JP2010518950A - 指関節補綴具 - Google Patents

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Abstract

一つの回動軸心回りで枢動可能に相互連結された第1と第2の関節エレメントを有する本体部(14)を備え、第1と第2の関節エレメントには近位指節骨及び/又は遠位指節骨への固定用アンカー部材(30, 32)がそれぞれ延設され、これらアンカー部材(30, 32)には固定ネジを受け入れるための開口を有する目穴部(40, 42, 44)が設けられている指関節補綴具の構造安定性を向上するため、第1の関節エレメントは挿入用開口(22)を有する外側中空体を備え、第2の関節エレメントは内側中空体を備え、補綴具装着状態においては、内側中空体が挿入用開口(22)を介して外側中空体の内部へ相対回動可能に挿入配置可能であると共に、内側中空体の内部に外側中空体との相対回動可能な連結のためにスピンドル(48)が挿入配置可能である。

Description

本発明は、第1と第2の関節エレメントを有する本体部を備えた指関節補綴具に関するものである。これら関節エレメントは一つの回動軸心周りで枢動可能に相互連結され、各関節エレメントには近位指節骨及び/又は遠位指節骨への固定用アンカー部材がそれぞれ延設されている。各アンカー部材には、固定ネジを受け入れるための開口を有する一つ以上の目穴部も設けられている。
指の中関節における機能障害は、一つの原因として、遺伝性疾患、即ち関節症によって起こり得る。この場合、疾患が関節軟骨の摩滅を招き、従って相応の不適切な歪みや圧力の作用によって関節表面が完全に変形する結果、痛みによる機能制限や関節機能の欠失に至ることもある。また、指の中関節における機能障害は、例えば指関節の脱臼や骨折等の怪我が原因で起こることもある。指関節を骨折したときの初期治療は一般に関節の「外傷関節後遺症」と呼ばれる症状を招き、これも痛みを伴う機能制限や指の中関節の機能減失を誘発する。
上述の機能障害を招く問題点を回避する一つの対処法は、指関節をその機能に適した位置に固定することである。この方法は、確かに痛みからの開放という結果は得られるが、指関節が機能的に完全な使用不能状態となることを意味する。
初期の指関節補綴具の移植手術では、尺骨側へのアクセスのために指関節における内側の側面靱帯を切り離す必要があった。その場合、指関節を側方へ脱臼させ、掌側板部分を分離する。次いで第1指節骨の頭部と第2指節骨の基部のサイズを整形して両指節骨の間に所与の間隙を余裕をもって確保する。そのうえで、手術用切削器具により各指節骨内の中心軸に沿って矩形スペースを穿設する。この矩形スペース内にはシャフトガイドを接合剤で固定する。しかる後、一対の関節エレメントをそれぞれに設けられているアンカー部材によってシャフトガイド内にそれぞれ装着し、両指節骨を曲げ戻し、更に各アンカー部材の開口を芯合わせしてスピンドルを挿入することにより第1と第2の関節エレメントを互いに蝶番状に連結する。
以上のような公知の指関節補綴具の移植手術の手順においては、指関節を側方へ脱臼させなければならないので、指関節の伸筋腱系、二つの屈筋腱及び側面靱帯を刺激し、従って以後の操作性に悪影響を与えることになる。更に加えて、シャフトガイドを指関節内の中心軸方向に挿入しなければならないので、指関節補綴具の移植手術のために多量の骨組織を犠牲にすることになる。
著しく改良された指関節補綴具が本願の発明者のうちの一人であるクリストフ・ランフトによる欧州特許第1096906号明細書(特許文献1)で公知である。この指関節補綴具は、前述したような問題点を回避することができるように改良された新らたな手術手法を可能にしている。特許文献1に開示されている手法では、指関節補綴具を組み立て済みの状態にしたうえで指の半径方向から予め指節骨に整形されたスリットの中に挿入して移植することができ、これによって装着が極めて単純化され、指への損傷も僅かで済むようになった。
しかしながら、反面、この改良形指関節補綴具は極めて精巧な構造であり、機械的強度と耐久性の不足に悩まされている。
欧州特許第1096906号明細書
