JP2017225715A - 空気送込装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静粛性を維持しつつ携帯性の更なる向上が図られた空気送込装置を提供することを目的とする。【解決手段】患者の気道に空気を送り込む、ＣＰＡＰ装置等の空気送込装置であって、患者に装着されるマスクあるいは鼻カニューレとの間をつなぐホースの端部に差し込まれる、先端に空気送込口２１ａが形成されたホース接続部２１と、空気送込口２１ａからホース内に空気を送り込むターボファン５０と、ホース接続部２１をホース端部に差し込んだときのホース内部に位置する部分に備えられた、空気を通過させて通過前よりも通過後の空気の流れを整流に近づける整流板２２とを具備する。【選択図】図５

Description

本発明は、患者の気道に空気を送り込む空気送込装置に関する。

従来より、睡眠時無呼吸症候群の治療に用いるＣＰＡＰ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ａｉｒｗａｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）装置や、痰を吐き出すために咳をすることが困難な人を支援する気道粘液除去処置等、患者の気道に空気を送り込む空気送込装置が知られている。ここでは、一例として、ＣＰＡＰ装置を取り上げて説明する。

睡眠時無呼吸症候群の治療用として、顔にマスクあるいは鼻カニューレを装着し、ファンで空気を強制的に気道に送り込むＣＰＡＰ装置が用いられている。このＣＰＡＰ装置として、ファンを内蔵した本体装置を人体から離れた位置に置き、その本体装置と顔に宛てがうマスクとの間をホースで接続して、そのホースを経由して空気を送り込む構造が一般に採用されている。マスク等は、様々な形状のものが開発されて市販されており、患者は自分の顔の形や好みに合うマスク等を任意に選択して使用している。

この構造のＣＰＡＰ装置の場合、ホースを定期的に洗浄する必要があり、本体装置が持ち運びに不便な大きさであるなど、いくつもの課題がある。このため、このＣＰＡＰ装置は、毎日継続して使用しなければならない治療器具であるのに反して、患者にとっても取扱いが不便な治療器具の１つとなっている。

ここで、特許文献１には、小型化・軽量化による携帯性の向上を図るとともに、小型化・軽量化とは相反する要素を持つ静粛性の向上を図ったＣＰＡＰ装置が提案されている。この特許文献１に提案されているＣＰＡＰ装置によれば、それ以前のＣＰＡＰ装置と比べ、小型化・軽量化による携帯性と静粛性とがかなりの高い次元で両立されている。ただし、携帯性と静粛性の要請は、この特許文献１において提案されたレベルで十分に満足されるというものではなく、更なる向上が望まれている。また、携帯性と静粛性の要請は、ＣＰＡＰ装置に限られず、患者の気道に空気を送り込む空気送込装置全般に対する要請でもある。

特開２０１６−０３４４１１号公報

本発明は、上記事情に鑑み、静粛性を維持しつつ携帯性の更なる向上が図られた空気送込装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の空気送込装置は、患者の気道に空気を送り込む空気送込装置であって、
患者に装着されるマスクあるいは鼻カニューレとの間をつなぐホースの端部に差し込まれる、先端に空気送込口が形成されたホース接続部と、
空気送込口からホース内に空気を送り込むファンと、
ホース接続部をホース端部に差し込んだときのホース内部に位置する部分に備えられた、空気を通過させて通過前よりも通過後の空気の流れを整流に近づける整流板とを具備することを特徴とする。

空気送込装置の筐体と患者に装着されるマスクあるいは鼻カニューレとの間はホースで接続される。このため、空気送込装置の筐体には、ホース接続部が必要となる。一方、整流板は、ファンから送り出された空気流の乱流を低減させることにより静粛性の向上に寄与する部品であるが、乱流の有効な低減のためには、ファンの空気吐出口から整流板までの距離を、ある程度の長さ以上の距離、例えば３０ｍｍ以上の距離とする必要がある。

本発明の空気送込装置は、この点に着目し、整流板を、ホース接続部をホース端部に差し込んだときの、そのホースの内部に位置する部分に配置したものである。これにより、前掲の特許文献１のＣＰＡＰ装置のように整流板よりも空気の流れの下流側にホース接続部を設けた場合と比べ、静粛性を維持しつつ更なる小型化が図られる。

ここで、本発明の空気送込装置において、
整流板通過後の空気の圧力を測定する圧力センサと、
ホース接続口が差し込まれたホース端部の内壁面を外壁面とし整流板を通過した後の空気流路と繋がる第１の圧力測定室と、
第１の圧力測定室内の空気の圧力を圧力センサに伝える第１の圧力伝達路とを備えることが好ましい。

