JP2006015163A - 生体内部加熱用磁束照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路を高電圧化する必要なく、しかも、効率よく、生体内の感磁発熱体に密度が高い磁束を集中させることが出来る磁束照射装置を提供する。
【解決手段】 作用端３１ｚのソレノイドコイル３１ａの周囲に、磁束制御巻線部３１ｂが張り出して形成されている。この磁束制御巻線部３１ｂは、ソレノイドコイル３１ａの巻線が作用端３１ｚの周囲において張り出して巻かれて形成されており、磁束制御巻線部３１ｂを備えたソレノイドコイル３１ａは１本の導線から形成されている。このような磁束照射装置では、磁束制御巻線部３１ｂによって作用端３１ｚの周囲に磁束３３が張り出して生じ、ソレノイドコイル３１ａの軸中心部に生じる磁束３２は、張り出して生じた磁束３３の影響を受けて作用端３１ｚからより遠い地点で弧を描く磁力線を形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ソレノイドコイルを用いて磁束を生じさせ、この磁束を生体に照射して生体内部を加熱する生体内部加熱用磁束照射装置に関するものである。

従来、この種の磁束照射装置としては、例えば、局部温熱療法（ハイパーサーミア法）に使用される生体内部加熱装置に用いられているものがある。このハイパーサーミア法の一方式では、特許文献１に開示されているように、鉄系酸化物の微粒子を主成分とする感磁発熱体が生体の患部に導入され、磁束照射装置によって感磁発熱体に磁束が照射される。感磁発熱体は照射された磁束によって磁気ヒステリシス損を生じ、患部はこの磁気ヒステリシス損によって局所的に加熱される。この加熱は正常細胞が侵襲されない程度の温度で行われ、患部の癌細胞のみが選択的に加熱されて壊死させられる。

図１はこのような生体内部加熱用磁束照射装置の作用部１の概略構成を示している。作用部１は、被射体である生体に対してトランスバース配位されたソレノイドコイル１ａおよび磁心１ｂを有する。ソレノイドコイル１ａに図示しない駆動部から電流が流されると、作用端１ｚから生体に磁束２が照射され、生体の内部に導入された上記の感磁発熱体３が加熱される。作用端１ｚは、作用部１の片方の端部がこの端部を生体に対向させるトランスバース配位で充てられて機能する。
特開平１１−５７０３１号公報

ここで、生体に照射される磁束は、加熱を要する部位が生体内部の深部にあっても、この深部に高い磁束密度を以て到達することが望ましい。

この要請を満たすための施策としては、先ず、作用端１ｚから出力される磁束２の密度を増すべく、(i)ソレノイドコイル１ａに流す電流を増すか、あるいは、(ii)作用部１の長さを増してソレノイドコイル１ａの巻回数を多くする、ことが考えられる。また、出力磁束２を太くすべく、(iii)作用部１（ソレノイドコイル１ａおよび磁心１ｂ）の実効断面積を増すことも考えられる。この(iii)の施策は、磁束２が描く対流状の磁力線パターンを作用端１ｚから遠い位置にまで及んだ形にして、磁束２の生体内部への到達深さを増すためにも有用である。

しかしながら、上記の３施策は、いずれもソレノイドコイル１ａに印加する電圧の高電圧化を要する。この高電圧化は数ｋＶ〜数十ｋＶに及ぶため、感電のリスクを増し、さらには、強い電界によって不都合な誘電的副次作用をもたらすものであって好ましくない。

さらに、各論的に付け加えるならば、(i)，(ii)の施策については、磁束密度の増大が磁心１ｂの飽和磁束密度を以て頭打ちになるという限界がある。因みに、磁心１ｂは、飽和磁束密度までの余裕を大きくとらない形で使用されていることが多いから、磁束密度の向上代（向上分）が総じて大きく望めないことになる。

また、(ii)の作用部１の長さを増す施策は、出力磁束密度の向上への寄与効果自体が小さい。何故なら、ソレノイドコイル１ａの巻回数が追加された部分は、作用端１ｚとは反対側の端部に在って、この部分の磁界は、作用端１ｚとの間の大きな磁気抵抗による磁界強度降下を経て顕著に弱められた形でしか、作用端１ｚの出力増に寄与し得ないからである。