従って本発明の目的は、冒頭に述べた形式の指関節補綴具を更に改良し、前述のような多量の骨組織の損失という問題点を少なくとも部分的に回避しながらも高水準の構造安定性を備え、同時に患者への損傷が僅かで移植手術も容易にすることのできる指関節補綴具を提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明の一実施形態による指関節補綴具では、冒頭に述べた形式のものにおいて、第1の関節エレメントが挿入用開口を有する外側中空体を備え、第2の関節エレメントが内側中空体を備え、補綴具の装着状態においては、前記内側中空体が前記挿入用開口を介して前記外側中空体の内部へ相対回動可能に挿入配置可能であると共に、前記内側中空体の内部に前記外側中空体との相対回動可能な連結のためにスピンドルが挿入配置可能である。外側中空体と内側中空体は、いずれもそれぞれ外周面と内周面とを有している。内側中空体の外周面は外側中空体の内周面より僅かに小さく、これにより、補綴具装着状態においては、内側中空体を外側中空体内へ相対回動可能に挿入可能である。外側中空体の内周面と内側中空体の外周面はともに回転対称形であり、振動のない円滑な相対回動を保証するためにほぼ同一径である。このように、両中空体の一方が他方の内部で摺動するように互いに相対回動可能とした両中空体の組合せ構造は、特にねじり力を専ら中心スピンドルのみに負担させる構造の特許文献1に記載された指関節補綴具よりも、ねじりや曲げに関する幾何学的慣性モーメントを大幅に向上できる点で有利である。
本発明の特に好適な実施形態によれば、外側中空体及び内側中空体はいずれも中空円筒形である。
金属は生体内での使用において高い安定性と疲労強度を有することから、外側中空体と内側中空体は金属製とすることが特に有利であることが確認されている。この点で、チタンは特に優れた滑動性と摩擦特性を有し、また窒化チタンは生体適合性に優れると共に極めて良好な摩耗特性を有することから、これらの金属を用いることが特に好ましい。
外側及び内側の中空体が金属製の場合、スピンドルは、これら中空体と組み合わせるのに特に適した材料となり得るプラスチック材料製とすることができる。特にPE(ポリエチレン)を用いることが好ましい。但し、スピンドルも金属製としてもよい。
内側中空体と外側中空体の互いに対面する端面間の摺動摩擦を低減するため、プラスチック材料製の環状ディスク又はワッシャーを内側中空体の外端面と外側中空体の内端面との間に介装することができ、この環状ディスクもPE製とするとよい。
本発明による指関節補綴具はPIP関節(近位指節間関節)に好適に使用でき、該関節に生じる力を問題なく支えることができる。通常必要とされる支承能力を得るには、外側中空体の外径をスピンドルの外径の1.5〜2倍程度とすることが望ましい。PIP関節の場合、外側中空体は外形12mm、スピンドルは外形6mmとすることが好ましい。但し、DIP関節(遠位指節間関節)やMCP関節(中手指節間関節)用の代替品として使用することも本発明の範疇である。原理的に、本発明による構造は、上述の有利な寸法関係を維持したまま適切な寸法設計で種々の指関節向けに実施可能である。
外側中空体と内側中空体との間には、それらの相対回動の角度範囲を予め定められた角度に制限するための衝合手段を設けることができる。特に好ましい実施形態において、この衝合手段は内側中空体の外周面上に設けられた略台形状の突部からなり、この突部は、補綴具の装着状態では台形部の立ち上がり端面が外側中空体の挿入用開口の端縁に衝合可能となるように設けられる。相対回動の角度範囲は好ましくは0〜135度とし、更に好ましくは0〜90度とするとよい。
前述の目的を達成するための本発明による更に別の実施形態による指関節補綴具では、冒頭に述べた形式のものにおいて、第1と第2の関節エレメントの各アンカー部材がそれぞれ少なくとも一つの脚状の分枝部を備えている。この分枝部は、前記回動軸心と平行な方向、即ちアンカー部材の長手軸に対して直交する方向に延在していることが好ましい。この場合、指節骨の皮層部にはアンカー部材のためのスリットの脇に更に分枝部を受け入れるための凹部も整形する必要がある。アンカー部材に少なくとも一つ設けられる脚状の分枝部は、アンカー部材の長手軸方向に関して横断する向き、即ち、指関節補綴具の本体部の長手軸方向に向いた荷重が作用したときに指関節補綴具を支えるための支持部として機能する。