空気送込装置には、患者の気道に送り込む空気の圧力モニタ用として、あるいは圧力制御用として、圧力センサを備えるのが一般的である。この圧力センサを備えた場合に、この圧力センサでの圧力測定の対象となる第１の圧力測定室の外壁面として、ホース接続口が差し込まれたホース端部の内壁面を利用することで、空気送込装置の筐体にはその外壁面を形成するための厚みが不要となり、その分、空気流路を大口径化して空気流に対する圧力損失のレベルを低く抑えることができる。

また、前掲の特許文献１のＣＰＡＰ装置と比べたとき、静粛性のみでなく圧力測定精度についても維持したまま、更なる小型化を実現することができる。

また、本発明の空気送込装置において、
整流板を通過して流れる空気の流量を整流板通過前後の空気の差圧に基づいて測定する流量センサと、
整流板を通過する前の空気流路と繋がる第２の圧力測定室と、
第２の圧力測定室内の空気の圧力を流量センサに伝える第２の圧力伝達路とを備え、
上記第１の圧力伝達路が、第１の圧力測定室内の空気の圧力を圧力センサとともに流量センサに伝えるものであることが好ましい。

流量センサを備えて空気の流量を測定すると、患者が吸気のタイミングにあるか呼気のタイミングにあるか等、患者の現在の状況を把握することができる。そこで、患者に送り込む空気流の制御を行なうにあたり圧力センサに加え流量センサを備えると、それらの測定結果に応じてファンの回転速度を制御して、その患者のその時その時の状況に合わせた、きめ細かな制御を行なうことができる。

また、上述の圧力測定の場合と同様、流量測定を行なうにあたっても、その測定精度を維持したまま小型化が実現することができる。

ここで、本発明の空気送込装置が、睡眠時の患者の呼吸を確保するＣＰＡＰ治療に用いられる装置であることが好ましい。

本発明の空気送込装置は、ＣＰＡＰ装置に好適に適用可能である。

以上の本発明によれば、静粛性を維持しつつ更なる小型化が図られた空気送込装置が実現する。

本発明の一実施形態としてのＣＰＡＰ装置の全体構成図である。 図１に示すＣＰＡＰ装置の使用状態を示す説明図である。 送風ユニットの斜視図である。 ＣＰＡＰ装置の制御ブロック図である。 図３に外観を示す送風ユニットの主要部品の分解斜視図である。 図３に外観を示す送風ユニットの主要部品の、図５とは異なる向きから眺めた形状を示した分解斜視図である。 送風ユニットを構成する一部の部品を組み立てた状態を、図６に示す矢印Ｚの向きに見て示した図である。 図７に矢印Ｈ−Ｈで示す面での断面図である。 図７に矢印Ｉ−Ｉで示す面での断面図である。 ホース接続部品の整流板近傍部分とキャップ部品の分解斜視図である。 キャップ部品を取り付けた状態のホース接続部品の、整流板近傍部分の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態としてのＣＰＡＰ装置の全体構成図、図２は、図１に示す
ＣＰＡＰ装置の使用状態を示す説明図である。ただし、図２では、図１に示すコントロー
ルユニット８０は図示省略されている。

このＣＰＡＰ装置１００は、送風ユニット１０と、コントロールユニット８０と、ケーブル９０とを備えている。このＣＰＡＰ装置１００は、図２に示すように、送風ユニット１０とマスク３００とをホース２００で繋ぎ、マスク３００を患者４００の顔面に装着し、送風ユニット１０を患者４００の寝具の上あるいは脇に置いた状態で使用される。ホース２００は、例えば長さが５０ｃｍ程度のものである。

図３は、送風ユニットの斜視図である。

この送風ユニット１０の筐体１１には、後述するターボファン５０（図５、図６参照）が内蔵されている。また、この送風ユニット１０は、ホース２００（図１，図２参照）が接続されるホース接続部２１や整流板２２を備えたホース接続部品２０を有する。このホース接続部品２０のホース接続部２１は、突き出た形状を有し、整流板２２をその先端近傍に備え、さらに、その先端には、整流板２２を通過した空気をホース２００に送り込む空気送込口２１ａが形成されている。このホース接続部２１はホース２００の一端に差し込まれる。

また、この筐体１１には、図３の右側を向いた面に筐体１１内に空気を取り込む空気取込口（不図示）が設けられている。この筐体１１に内蔵されているターボファン５０はその空気取込口から筐体内に取り込んだ空気を吸入してホース接続部２１の先端の空気送込口２１ａから、そのホース接続部２１に接続されたホース２００内に空気を送り込む。

また、このホース接続部２１の先端近傍に備えられた整流板２２は、空気を通過させて通過前よりも通過後の空気の流れを整流に近づけるものである。ホース接続部２１からホース２００内に送り込まれる空気はこの整流板２２を通過する際に流れが整えられ、流れのバラつきや空気の圧力振動が抑えられる。これにより、渦の発生領域、圧力振動領域が抑制されて、発生するノイズが低減する。

