JP2014046202A - 使い捨て式ecgリード線コネクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】患者安全性特徴、及び無線周波数識別(RFID)タグ特徴を盛り込んだ、使い捨て式心電計(ECG)リード線コネクタを提供する。
【解決手段】ECGリード線コネクタ10が、標準的な連続式ウェブ加工工程、及び材料を用いたECGリード線アセンブリの低経費大量製造を可能にする方法で設計される。一体型ECGリード線コネクタは、リード線アセンブリの残部を構築するのに用いられるものと同じ印刷工程、及び積層工程を用いて組み立てられる。患者安全性要件が、コネクタ・ピン20がリード線導体と接触することを可能にしつつ、潜在的に有害な電位との不慮の接触を防止するコネクタ電気的接点の物理的寸法、及び誘電性絶縁特徴の厚みによって満たされる。コネクタはまた、多数のリード線構成に適合することを可能にすると共に、利用時に識別され、認証されることを可能にするRFIDタグを組み入れている。
【選択図】図3

Description

本出願は、ECGリード線(誘導線)コネクタの分野に関する。さらに明確に述べると、本出願は、使い捨て式ECGリード線応用及びコネクタの分野に関する。
従来の使い捨て式リード線コネクタは、本出願の設計に盛り込まれている患者の安全性特徴にも無線周波数識別(RFID)特徴にも十分に対応していなかった。従って、現在のリード線コネクタは、使い捨て式にしたり、可撓性印刷基材にリード線を構築するのに用いられる製造工程と両立させたりすることができない。
米国医療機器振興協会(Association for the Advancement of Medical Instrumentation(AAMI))のEC53規格の第4.2.1項は、リード線に接続された患者が電力本線又は他の有害電圧源と期せずして電気的接触を起こす潜在的な危険性を軽減するために、ECGリード線コネクタ要件としてDIN42−802規格を参照している。DIN42−802規格は、30N(6.744ポンド(lbs))の力が加わったときにフィンガのような標準的な試験プローブがECGリード線のコネクタ・ピン(又はソケット)と電気的接触を起こすことがないものと規定している。AAMI ES60601−1 2005 C1 2009の第8.5.2.3項も類似の要件を設けており、但し試験プローブの力を10N(2.248ポンド)に減少させている点が異なる。加えて、ES60601−1規格は、本線電圧からの保護のために沿面距離を1.0mm(0.039インチ(in))、エア・クリアランスを0.5mm(0.0196インチ)、及び絶縁耐力を少なくとも1分間にわたり1,500Vacとすることを要求している。
AAMI EC11:1991/(R)2001(第3.2.14.2.2項)の除細動患者の安全性要件は、除細動の効果を保つために、除細動を受けている患者に送達されるエネルギの減少を、心電計及び付設のリード線が患者に取り付けられているときに除細動装置によって送達される合計エネルギの10%未満に留めることを定めている。除細動装置は5000Vピークまでの電圧を発生し、従って、患者の周囲を分流する除細動エネルギの「電弧発生」を防ぐために、リード線及びコネクタは十分な電気的絶縁を保たなければならない(すなわち5000Vピークに耐えなければならない)。この水準の絶縁を保証するためには、コネクタの露出した伝導面同士の間に5,000ボルトの絶縁破壊強さを支持するために沿面距離8.0mm(0.314インチ)、及びエア・クリアランス4.0mm(0.157インチ)を保たなければならない。これらの寸法要件は、海抜2000メートル未満の高さにおいて基材の比較トラッキング指数(CTI)が175を上回る材料を用いており汚染度が2レベルであるとの仮定に基づく。また、コネクタ/リード線の非露出導体面積は、間に挟んだ特定の絶縁材に基づいて適当な導体間隔を組み入れることにより、5,000ボルトの耐久レベルを支持するように構築されなければならない。