アンカー部材には複数の脚状分枝部を設けてもよく、この場合、アンカー部材にはその長手軸に沿って一つ以上の切欠き部を設け、この切欠部によって分枝部同士が間隔をあけて配列されるようにするとよい。補綴具を真上から見たときに、これら複数の分枝部はアンカー部の形状をほぼW字状、U字状あるいはV字状の輪郭にするものである。これらの分枝部は、指節骨への固定ネジの締め込み作業を妨げることがないように、また同時に固定ネジを前記回動軸心に対して傾斜した向きでねじ込むことを可能とするように、アンカー部材の目穴部の開口からずれた位置に設けられていることが望ましい。また、このような傾斜したねじ込み状態を確実にするために、アンカー部材の隣り合う分枝部の間の切欠部の股の基部を傾斜面に形成しておくことも好ましいことである。
脚状の分枝部はアンカー部材の前面側、即ち、装着状態で指節骨側に位置する部分に設けられていることが好ましい。
アンカー部材に作用する支持力のためには、少なくとも一つの分枝部をアンカー部材の前記回動軸心から遠い方の外側自由端に設け、更に別の一つの分枝部をアンカー部材の前記中空体との接合部近傍領域に設けることが格段に有利であることが確認されている。
アンカー部材の前面側、即ち、装着状態で指節骨側とは反対側になる縁部に付加的な分枝部を選択的に設けることにより、指節骨を支承する領域における指節骨との接触表面積を更に拡げることができる。
アンカー部材の前面側及び/又はその反対側の後面側における分枝部は、補綴具を真上から見たときにほぼV字状又はW字状の輪郭形状をアンカー部材に与えるものであり、この場合、装着状態で基節骨側となる相対的に長い方のアンカー部材はW字状の輪郭形状となるようにし、これに対して装着状態で末節骨側となる相対的に短い方のアンカー部材はV字状の輪郭形状となるようにすることが望ましい。
本発明による実施形態を例示する図1〜図4と共に本発明の更なる詳細と特徴及び利点を詳述すれば以下の通りである。
指関節補綴具の移植位置を側面から示す指の中関節の概略模式図である。 本発明による指関節補綴具の側面図である。 図2の指関節補綴具の平面図である。 図3の指関節補綴具の分解斜視図である。
図1は、近位(即ち身体に近い)指節骨4と、遠位(即ち身体から遠い)指節骨6との間の指の中関節2を側面から見た模式図である。図中には、伸筋腱8が両指節骨の下側に示され、屈筋腱10が両指節骨の上側に示されている。
図2〜4に示す指関節補綴具は、図1に示した指関節の内部へ、手掌を真上に向けた状態で前方へ真っ直ぐ伸ばした指の側面から移植するためのものであり、その移植位置は、図1に中央の円で表された蝶番関節部位である。
図2は、組み立てられた状態の指関節補綴具を示す側面図である。この補綴具は、相互に蝶番状に連結された第1の関節エレメントと第2の関節エレメントとからなる本体部14を備えている。この場合、第2の関節エレメントは、第1の関節エレメントに対して図3に示す回動軸心Aの周りに回動可能となるように連結されている。
図2と図3は、移植ポジションにおける指関節補綴具の側面図と平面図を示している。第1の関節エレメントは外側中空シリンダ20を含み、該シリンダは回動軸心Aの片側に挿入用開口22を有する。第2の関節エレメントは内側中空シリンダ24を含み、このシリンダは外側中空シリンダ20の挿入用開口22の内部へ相対回動可能に挿入される。外側中空シリンダは挿入用開口を除く周面で内側中空シリンダの外周面のほぼ半分を覆っている。第2の関節エレメントの内側中空シリンダ24の外周面上には、外側中空シリンダ20の挿入用開口22の端縁と衝合するための内側中空シリンダ24側の衝合端面を形成する約90度の角度領域に亘って延在する略台形状の衝合突部28が形成されている。外側中空シリンダに対する内側中空シリンダの相対回動の許容角度範囲は、衝合突部28の適切な寸法設計によって所望値に制限することができる。