図４は、ＣＰＡＰ装置の制御ブロック図である。

ここには、送風ユニット１０からホース２００を経由し、さらにマスク３００を通って流れる空気流路ＡＦと、このＣＰＡＰ装置１００の主な構成要素が示されている。

送風ユニット１０には、その空気流路ＡＦ上に、筐体１１の空気取込口１１ａから取り込んだ空気の流入音を低減するサイレンサ９１、および空気を送り出すターボファン５０が備えられている。このターボファン５０は空気動圧軸受によりブレード等のロータ部が回転自在に支持されているため高速回転が可能であって、小型化・軽量化が図られている。

ターボファン５０から送り出された空気は、整流板２２を通過してホース２００内に送り込まれ、そのホース２００を経由してマスク３００に送り込まれる。マスク３００に送り込まれた空気は、患者の吸気動作に伴って患者の気道に送り込まれ、患者の呼気動作により、リーク穴３０１（図２を合わせて参照）を通って外部に吐出される。

ここで、送風ユニット１０の筐体１１には、流量センサ６１と圧力センサ６２が内蔵されている。これら流量センサ６１と圧力センサ６２には、整流板２２の近傍の空気の圧力が圧力伝達路７０を経由して伝達されて、その部分の流量と圧力が測定される。それらの測定結果は、ケーブル９０を経由してコントロールユニット８０に伝えられる。圧力伝達路７０の詳細については、後述する。

コントロールユニット８０には、ユーザインタフェース８１と、制御基板８２と、バッテリ８３が内蔵されている。またこのコントロールユニット８０にはＡＣアダプタ接続端子８４（図１を合わせて参照）が備えられている。

ユーザインタフェース８１は、図１に示すように、複数の操作ボタン８１ａと表示画面８１ｂとを有する。患者は、表示画面８１ｂを確認しながら操作ボタン８１ａを操作し、固定モードとオートモードとの別、医師により指定されている、ターボファン５０から送り出される空気の圧力範囲、ターボファン５０のオン／オフのタイミング等を設定する。

ここで、固定モードは、ターボファン５０から送り出される空気の圧力を指定された圧力に固定するモードであり、オートモードは、流量センサ６１や圧力センサ６２による流量や圧力の変化から患者の呼吸の状態を検出し、患者の呼吸の状態に応じて、指定された圧力範囲内で圧力を変化させるモードである。

ユーザインタフェース８１で設定された情報は制御基板８２に入力される。また、流量センサ６１や圧力センサ６２で測定された空気の流量や圧力も制御基板８２に入力される。制御基板８２では、それらの情報を基にターボファン５０の単位時間あたりの回転数が算出される。そしてターボファン５０を算出された回転数で回転させるためのファン駆動信号が生成され、ケーブル９０を経由してターボファン５０に伝えられる。ターボファン５０は、その伝えられてきたファン駆動信号に応じた回転数で回転する。

また、コントロールユニット８０に内蔵されているバッテリ８３は、このＣＰＡＰ装置１００を１回の睡眠時間である８時間動作させることができるだけの容量を持っているバッテリである。このバッテリが搭載されていることで、一泊であれば、商用電力を得ることのできない環境下であっても使用することができる。このバッテリは、ＡＣアダプタ接続端子８４に接続されるＡＣアダプタ（不図示）から充電される。

以下、送風ユニットの詳細構造を説明する。

図５，図６は、図３に外観を示す送風ユニットの主要部品の、互いに異なる向きから眺めた形状を示した分解斜視図である。

ここで、図４は、ＣＰＡＰ装置１００の動作説明図であり、図５，図６は、主としては、図４に示す圧力伝達路７０の説明図である。このため、図４と、図５および図６とでは、一部の部品あるいは要素が共通しており、また、一部の部品あるいは要素は互いに異なっている。

図５，図６には、これまでの説明にも登場してきた部品である、ホース接続部品２０、ターボモータ５０、流量センサ６１および圧力センサ６２が示されている。また、図５，図６には、さらに、ジョイント部品４０とチューブ７９が示されている。

ジョイント部品４０はゴム製の部品であり、主に、ターボファン５０の空気吐出口５１と整流板２２とを繋いで空気流路を形成する役割と、図４に示した圧力伝達路７０を構成する役割とを担っている。

このジョイント部品４０の中央には、ターボファン５０とホース接続部品２０とを繋いで空気流路を形成する貫通孔４１が形成されている。

また、圧力伝達路７０は、整流板２２を通過した後の空気流路の圧力を伝える第１伝達路７１（図８参照）と整流板２２を通過する前の空気流路の圧力を伝える第２伝達路７２（図９参照）との２つの圧力伝達路で構成されている。整流板２２を通過した後の空気流路の圧力を伝える第１伝達路７１は流量センサ６１と圧力センサ６２との双方に繋がっている。また、整流板２２を通過する前の空気流路の圧力を測定する第２伝達路７２は流量センサ６１に繋がっている。整流板２２は、差圧を発生させるオリフィスの役割を果たしており、流量センサ６１ではその差圧から流量が検出される。以下、これらの圧力伝達路について詳述する。