本出願の一観点では、心電計(ECG)リード線コネクタが、複数の電極接点と、該複数の電極接点の各々に対応して電気的に結合された複数のコネクタ・ピンであって、当該複数のコネクタ・ピン及び複数の電極接点は、ECGリード線コネクタを形成している可撓性誘電性基材によって被覆されている、複数のコネクタ・ピンと、前記複数の電極接点に被せて形成されて可撓性誘電性材料に取り付けられている補剛材区域と、補剛材区域及び可撓性誘電性基材の第一の側に設けられた複数の開口であって、前記複数の電極接点の各々の第一の側を露出させている複数の開口と、補剛材区域及び可撓性誘電性材料を貫通するように構成されて、複数の電極接点の各々の間に離隔を画定している複数の位置合わせスロットとを含んでいる。
本出願のもう一つの観点では、心電計(ECG)リード線システムが、可撓性誘電性基材から形成されており、複数の電極接点及び該複数の電極接点の各々に対応して電気的に結合された複数のコネクタ・ピンであって、当該複数のコネクタ・ピン及び複数の電極接点は可撓性誘電性基材によって被覆されている、複数の電極接点及び複数のコネクタ・ピンと、可撓性誘電性材料に取り付けられた補剛材区域であって、複数の電極接点の各々の第一の側を露出させている補剛材区域と、複数の電極接点の各々の間に離隔を画定するように構成されている複数の位置合わせスロットとを有するECGリード線コネクタと、ECGリード線コネクタに係合するように構成されている相手側(mating)コネクタであって、複数の位置合わせタブ及び複数の相手側コネクタ・ピンを含んでおり、複数の位置合わせタブは、上述の複数の電極接点が複数の相手側コネクタ・ピンとの電気的接続を保つようにECGリード線コネクタの複数の位置合わせスロットに係合する、相手側コネクタとを含んでいる。
本出願のもう一つの観点では、心電計(ECG)リード線コネクタが、複数の電極接点と、該複数の電極接点の各々に対応して電気的に結合された複数のコネクタ・ピンと、該複数のコネクタ・ピン及び複数の電極接点を被覆してECGリード線コネクタを形成している可撓性誘電性基材と、複数の電極接点に被せて形成されて可撓性誘電性材料に取り付けられている補剛材区域であって、該補剛材材料の最小厚みが0.040インチである補剛材区域と、補剛材区域及び可撓性誘電性基材の第一の側に設けられた複数の開口であって、複数の電極接点の各々の第一の側を露出させており、最大幅が0.084インチである複数の開口とを含んでいる。
本出願の一実施形態による試験プローブ計算を示す図である。 本出願の一実施形態による試験プローブ計算を示す図である。 本出願の一実施形態による試験プローブ計算を示す図である。 本出願の一実施形態による試験プローブ計算を示す図である。 本出願の一実施形態による試験プローブ計算を示す図である。 本出願の一実施形態を示す図である。 本出願の一実施形態を示す図である。 本出願の一実施形態を示す図である。 本出願の相手側コネクタの一実施形態を示す図である。 本出願の相手側コネクタの一実施形態を示す図である。 本出願の相手側コネクタの一実施形態を示す図である。
本書の記載では、簡略性、明瞭さ及び分かり易さのために幾つかの術語が用いられている。かかる術語は説明目的のためにのみ用いられており広く解釈されることを意図しているため、ここから従来技術の要件を超えた不必要な制限を加えるものではない。本書に記載される様々なシステム及び方法は、単独で用いられてもよいし、他のシステム及び方法と組み合わせて用いられてもよい。特許請求の範囲内で様々な均等構成、代替構成及び改変が可能である。特許請求の範囲における各々の制限は、「〜のための手段」又は「〜のためのステップ」との用語がそれぞれの制限に明示的に記載されている場合にのみ合衆国法典第35巻第112条第6パラグラフの下での解釈を援用するものとする。