身体に近い方へ延在することになる近位アンカー部材30は外側中空シリンダ20の外周面上で前記挿入用開口とは反対側に一体形成され、これにより第1の関節エレメントを構成している。指関節補綴具の移植対象である指節骨に向かう装着方向に沿って指節骨に近接する方向を前方、指節骨から離反する方向を後方とした場合、この近位アンカー部材30は、指関節補綴具のほぼ中央に位置する外側中空シリンダ20の後方寄りの外周面から回動軸心Aと直交する方向へ延在している。近位アンカー部材30は、本体部14の回動軸心Aに対して直交する方向に拡がる表面を有している。この近位アンカー部材の高さ寸法は、回動軸心方向に沿った本体部14の全長の約1/4である。図2からわかるように、近位アンカー部材30は外側中空シリンダ20の外周面上で回動軸心を含む水平面よりもある程度上方に形成されている。
図2に示す移植ポジションにおいて、身体から遠い方へ延在することになる遠位アンカー部材32は後方側から衝合突部28のほぼ中央部へ亘って内側中空シリンダ24上に一体形成され、近位アンカー部材30と同一平面内に延在している。この遠位アンカー部材32は、身体から遠い方へ向かうように内側中空シリンダ24から回動軸心Aと直交する方向へ延在し、これも面状のものである。
近位アンカー部材30及び遠位アンカー部材32は、補綴具装着状態において指節骨側となる前面側にそれぞれ脚状の分枝部34,36を一体に備えている。これらの分枝部34,36は、本体部14の軸心方向のほぼ半分の長さに亘る範囲内でアンカー部材30,32の長手軸方向を横断するように前方側へ延在している。ここで、少なくとも一つの分枝部34,36が各アンカー部材30,32の回動軸心から遠い方の自由端に形成されており、それにより各アンカー部材30,32に作用する荷重をそれぞれの自由端でも支持できるようにしてある。
遠位アンカー部材32は、図示の移植ポジションから近位アンカー部材30に対して約90度の角度範囲内で上向きに回動可能である。
近位アンカー部材30の上面側には、該アンカー部材30の外側自由端からわずかに内側に寄った位置に第1の目穴部42が一体形成されている。また近位アンカー部材30の上面側には、同じ幾何学形状の第2の目穴部40も第1の目穴部から外側中空シリンダ20に向かって内側へ間隔をあけて寄った位置に一体形成されている。第1の目穴部42と第2の目穴部40は、近位アンカー部材30上で、これら目穴部の開口内へ固定ネジを挿入して該アンカー部材を指節骨にねじ止めできるようにするため、本体部14の回動軸心Aとほぼ平行に延在する脚状分枝部34同士の間に形成されている切欠き部の領域内に正確に位置するように配置されている。固定ネジを回動軸心Aに対して傾斜した方向で目穴部42,40の開口を介して指節骨へねじ込むことができるように、近位アンカー部材30の分枝部34間における切欠き部の股部には目穴部42,40に近接して傾斜面38が形成されている。即ち、この傾斜面では、材料厚が前面側から後方側へ向かって徐々にアンカー部材の全厚み0.7〜1.3mmまで増加している。尚、固定ネジの傾斜ねじ込みを補助する目的で目穴部42,40を垂直面から約5〜10度傾斜させてもよい。
図示の近位アンカー部材30は真上から見るとほぼW字状の輪郭形状である。
近位アンカー部材30の後面側(移植ポジションで指節骨から離反する向きの側)は、外側中空シリンダ20の後端部から回動軸心Aに対して約45度の角度勾配で後方へ延在して突出頂点に至り、さらに該頂点から45度よりも浅い角度の逆勾配で外側自由端へ達している。遠位アンカー部材も同様であり、このようにして形成される各アンカー部材30,32の突出部は、これらアンカー部材を指節骨の本来の形状になるべく適合させ、人工指関節の可動性を阻害することなく指節骨内における接触支持面を増大して機械的安定性を向上するためのものであり、前記後方への勾配と前記逆勾配との間で前記吐出頂点に形成される頂角は、鈍角、好ましくは150〜170度の範囲内とすることが望ましい。
遠位アンカー部材32にも、回動軸心Aとほぼ平行に延在する二つの分枝部36が設けられている。これらの分枝部36は、下面側で股部に傾斜面を設けた切欠き部により互いに間隔をあけられている。遠位アンカー部材32の下面側には、切欠き部から僅かに外側(遠位側)にずれた位置に第3の目穴部44が下向きに突き出るように設けられている。この第3の目穴部44は、遠位アンカー部材32の遠位方向の先端縁のほぼ頂部に一体形成されている。