また、(ii)，(iii)の施策は、加熱に寄与しない回路インピーダンスの増大を伴うため、電力損失率が大きくなり、所要電力量の割には加熱能率を向上させ得ないという問題がある。また、(iii)の施策は、前記断面積が増えることにより、飽和磁束量が増すこともあって、上記３施策の中では最も有用であるが、磁束の局部集中性が特段に望まれるような用途・目的に対しては、前記磁束太さの増大が不都合になることもある。

なお、上述のコイル印加電圧や電力損失率の増大は、作用部１に電流を流すための前記駆動部等の規模増大につながり、磁束照射装置全体の可搬性，操作性，経済性を減殺するマイナス要因となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ソレノイドコイルを用いて磁束を生じさせ、この磁束を生体内に導入された感磁発熱体に照射してその感磁発熱体を発熱させるための磁束照射装置に関する、コイルへの印加電圧の増大を要件とせずに、あるいは、電力損失率の増大を伴わずに、生体の深部にまで高い磁束密度の磁束を到達させるという要請に応えるものである。

本発明はこの要請に応えるため、ソレノイドコイルおよびこれに挿入された磁心を有する作用部と、ソレノイドコイルに高周波交流電流を流して高周波交流磁束を生じさせる駆動部とを備え、作用部の片方の端部を充てて機能させる作用端から生体の内部に設けられた感磁発熱体に磁束を照射し発熱させて生体の内部を加熱する生体内部加熱用磁束照射装置において、作用部が、感磁発熱体に照射する磁束を生じさせるためのソレノイドコイルと磁心とを有する磁束発生巻線部と、作用端の周囲に張り出して形成された、磁束発生巻線部による磁束の範囲を制御する磁束を磁束発生巻線部による磁束の周囲に生じさせる磁束制御巻線部とを備える構成にした。

この構成によれば、磁束制御巻線部によって作用端の周囲に磁束が張り出して生じ、磁束発生巻線部によってソレノイドの軸中心部に生じる磁束は、張り出して生じた磁束の影響を受けて作用端からより遠い地点で弧を描く磁力線を形成する。つまり、磁束発生巻線部によってソレノイドの軸中心部に生じる磁束は、磁束制御巻線部の磁束制御効果により、作用端からより遠い地点まで到達して分布する。

また、本発明は、磁束発生巻線部が、位相の揃ったソレノイドコイルと磁心とを有する複数基の単位作用部で構成されると共に、各単位作用部が、その軸線が感磁発熱体側に求心状に集まって磁束密度が加算強化されるように配位されていることを特徴とする。

この構成によれば、複数基の各単位作用部に生じる各磁束の加算された磁束が感磁発熱体に照射され、１基の単位作用部に生じる磁束が照射される場合よりも密度ないし太さの増強された磁束が感磁発熱体に照射される。

また、本発明は、磁束制御巻線部が、各単位作用部の各作用端の周囲にそれぞれ張り出して形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、磁束制御巻線部によって、各単位作用部の各作用端の外周囲に磁束が張り出して生じ、加算して強め合う各ソレノイドの磁束は、張り出して生じた磁束の影響を受けて各作用端からより遠い地点で弧を描く磁力線を形成する。つまり、加算して強め合う各ソレノイドの磁束は、各作用端からより遠い地点まで到達して分布する。

また、本発明は、磁束制御巻線部が、その形状を磁束発生巻線部によって生じる磁束の分布を所望の分布となるように設定できる可撓性導線を用いた構造となっていることを特徴とする。

この構成によれば、生体の形状に合わせて磁束制御巻線部の形状を設定することにより、磁束制御巻線部に生じる磁束の分布を、前記制御効果が一層高まるように適宜変えることが出来る。

本発明によれば、上記のように、作用部が、作用端の周囲に張り出して形成された磁束制御巻線部を備えているため、磁束制御巻線部によって作用端の周囲に磁束が張り出して生じ、磁束発生巻線部によってソレノイドの軸中心部に生じる磁束は、作用端からより遠い地点まで到達して分布する。このため、回路を高電圧化する必要なく、しかも、効率よく、密度が高い磁束を感磁発熱体に集中させることが出来、さらに、生体に照射される磁束の実効深さを増やすことが出来る。また、電力損失率の増大を防ぐことが出来、さらに、生体の所望の位置に容易に作用端を配置することが出来る。