先ず、図2を参照すると、一実施形態が、安価な使い捨て式ECGリード線応用向けのECGリード線コネクタ10設計を含んでいる。このコネクタ10は、使い捨て式ECGリード線を製造するのに用いられる印刷工程及び積層工程と両立する構築において所要の患者安全性特徴の全てを実装している。加えて、コネクタ10は多数のリード線構成に適合しており、これらのリード線は、心電計(図示されていない)が、当該リード線コネクタに組み入れられているRFIDタグ26を読み取ることにより識別される。例えば、RFIDタグ26はECGモニタのために、リード線が単一誘導ECG、標準的な12誘導ECG、場合によっては5誘導ECG、又は当技術分野で公知の他の任意のECGリード線セットの何れを含んでいるかを識別し得るものとする。また、RFIDタグ26特徴を用いてリード線利用情報を記録したり、心電計装置と共に用いられているリード線形式を認証したりする。一実施形態では、RFIDタグ26は、コネクタ10及びECGリード線を形成するのに用いられている可撓性印刷基板から形成される。次いで、一実施形態ではRFIDチップを基材に取り付けてもよいし、既製のRFIDタグ26をコネクタ10のリード線システムに取り付けてもよい。かかるRFIDタグ26は、特定のコネクタ10及び/又はリード線セットがどのくらいの時間にわたり何回用いられたかが利用者に分かるように書き換え可能にすることができる。RFIDタグはまた製造工程とも両立する。
図2〜図6(B)を参照すると、一実施形態が、多数の伝導性リード線トレース19を可撓性誘電性基材21に印刷した使い捨て式ECGリード線アセンブリ8を含んでいる。各々の伝導性トレース19が、各々の端部以外のトレース19全長に沿って、患者に有害となる可能性のある電位に接触しないように保護され絶縁されている。一方の端部では、伝導性トレース19は、生理学的ECG信号を測定したい患者の身体の特定の位置に配置することを目的とした電極15に接続されている。電極接点16では、伝導性トレース19は、相手側コネクタ34の一部である相手側コネクタ・ピン36と接触することにより電気的接続を確立することを可能にするように露出している。有害電位が電極接点16と期せずして接触することを防ぐために、所定の厚みの可撓性誘電性基材21がリード線アセンブリ8のECGリード線コネクタ10に被せて恒久的に取り付けられている。この誘電性基材18、21は、電極接点16を相手側コネクタ・ピン36の露出部と接触させることを目的とした各区域の上に位置合わせスロット12、14と呼ばれる小開口を有している。これらの開口に加えて、誘電性基材18材料はまた、コネクタ・ピン20の露出部の間に「エア・ギャップ」を導入するために接点口の開口同士の間に狭いスロット開口を有している。エア・ギャップ・ロットの長さによって、コネクタ・ピン20の露出部の間の間隔を、接点同士の間の所要の「沿面」距離よりも小さい寸法まで縮小することが可能になる。沿面距離は、導体同士の間の任意の表面に沿った最短距離である。すると、コネクタ・ピン20の間隔は、接点同士の間の所要の「クリアランス」距離によってのみ限定される。クリアランス距離は、導体同士の間の材料表面の経路に限定されない最短距離である。適正な誘電性基材18の厚み、開口及びスロット寸法を選択することにより、リード線コネクタ10が心電計に接続されているときも切断状態のときも所要の患者安全性要件の全てを満たすことができる。
これらの要件としては、規定されたエア「クリアランス」距離、「沿面」距離、及び相手のないコネクタ10に対する安全性規制によって規定されている「試験フィンガ」装置を用いるときの電極接点16との接触の防止等がある。リード線コネクタ10はRFIDタグ26を組み入れているが、RFIDタグ26は、当該リード線タグ26に情報を読み書きするために心電計への伝導性電気的接続を要求しない。これにより、安全性に影響を及ぼしたり追加のリード線コネクタ・ピンを要求したりせずにタグ26をリード線コネクタに埋め込むことが可能になる。このリード線コネクタ10設計は、幾つかの方向すなわち前方又は後方からの心電計装置への取り付けを支持し、様々な形式の測定を行なうために多数のリード線形式を同時に接続することも可能にする。但し、コネクタ10は、リード線アセンブリ8がECG装置にのみ接続され得るのであって、さらに標準的な接続点、例えば網プラグ、USBを有する他の何らかの装置には接続されないように構成される。これにより、患者に有害となり得る危険な電圧電位にリード線アセンブリ8を挿し込むといった事態をさらに減らす。さらに、位置合わせ孔30が特定のECG装置向けに特定的に形成されていてよく、換言すると、図2(同図では位置合わせ孔30は1個しかない)に示すように、位置合わせ孔30は、位置合わせスロット12、14がECG装置の内部に適正に嵌まり、ECG装置(図示されていない)の受容部の内部のピンが位置合わせ孔30を収容するように、コネクタ10がECG装置の正しい位置に接触するように構成されることを特記しておく。