以上のように構成された第1の関節エレメントと第2の関節エレメントとを相対回動可能に蝶番状に連結するために、PE製のスピンドル48が外側中空シリンダ20の一端面に形成されている開口から挿入される。このスピンドル48は、内側中空シリンダ24の円筒状内部空間を貫通し、内側中空シリンダ24を外側中空シリンダ20内に固定する。スピンドル48は、該スピンドル48と外側中空シリンダ20との適切なプレス嵌合によって外側中空シリンダ20に係合される。スピンドル48の先端には、外側中空シリンダ20の前端面に押し込み可能な縮径係合部が設けられている。
内側中空シリンダ24の外端面は窒化チタン製、外側中空シリンダ20の内端面も窒化チタン製であり、これら端面間の摺動摩擦を低減させるためにPE製の環状ディスク50が両端面間に介装されている。
この指関節補綴具を指関節に移植するには、指関節部位の側面靱帯を切離した後、指節骨の長手軸の一方の側面側から図1に中央の円で示した部位に回転フライス切削手術によって横向きに円筒形の穴を穿設する。この切削穴の中心軸は、遠位指節骨6が真っ直ぐ前方に延びた状態から下方へ曲げた状態へ移行する回動始点における両指節骨4,6の回動軸心に一致する。切削穴の内径及び長さは、人工関節の本体部14の外径と長さに相当する。横向きの切削穴を形成した後、この切削穴から各指節骨に長手方向へ延在する二本のスリット52,54を同様に指節骨の一方の側面からの切削手術によって形成する。スリット52,54の輪郭形状は、各アンカー部材30,32の外形に合致するものであることは述べるまでもない。
切削穴とスリット52,54を穿設した後、指関節補綴具をその前方端から横向きの切削穴内に挿入し、同じ横向きの押込操作によって目穴部40,42,44が指節骨に当接するまで両アンカー部材30,32をスリット52,54内に押し込む。これらのアンカー部材30,32は、チタン製固定ネジを目穴部40,42,44の開口に通して指節骨組織にねじ込むことにより、対応する指節骨4,6に確実に固定される。
指関節補綴具の各構成部分は金属製であることが好ましく、特に、チタン、あるいは窒化チタン製とするのが望ましい。これらの材料は表面が多孔質であり、この多孔質表面組織内への骨組織の成長により、耐久性のある高レベルの移植安定性が確保される点で有利である。更に、その材料表面に骨組織の成長を促進するような生体適合性を持つ被覆層を設けることも可能であり、例えばハイドロキシアパタイトはこの目的で特に優れている。
スピンドルと内側中空シリンダとの間に良好な耐摩擦性能を得るには、スピンドルと内側中空体をいずれも耐摩耗性材料で構成するだけでなく、スピンドルと内側中空シリンダとを僅かに硬度の異なる材料で構成することが望ましい。内側中空シリンダにチタンあるいは窒化チタン製の中空体を使用する場合、スピンドルは耐摩耗性プラスチック材料、特に超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)製とすることが有利である。但し、これ以外にも、良好な低摩擦特性を有するあらゆる最適材料の組み合せを採用することが可能である。
補綴具で置換すべき指関節の寸法に応じて、本発明による指関節補綴具の寸法は以下に示す範囲内とすることが好ましい。
・指関節補綴具本体部の外径:6〜8mm
・スピンドルの外径 :3〜4mm
・アンカー部材の長さ :4〜8mm
・アンカー部材の肉厚 :0.7〜1.3mm
以上の実施形態は、本発明による指関節補綴具によって指の中関節を置換する場合について述べている。同様にして、本発明による指関節補綴具は、寸法の相対的関係を維持したまま外形を相応に適合させることにより、指の先端関節の置換にも使用可能である。
本発明の技術的特徴要件は、各請求項に係る特徴要件だけでなく、個々の請求項同士の組み合せも包含する。本明細書(要約書を含む)に開示した各特徴とその詳細、特に図示の立体形状は、個々の又は組み合わせとして従来技術を超えて新規である限りにおいて本発明に必須の要件として特許請求の範囲に記載した通りである。
A 回動軸心
2 指の中関節
4 近位指節骨
6 遠位指節骨
8 伸筋腱
10 屈筋腱
14 本体部
20 外側中空シリンダ
22 挿入用開口
24 内側中空シリンダ
28 衝合手段
30 近位アンカー部材
32 遠位アンカー部材
34 分枝部
36 分枝部
38 傾斜面
40 第1の目穴部
42 第2の目穴部
44 第3の目穴部