また、磁束発生巻線部が、位相の揃った複数基の単位作用部で構成されると共に、各単位作用部が、その軸線が感磁発熱体側に求心状に集まって磁束密度が加算強化されるように配位されている構成の場合には、複数基の各単位作用部に生じる各磁束が感磁発熱体に照射され、１基の単位作用部に生じる磁束が照射される場合よりも密度ないし太さの増強された磁束が感磁発熱体に照射される。このため、本構成によっても、回路を高電圧化する必要なく、しかも、効率よく、密度が高い磁束を生体内に集中させることが出来、さらに、生体に照射される磁束の実効深さを増やすことが出来る。

また、磁束制御巻線部が、各単位作用部の各作用端の周囲にそれぞれ張り出して形成されている構成の場合には、磁束制御巻線部によって、各単位作用部の各作用端の外周囲に磁束が張り出して生じ、加算して強め合う各磁束発生巻線部の磁束は、各作用端からより遠い地点まで到達して分布する。このため、本構成によれば、生体に照射される磁束の実効深さをさらに増やすことが出来る。

また、磁束制御巻線部が、その形状を磁束発生巻線部によって生じる磁束の分布を所望の分布となるように設定できる可撓性構造となっている場合には、生体の形状に合わせて磁束制御巻線部の形状を設定することにより、磁束制御巻線部に生じる磁束の分布を、磁束制御効果が一層高まるように適宜変えることが出来る。このため、感磁発熱体に照射される磁束は、生体の状況に応じて最適な所望の状態に分布させられる。

次に、本発明による磁束照射装置を生体内部加熱装置に適用した第１の実施形態について説明する。

本実施形態による磁束照射装置は、図３（ａ）に示す作用部３１と、図２（ｂ）に示す駆動部２１とから構成されている。

図３（ａ）に示す作用部３１は、ソレノイドコイル３１ａおよびこれに挿入されたフェライトからなる磁心１１ｂを有する。作用端３１ｚは作用部３１の片方の端部が被射体にトランスバース配位させる形で充てられて機能させられる。ソレノイドコイル３１ａの作用端３１ｚに生じた磁束３２は、被射体である生体に照射され、生体の内部に導入された感磁発熱体１３に及ぶ。感磁発熱体１３は、比透磁率が１００〜２０００の鉄系酸化物の微粒子を主成分としており、その微粒子の平均粒径は１０〜１００[ｎｍ]である。

図２（ｂ）に示す駆動部２１は、交流２００[Ｖ]を発生する交流電源２２からの給電を受け、この交流２００[Ｖ]を整流装置２３によって脈流２００[Ｖ]に変換する。変換した脈流２００[Ｖ]はコンデンサ２４によって平滑化され、発振装置２５によって矩形波状の交流２５０[Ｖ]に変換される。発振装置２５の出力側にはコンデンサ２６が設けられており、駆動部２１の出力端子２１ａ，２１ｂに上述したソレノイドコイル３１ａが接続されると、コンデンサ２６とソレノイドコイル３１ａとによって共振回路が形成される。この共振回路の共振により、ソレノイドコイル３１ａには５０〜４００[ｋＨｚ]の周波数の高周波電流が流れ、作用端３１ｚには磁束３２が生じる。

この構成において、作用部３１の作用端３１ｚが生体の胸部や腹部等に対向させて配置されると、作用端３１ｚに発生する磁束３２は生体内の感磁発熱体１３に照射される。感磁発熱体１３は照射された磁束３２によって磁気ヒステリシス損を生じ、患部はこの磁気ヒステリシス損によって加熱される。一方、生体は導電性がよいので、感磁発熱体１３が配置された周囲の生体には渦電流が生じてジュール熱が発生する。しかし、上記周波数の交流磁束３２の形成は感磁発熱体１３の配置領域に集中するため、感磁発熱体１３そのもののヒステリシス損による発熱は増大し、その影響を受けて、周囲の生体に生じるジュール損による発熱は抑えられる。この結果、感磁発熱体１３の配置領域を中心とした鋭い温度分布が形成され、正常細胞が加熱によって侵襲されることなく、患部の癌細胞のみが選択的に加熱されて壊死させられる。