ここで図2を参照すると、ECGリード線コネクタ10の一実施形態はまた、位置合わせスロット12、14、並びに電極接点16及びコネクタ・ピン20の周りに形成された誘電性塗膜18を含んでいる。位置合わせスロット12、14は、上の議論に従って接点離隔28を設けており、このことについては後にあらためて説明する。誘電性塗膜18はまた、後にあらためて説明するようにトレース離隔22を設けている。補剛材区域24が誘電性塗膜18の周りに付加的な材料を形成することを可能にしており、コネクタ10がECG装置に挿し込まれるのに十分に剛性になるようにしている。さらに、二つの異なる位置合わせスロット12、14が存在しており、一方の形式のスロット12が短スロット14よりも長いことを特記しておく。任意の所与の電極接点16のセットの間に用いられるスロット12、14は、コネクタ10の手段に応じて構成されてよい。
図3及び図4を再び参照すると、リード線アセンブリ8の一実施形態はまた、可撓性誘電性基材21に切り込まれた開口の形態のECGアセンブリ位置合わせ孔17を含み、患者の解剖学的構造がこのECGアセンブリ位置合わせ孔17と適正に整列し得るようにしている。例えば、ECGアセンブリ位置合わせ孔17は、当該ECGアセンブリ位置合わせ孔17の細い端部が患者の頭部を指すようにして、患者の胸骨に配置されるように形成され得る。
図5を参照すると、相手側コネクタ34の一実施形態が図示されている。この相手側コネクタ34は一実施形態では、ECGモニタ装置(図示されていない)に設置されて、ECGリード線コネクタ10を受け入れる。相手側コネクタ34は、ECGリード線コネクタ10の位置合わせスロット12、14を受け入れる位置合わせタブ38を含んでおり、電極接点16が相手側コネクタ・ピン36との電気的接続を保つことを可能にしている。次いで、これらのピン36は、ECGモニタ装置の適当なリードに電気的に接続され得る。
図6(A)及び図6(B)を参照すると、相手側コネクタ34のさらにもう一つの実施形態が図示されている。この場合にもやはり、この相手側コネクタ34は、位置合わせスロット12、14を受け入れる多数の位置合わせタブ38、及び相手側コネクタ・ピン36を含んでいる。図6(B)では、相手側コネクタ・ピン36の構成を示すために相手側コネクタ34を反転させている。
ここで図1(A)〜図1(E)を参照すると、これらの図は、一実施形態による試験プローブ計算を図示している。試験プローブ32の先端は図1(A)及び図1(B)に示すように2種の半径を有している。図1(A)では半径R4は4.0mm±0.05mmであり、図1(B)では半径R2は2.0mm±0.05mmである。これら2種の半径の大きい方R4は、2.0mmよりも大きいが4.0mmよりも小さい開口に試験プローブ32が完全に入り込むのを防ぐ。図1(C)及び図1(D)は、図1(B)の断面1C及び1Dを示している。以下の最悪のケースの解析を単純化するために、小さい方の半径R2のみを考える。この単純化した解析の下で要件が満たされれば、大きい方の半径R4の効果を含めると半径の大きい分の差だけを改善する。
最小プローブ先端半径=1.95mm(0.077インチ)
図1(A)〜図1(E)及び図2を同時に参照すると、補剛材区域24の下方で接点16と電気的接触を形成することに関するリード線コネクタ10の寸法は、補剛材材料の厚みが0.045インチ±0.005インチであり、電極接点16開口の幅が0.0785インチ±0.005インチである。言うまでもなく、開口寸法が補剛材厚みに基づいておりフィンガ・プローブが保護された伝導面から所定の距離よりも近くに近付かないようにするようなさらに他の実施形態を設計することもできる。
最小補剛材厚み=0.040インチ(1.016mm)
最大接点開口=0.084インチ(2.1209mm)
図1(C)は、半径Rの試験プローブ32の先端が補剛材開口スロット幅wに入るときの貫入距離dの幾何学的関係を示しており、この関係は下記の式(1)〜式(3)を用いて計算される。
X=√{R2−(w2/4)} (1)
d=R−X (2)