46 外側中空シリンダの端面開口
48 スピンドル
50 環状ディスク
52 スリット
54 スリット

Claims (15)

  1. 一つの回動軸心回りで枢動可能に相互連結された第1と第2の関節エレメントを有する本体部(14)を備え、第1と第2の関節エレメントには近位指節骨及び/又は遠位指節骨への固定用アンカー部材(30,32)がそれぞれ延設され、これらアンカー部材(30,32)には固定ネジを受け入れるための開口を有する目穴部(40,42,44)が設けられている指関節補綴具において、
    第1の関節エレメントが挿入用開口(22)を有する外側中空体を備え、
    第2の関節エレメントが内側中空体を備え、
    補綴具装着状態においては、前記内側中空体が前記挿入用開口(22)を介して前記外側中空体の内部へ相対回動可能に挿入配置可能であると共に、前記内側中空体の内部に前記外側中空体との相対回動可能な連結のためにスピンドル(48)が挿入配置可能であることを特徴とする指関節補綴具。
  2. 前記外側中空体と内側中空体が金属製であることを特徴とする請求項1に記載の指関節補綴具。
  3. 前記スピンドルがプラスチック材料製であることを特徴とする請求項1又は2に記載の指関節補綴具。
  4. 前記外側中空体の内端面と、該内端面に対面する前記内側中空体の外端面との間に環状ディスク(50)が介装されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の指関節補綴具。
  5. 前記外側中空体の外径が前記スピンドルの外径の1.5〜2倍であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の指関節補綴具。
  6. 前記外側中空体と内側中空体が共に円筒形であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の指関節補綴具。
  7. 前記外側中空体と内側中空体との間に衝合手段(28)が設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の指関節補綴具。
  8. 前記衝合手段(28)が前記内側中空体の外周面上に設けられた突部からなることを特徴とする請求項7に記載の指関節補綴具。
  9. 前記衝合手段(28)が130度の角度範囲に亘る突部からなることを特徴とする請求項7又は8に記載の指関節補綴具。
  10. 一つの回動軸心回りで枢動可能に相互連結された第1と第2の関節エレメントを有する本体部(14)を備え、第1と第2の関節エレメントには近位指節骨及び/又は遠位指節骨への固定用アンカー部材(30,32)がそれぞれ延設され、これらアンカー部材(30,32)には固定ネジを受け入れるための開口を有する目穴部(40,42,44)が設けられている指関節補綴具において、
    前記アンカー部材(30,32)が前記回動軸心と平行に延在する少なくとも一つの分枝部(34,36)を備えていることを特徴とする指関節補綴具。
  11. 前記分枝部がアンカー部材の前記回動軸心から遠いほうの自由端に設けられていることを特徴とする請求項10に記載の指関節補綴具。
  12. 前記アンカー部材(30,32)が複数の分枝部(34,36)を有し、これら分枝部が、アンカー部材(30,32)の長手軸に沿って一つ以上の切欠き部によって互いに間隔をあけて配列されていることを特徴とする請求項10又は11に記載の指関節補綴具。
  13. 前記分枝部(34,36)の少なくとも一つが前記アンカー部材(30,32)の前面側に設けられていることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の指関節補綴具。
  14. 前記アンカー部材(30,32)の後面側に更に追加の分枝部が設けられていることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載の指関節補綴具。
  15. 前記後面側の分枝部が指節骨の形状に合わせて成形されていることを特徴とする請求項14に記載の指関節補綴具。
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