第１の実施形態による作用部３１は、作用端３１ｚのソレノイドコイル３１ａの周囲に、図で斜線が付された磁束制御巻線部３１ｂが張り出して形成されている。この磁束制御巻線部３１ｂは、ソレノイドコイル３１ａの巻線が作用端３１ｚの周囲において張り出して巻かれて形成されており、磁束制御巻線部３１ｂを備えたソレノイドコイル３１ａは１本の導線から形成されている。なお、磁束制御巻線部３１ｂをソレノイドコイル３１ａとは別の巻線で形成し、磁束制御巻線部３１ｂとソレノイドコイル３１ａとに同相の電流を流すように構成してもよい。

このような作用部３１からなる第１の実施形態による磁束照射装置では、磁束制御巻線部３１ｂによって作用端３１ｚの周囲に磁束３３が図で点線で示すように張り出して生じ、ソレノイドコイル３１ａの軸中心部に生じる磁束３２は、張り出して生じた磁束３３の影響を受けて作用端３１ｚからより遠い地点で弧を描く磁力線を形成する。つまり、ソレノイドコイル３１ａの軸中心部に生じる磁束３２は、磁束制御巻線部３１ｂの磁束制御効果により、作用端３１ｚからより遠い地点まで到達して分布する。

このため、上記の第１の実施形態による磁束照射装置によれば、共振回路を高電圧化する必要なく、しかも、効率よく、生体内の感磁発熱体１３に密度が高い磁束３２を集中させることが出来、さらに、生体に照射される磁束３２の実効深さを増やすことが出来る。また、この第１の実施形態では、作用部３１を大型化する必要が無いため、加熱に寄与しない回路インピーダンスの増大が抑制され、電力損失率の増大を防ぐことが出来る。さらに、作用部３１の可搬性は損なわれないため、加温を要する生体の各部に容易にその作用端３１ｚを配置することが出来る。

次に、本発明による磁束照射装置を生体内部加熱装置に適用した第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態による磁束照射装置は、図３（ｂ）に示す作用部４１と、図２（ｂ）に示す駆動部２１とから構成されており、上述した第１の実施形態による磁束照射装置とは作用部４１の構成だけが相違している。

第２の実施形態による作用部４１は、作用端４１ｚのソレノイドコイル４１ａの周囲に、図で斜線が付された磁束制御巻線部４１ｂが張り出して形成されている点は、第１の実施形態の作用部３１と同様であるが、この磁束制御巻線４１ｂが可撓性を持つ導線から形成されている点が、第１の実施形態の作用部３１と相違している。この第２の実施形態では、ソレノイドコイル４１ａの巻線も可撓性を持つ導線から形成されており、磁束制御巻線部４１ｂは、この可撓性導線が作用端４１ｚの周囲において張り出して巻かれて形成されている。なお、磁束制御巻線部４１ｂのみ可撓性導線から形成し、ソレノイドコイル４１ａの導線と直列に接続するように形成してもよい。また、磁束制御巻線部４１ｂをソレノイドコイル４１ａとは別の可撓性導線で形成し、磁束制御巻線部４１ｂとソレノイドコイル４１ａとに同相の電流を流すように構成してもよい。

このような作用部４１からなる上記第２の実施形態による磁束照射装置では、生体１４の形状に合わせて磁束制御巻線部４１ｂの形状を図に示すように撓めることにより、磁束制御巻線部４１ｂに生じる磁束の分布を、磁束制御巻線部４１ｂによる磁束制御効果が一層高まるように、適宜変えることが出来る。従って、この磁束の分布の影響を受ける、ソレノイドコイル４１ａの軸中心部に生じて生体１４に照射される磁束４２の分布は、磁束制御巻線部４１ｂの形状を変えることにより、作用端４１ｚからより遠い地点まで到達させられ、しかも、生体１４の状況に応じて最適な所望の状態に分布させられる。よって、この第２の実施形態による磁束照射装置によれば、上述した第１の実施形態による作用効果が奏されるばかりではなく、患部の状況に応じて適宜最適な磁束を照射することが可能になる。

