を測定することも可能である。より詳しくは、回転台座３１を体脂肪計１０の体重測定面１２に載せて、被検者の体重を回転台座３１の重量を付加した状態で筐体１１の内部に内蔵された体重測定手段１６によって計測する。

こうすることで、被検者を回転台座３１に載せてこれを回転コントローラ３４によって回転させて被検者の体容積を測定すると共に、被検者の体重も測定できるため、体脂肪計１０のトータルの測定時間を短縮して体脂肪計１０の測定効率化を図ることができる。

またここまで、体脂肪率演算プログラムを予め体脂肪計の記憶装置に記憶させた上で、体脂肪体において脂肪率を演算するという形態を例に説明したが、この実施の形態の変形例として、例えば、パーソナルコンピュータの記憶装置に体脂肪率演算プログラムおよび各種の演算式を記憶させておき、別途、被検者が自己の個人データや体容積をコンピュータに入力して、コンピュータによって体脂肪率を算出させるという形態を採用しても構わない。

本発明に係る体脂肪計によれば、体脂肪率の演算精度の向上を図れて、例えば健康関連機器として有用である。

本発明の実施の形態に係る体脂肪計の外観斜視図である。 体脂肪計の制御システムの処理系統を説明するブロック図である。 体容積を測定する光学測定手段例を示した斜視図である 肺容積の区分を説明する概念図である。 実施の形態の変形例を説明する斜視図である。 本発明の実施の形態に係る体脂肪率測定モードの動作例を説明するフローチャート図である。

符号の説明

１０ 体脂肪計
１１ 筐体
１２ 体重測定面
１３ 表示部
１４ 入力操作部
１５ 光学測定手段
１６ 体重測定手段（ロードセル）
２０ 中央処理装置（ＣＰＵ）
２１ 記憶装置
２２ 制御装置
２３ 入出力装置（Ｉ／Ｏ）
３１ 回転台座
３２ 撮像装置（ＣＣＤカメラ）
３３ 画像処理装置
３４ 回転コントローラ

Claims (7)

1. 被検者の体重を測定する体重測定手段と、被検者の３次元形状データを光学的に測定する光学測定手段と、前記体重測定手段により測定された体重と前記光学測定手段により測定される３次元形状データから得られた体容積とを用いて所定の演算式により前記被検者の体脂肪率を演算する制御装置と、を備える体脂肪計。
2. 前記所定の演算式は、前記体重と前記体容積とを用いて前記被検者の体密度を演算する体密度演算式と、前記体密度を用いて前記被検者の体脂肪率を演算する体脂肪率演算式と、を含む請求項１記載の体脂肪計。
3. 前記光学測定手段として被検者の周囲に設置し被検者を撮影する複数台の撮像装置と、前記撮像装置から出力される３次元形状に関する画像信号に基づき前記被検者の３次元形状データを作成する画像処理装置と、を備える請求項２記載の体脂肪計。
4. 前記光学測定手段として被検者を鉛直軸周りに回転させながら撮影する少なくとも一つの撮像装置と、前記撮像装置から出力される３次元形状に関する画像信号に基づき前記被検者の３次元形状データを作成する画像処理装置と、を備える請求項２記載の体脂肪計。
5. 前記光学測定手段は、前記被検者を載せて回転する回転台座を含み、前記回転台座に前記被検者を載せて回転させながら前記撮像装置によって前記被検者を撮影すると共に、前記被検者の体重を測定する請求項４記載の体脂肪計。
6. 前記制御装置は、前記被検者の３次元形状データから得られた体容積を前記被検者の肺の容積に応じて補正し、前記補正後の体容積を用いて前記所定の演算式により前記被検者の体密度を演算する請求項１乃至５記載の体脂肪計。
7. 前記被検者の肺は、前記被検者の少なくとも残気量に相当する容積を有する請求項６記載の体脂肪計。

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