d=R−√{R2−(w2/4)} (3)
式中、dはコネクタ10への試験プローブ32の貫入深さを表わす。エア・クリアランスは近似的に補剛材厚みから貫入深さを減じたものであり、沿面距離は少なくとも同じだけありおそらく補剛材厚み自体に等しい。
従って、ECGリード線コネクタ10の最悪のケースの試験プローブ32貫入深さ及びエア・クリアランス距離は、下記の通りとなる。
d=0.012インチ(0.314mm)
最悪のケースのエア・クリアランス=0.028インチ(0.702mm)
沿面距離 0.040インチ(1.016mm)
この解析に基づいて、試験プローブ32の先端はコネクタ10の内部の電極接点16と接触することはできず、最悪のケースの沿面距離は、補剛材材料の圧縮効果を除けば規格によって規定される最小1.0mmよりも大きくなる。この解析は、電力本線又は他の有害電位との不慮の接触に関連する危険から患者を保護することを目的とする1,500ボルト規格要件をカバーする。除細動装置によって送達されるエネルギの最大10%の減少に関連して5,000V絶縁を達成する設計の二次的な観点は、補剛材厚みの2倍に接点同士の間の間隔を加えたもの(すなわち最小4.0mmのエア・クリアランス)、及び補剛材厚みの2倍にエア・ギャップ・スロットの各辺を巡るの表面距離を加えたもの(すなわち最小8.0mmの沿面距離)によって対処される。
コネクタ10の補剛材区域24は、30N(6.744ポンド)の力を受けると幾分の変形を有し得るような半剛性材料から製造され、このためこの試験プローブ32の力が沿面距離及びエア・クリアランス距離に加わる影響は無視することができない。補剛材区域24のための材料は指示された試験フィンガ・プローブ圧力の下で実質的に変形しない任意の適当な材料から選択され得る。
この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、あらゆる当業者が発明をを製造して利用することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
8:リード線アセンブリ
10:ECGリード線コネクタ
12、14:位置合わせスロット
15:ECG電極
16:電極接点
17:ECGアセンブリ位置合わせ孔
18:誘電性塗膜
19:伝導性トレース
20:コネクタ・ピン
21:可撓性誘電性基材
22:トレース離隔
24:補剛材区域
26:RFIDタグ
28:接点離隔
30:位置合わせ孔
32:試験プローブ
34:相手側コネクタ
36:相手側コネクタ・ピン
38:位置合わせタブ

Claims (17)

  1. 複数の電極接点と、
    該複数の電極接点の各々に対応して電気的に結合された複数のコネクタ・ピンであって、当該複数のコネクタ・ピン及び前記複数の電極接点は、心電計(ECG)リード線コネクタを形成している可撓性誘電性基材により被覆されている、複数のコネクタ・ピンと、
    前記複数の電極接点に被せて形成されて前記可撓性誘電性材料に取り付けられている補剛材区域と、
    該補剛材区域及び前記可撓性誘電性基材の第一の側に設けられた複数の開口であって、前記複数の電極接点の各々の第一の側を露出させている複数の開口と、
    前記補剛材区域及び前記可撓性誘電性材料を貫通するように構成されて、前記複数の電極接点の各々の間に離隔を画定している複数の位置合わせスロットと
    を備えた心電計(ECG)リード線コネクタ。
  2. 当該ECGリード線コネクタがECGモニタ装置により識別され得るように当該ECGリード線コネクタに取り付けられている無線周波数識別(RFID)タグをさらに含んでいる請求項1に記載の心電計(ECG)リード線コネクタ。
  3. 前記ECGモニタ装置の相手側コネクタに係合する請求項1に記載の心電計(ECG)リード線コネクタ。
  4. 前記相手側コネクタは複数の位置合わせタブ及び複数の相手側コネクタ・ピンを含んでおり、前記複数の位置合わせタブは、前記複数の電極接点が前記複数の相手側コネクタ・ピンとの電気的接続を保つように当該ECGリード線コネクタの前記複数の位置合わせスロットに係合する、請求項3に記載の心電計(ECG)リード線コネクタ。