次に、本発明による磁束照射装置を生体内部加熱装置に適用した第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態による磁束照射装置は、図３（ｃ）に示す２基の単位作用部５１，５２からなる作用部と、図２（ｂ）に示す駆動部２１とから構成されており、前述した第１の実施形態による磁束照射装置とは駆動部２１の構成だけが共通している。なお、本実施形態では図示の便宜上、作用部を２基の単位作用部５１，５２から構成しているが、実際には３基か４基程度の単位作用部から作用部を構成すると、各単位作用部の作用端が立体的な被射体の外表面に沿って配置され、好適である。

第３の実施形態による磁束照射装置では、２基の単位作用部５１，５２が図３（ｃ）に示すようにそれらの作用端が寄り添って配置されており、各単位作用部５１，５２を構成するソレノイドコイルの軸線が被射体側に求心状に集まって磁束密度が加算強化されるように配位されている。さらに、第３の実施形態では、寄り添った各作用端を包む外周囲に磁束制御巻線部５３が張り出して形成されている。この第３の実施形態では、各単位作用部５１，５２のソレノイドコイルおよび磁束制御巻線部５３は、それらによって生じる磁界の位相が揃うように直列接続し、前記駆動部２１に接続して通電する。従って、各単位作用部５１，５２の作用端には同じ位相の磁束が揃って出力され、これらは生体内の感磁発熱体１３で合流して加算強化される。すなわち、この第３の実施形態によれば、生体内の特定の部位に焦点を定めた加熱が行える。

上述のように、本実施形態にあっても、回路を高電圧化する必要なく、しかも、効率よく、生体内の感磁発熱体１３に密度が高い磁束５４，５５を集中させることが出来、さらに、生体に照射される磁束５４，５５の集中性を深さ方向についても改善することが出来る。

また、本実施形態では、磁束制御巻線部５３によって単位作用部５１，５２の各作用端を包む外周囲に図で点線で示す磁束５６が張り出して生じ、加算して強め合う各単位作用部５１，５２の磁束５４，５５は、張り出して生じた磁束５６の影響を受けて単位作用部５１，５２の各作用端からより遠い地点で弧を描く磁力線を形成する。つまり、加算して強め合う単位作用部５１，５２の磁束５４，５５は、各作用端からより遠い地点まで到達して分布する。

このため、磁束制御巻線部５３を備えた第３の実施形態による磁束照射装置によれば、生体に照射される磁束５４，５５の実効深さをさらに増やすことが出来る。また、この第４の実施形態において、磁束制御巻線部５３を可撓性を持つ導線から形成した場合には、上述した第２の実施形態と同様な作用効果が奏される。なお、上記複数基の単位作用部５１，５２を有するが、磁束制御巻線部５３は備えていない構成も用途・目的に応じて有用である。

また、上述した各実施形態を適宜複合させて磁束照射装置を構成することも出来る。

このような構成によれば、組み合わされた各構成が持つ作用・効果が相乗して発生し、上述した各実施形態単独の際に奏される効果よりも高い磁束発生効果を奏する磁束照射装置が実現される。

また、本発明の磁束照射装置における磁束発生巻線部を、上記第１〜第３の実施形態におけるソレノイドコイル３１ａ，４１ａ，５１，５２の代わりに、例えば、図２（ａ）に示される、基本巻線部１１aaおよび補強巻線部１１abを有するソレノイドコイル１１ａを用いて構成することも出来る。

ソレノイドコイル１１ａは、内周側に且つ作用部１１の略全長に亘って巻成された基本巻線部１１aaと、その外側に且つ作用端１１ｚ側の短区間に亘って巻成された補強巻線部と１１abとを備えている。

そうすると、作用端１１ｚからは、図２（ｃ）のグラフにおいて、ソレノイドコイル１１ａの各部分に由来する磁束を総和した、出力磁束の密度が特性線ｚで表される磁束が出力される。同グラフの横軸は、ソレノイドコイル１１ａの単位巻線（１巻線）の作用端１１ｚからの距離Ｌ、同グラフの縦軸は、作用端１１ｚから出力される磁束の磁束密度Ｂを示している。特性線ｚは、基本巻線部１１aa由来の出力磁束を表した特性線ｘと、補強巻線部１１ab由来の出力磁束を表した特性線ｙとを合成することによって得られる。このような特性を示す作用部１１によれば、作用部１１の作用端１１ｚには、基本巻線部１１aaによって発生する磁束に、補強巻線部１１abによって発生する磁束が加算され、強い磁界を持つ磁束１２が効率よく発生させられる。