  5. 当該ECGリード線コネクタが前記ECGモニタ装置に適正な位置で係合するように前記ECGモニタ装置に係合する少なくとも一つの位置合わせ孔をさらに含んでいる請求項1に記載の心電計(ECG)リード線コネクタ。
  6. 前記複数の位置合わせスロットは少なくとも所要の沿面距離の電極接点離隔距離を保つ、請求項1に記載の心電計(ECG)リード線コネクタ。
  7. 前記可撓性誘電性基材は、前記複数のコネクタ・ピンの各々の間に少なくとも所要のクリアランス距離である離隔を保つ、請求項1に記載の心電計(ECG)リード線コネクタ。
  8. 当該ECGリード線コネクタの前記コネクタ・ピンの各々は、リード線アセンブリに電気的に結合され物理的に結合されている、請求項1に記載の心電計(ECG)リード線コネクタ。
  9. 前記複数のコネクタ・ピンに電気的に結合されており、複数のECG電極にさらに結合されている複数の伝導性トレースを前記リード線アセンブリにおいてさらに含んでいる請求項8に記載の心電計(ECG)リード線コネクタ。
  10. 可撓性誘電性基材から形成されており、複数の電極接点及び該複数の電極接点の各々に対応して電気的に結合された複数のコネクタ・ピンであって、当該複数のコネクタ・ピン及び当該複数の電極接点は前記可撓性誘電性基材により被覆されている、複数の電極接点及び複数のコネクタ・ピンと、前記可撓性誘電性材料に取り付けられた補剛材区域であって、前記複数の電極接点の各々の第一の側を露出させている補剛材区域と、前記複数の電極接点の各々の間に離隔を画定するように構成されている複数の位置合わせスロットとを有する心電計(ECG)リード線コネクタと、
    該ECGリード線コネクタに係合するように構成されている相手側コネクタであって、複数の位置合わせタブ及び複数の相手側コネクタ・ピンを含んでおり、前記複数の位置合わせタブは、前記複数の電極接点が前記複数の相手側コネクタ・ピンとの電気的接続を保つように前記ECGリード線コネクタの前記複数の位置合わせスロットに係合する、相手側コネクタと
    を備えた心電計(ECG)リード線システム。
  11. 前記ECGリード線コネクタがECGモニタ装置により識別され得るように前記ECGリード線コネクタに取り付けられている無線周波数識別(RFID)タグをさらに含んでいる請求項10に記載の心電計(ECG)リード線システム。
  12. 前記ECGリード線コネクタが前記ECGモニタ装置に適正な位置で係合するように前記ECGモニタ装置に係合する少なくとも一つの位置合わせ孔をさらに含んでいる請求項10に記載の心電計(ECG)リード線システム。
  13. 前記複数の位置合わせスロットは少なくとも所要の沿面距離の電極接点離隔距離を保つ、請求項10に記載の心電計(ECG)リード線システム。
  14. 前記可撓性誘電性基材は、前記複数のコネクタ・ピンの各々の間に少なくとも所要のクリアランス距離である離隔を保つ、請求項10に記載の心電計(ECG)リード線システム。
  15. 前記ECGリード線コネクタの前記コネクタ・ピンの各々は、リード線アセンブリに電気的に結合され物理的に結合されている、請求項10に記載の心電計(ECG)リード線システム。
  16. 前記複数のコネクタ・ピンに電気的に結合されており、複数の電極にさらに結合されている複数の伝導性トレースを前記リード線アセンブリにおいてさらに含んでいる請求項15に記載の心電計(ECG)リード線システム。
  17. 複数の電極接点と、
    該複数の電極接点の各々に対応して電気的に結合された複数のコネクタ・ピンと、
    該複数のコネクタ・ピン及び前記複数の電極接点を被覆して当該心電計(ECG)リード線コネクタを形成している可撓性誘電性基材と、
    前記複数の電極接点に被せて形成されて前記可撓性誘電性材料に取り付けられている補剛材区域であって、当該補剛材材料の最小厚みが0.040インチである補剛材区域と、
    該補剛材区域及び前記可撓性誘電性基材の第一の側に設けられた複数の開口であって、前記複数の電極接点の各々の第一の側を露出させており、最大幅が0.084インチである複数の開口と
    を備えた心電計(ECG)リード線コネクタ。
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