従って、作用部１１の長さを増すことでは果たせなかった照射磁束の強化が、作用端１１ｚ寄りに配置されて磁気回路内の磁界強度の減衰が少ない補強巻線部１１abの磁界による磁束加算作用によって果たされ、密度の高い磁束１２が生体に照射されることになる。

このため、駆動部２１の共振回路に高電圧を発生させることなく、しかも、効率よく、密度が高い磁束１２を生体内の感磁発熱体１３に集中させることが出来、さらに、生体に照射される磁束１２の実効深さ（有効な磁束密度を持つ磁束が作用する深さ）を増やすことが出来る。また、作用部１１は、その有効長さを大きくしたり、その断面積を増やして大型化する必要が無いため、加熱に寄与しない回路インピーダンスの増大が抑制され、電力損失率の増大を防ぐことが出来る。さらに、作用部１１の可搬性が損なわれないため、加温を要する胸部や腹部といった生体部位にも容易にその作用端１１ｚを配置することが出来る。

なお、上述のように、本発明による生体内部加熱用磁束照射装置は、生体内の患部を集中的に加熱するための装置として有用である。

従来の磁束照射装置の作用部の概略構成を示す図である。 （ａ）は本発明の変形例による磁束照射装置に用いられている作用部の概略構成、（ｂ）は本発明の各実施形態による磁束照射装置に用いられている駆動部の概略構成を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示すトランスバース型ソレノイドコイルの巻線位置と作用端に作用する磁束密度との関係を模式的に示すグラフである。 （ａ）は本発明の第１の実施形態による磁束照射装置の作用部の概略構成、（ｂ）は本発明の第２の実施形態による磁束照射装置の作用部の概略構成、（ｃ）は本発明の第３の実施形態による磁束照射装置の作用部を構成する２基の単位作用部の概略構成を示す図である。

符号の説明

１１，３１，４１…作用部
５１，５２…単位作用部
１１ａ，３１ａ，４１ａ…トランスバース型ソレノイドコイル
１１aa…基本巻線部
１１ab…補強巻線部
１１ｂ…磁心
１１ｚ，３１ｚ，４１ｚ…作用部１１，３１，４１の作用端
１２，３２，３３，４２，５４，５５，５６…磁束
１３…感磁発熱体
１４…生体
２１…駆動部
３１ｂ，４１ｂ，５３…磁束制御巻線部

Claims (4)

1. ソレノイドコイルおよびこれに挿入された磁心を有する作用部と、前記ソレノイドコイルに高周波交流電流を流して高周波交流磁束を生じさせる駆動部とを備え、前記作用部の片方の端部を充てて機能させる作用端から生体の内部に設けられた感磁発熱体に磁束を照射し発熱させて前記生体の内部を加熱する生体内部加熱用磁束照射装置において、前記作用部は、前記感磁発熱体に照射する磁束を生じさせるための前記ソレノイドコイルと磁心とを有する磁束発生巻線部と、前記作用端の周囲に張り出して形成された、前記磁束発生巻線部による磁束の範囲を制御する磁束を前記磁束発生巻線部による磁束の周囲に生じさせる磁束制御巻線部とを備えていることを特徴とする生体内部加熱用磁束照射装置。
2. 前記磁束発生巻線部は、位相の揃った前記ソレノイドコイルと磁心とを有する複数基の単位作用部で構成されると共に、各単位作用部はその軸線が前記感磁発熱体側に求心状に集まって磁束密度が加算強化されるように配位されていることを特徴とする請求項１に記載の生体内部加熱用磁束照射装置。
3. 前記磁束制御巻線部は、各前記単位作用部の各前記作用端の周囲にそれぞれ張り出して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の生体内部加熱用磁束照射装置。
4. 前記磁束制御巻線部は、その形状を前記磁束発生巻線部によって生じる磁束の分布を所望の分布となるように設定できる可撓性導線を用いた構造となっていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生体内部加熱用磁束照射装置。
   

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