圧力センサ６２には、チューブ７９が接続されている。このチューブ７９は、整流板２２を通過した後の空気流路の圧力を測定する第１伝達路７１の一部を成している。このチューブ７９は、ジョイント部品４０に設けられている貫通孔４２を通過し、案内スリット４３を通って、ホース接続部品２０の、ジョイント部品４０に向かって突き出た連結部２３と連結する。この連結部２３には、その中央に、整流板２２の外側まで貫通した貫通孔２７が設けられている。

また、流量センサ６１は第１検出口６１１と第２検出口６１２を有し、この流量センサ６１では、第１検出口６１１に伝達された圧力と第２検出口６１２に伝達された圧力との間の差圧に基づいて、空気流路を流れる空気の流量が検出される。

流量センサ６１は第１検出口６１１および第２検出口６１２は、ジョイント部品４０の第１貫通孔４４および第２貫通孔４６にそれぞれ差し込まれる。第１貫通孔４４は、ジョイント部品４０のホース接続部品２０側を向いた面に形成されている第１溝４５と、ホース接続部品２０の、ジョイント部品４０側を向いた面に形成されている第１対向溝２４とが合わさることによって形成される圧力伝達路を通って、ホース接続部品２０に設けられている連結部２３に繋がっている。すなわち、チューブ７９に加え、第１貫通孔４４、互いに向き合って合わさった第１溝４５と第１対向溝２４からなる圧力伝達路、および、連結部２３を貫く貫通孔２７も、整流板２２の外側の空気流路の圧力を伝える第１伝達路７１を構成している。

また、第２貫通孔４６も、もう一方の第２溝４７に繋がっている。この第２溝４７は、ホース接続部品２０の、ジョイント部品４０側の面に設けられている第２対向溝２５と合わさることによって圧力伝達路の一部を構成している。これらの第２溝４５と第２対向溝２５により形成される圧力伝達路は、さらに、ジョイント部品４０の外向きに開いた溝４８とホース接続部品２０の内壁面２６とで構成される圧力伝達路、さらに、整流板２２の内側の空間の圧力を測定するための内側圧力測定室２９（図９を参照して後述する）に繋がる通し孔２９ａを経由して、その内側圧力測定室２９に繋がっている。すなわち、ジョイント部品４０の第２貫通孔４６、ジョイント部品４０の第２溝４７とホース接続部品２０の第２対向溝２５とで構成される圧力伝達路、ジョイント部品４０の溝４８とホース接続部品２０の内壁面２６とで構成される圧力伝達路、および、ホース接続部品２０に設けられている通し孔２９ａは、整流板２２を通過する前の空気流路の圧力を流量センサの６１の第２検出口６１２に伝える第２伝達路７２を構成している。

このように、本実施形態では、ゴム製のジョイント部品４０を備えて、そのジョイント部品４０にターボファン５０の空気吐出口５１と整流板２２とを繋いで空気流路を形成する役割と、図４に示した圧力伝達路７０を構成する役割を担わせ、これにより、部品点数の少ない送風ユニット１０を実現している。

図７は、送風ユニットを構成する一部の部品を組み立てた状態を、図６に示す矢印Ｚの向きに見て示した図である。具体的には、この図７には、図５，図６に示す部品のうち、サーボモータと圧力センサを除く部品が示されている。なお、この図７には、図５，図６には不図示の、流量センサ６１を取り付ける取付部品６３も示されている。

この図７は、以下に示す、図８，図９に示す断面図の断面位置を示すための図である。

図８は、図７に矢印Ｈ−Ｈで示す面での断面図である。

この図８には、整流板２２の外側の空間の圧力を流量センサ６１の第１検出口６１１に伝える第１伝達路７１が示されている。この第１伝達路７１は、チューブ７９を経由して圧力センサ６２にも繋がっている（図５，図６参照）。

図９は、図７に矢印Ｉ−Ｉで示す面での断面図である。

この図９には、整流板２２の内側の空間に圧力を流量センサ６１の第２検出口６１２に伝える第２伝達路７２が示されている。

ホース接続部品２０には、内側圧力測定室２９が、整流板２２を一周に亘って取り巻くように形成されている。そして、その内側圧力測定室２９は、一周の間の６か所で、ターボファイン５０から吐出した空気が流れる空気流路に繋がっている。第２伝達路７２は、内側圧力測定室２９に繋がっていて、その内側圧力測定室２９内の空気の圧力を伝達する圧力伝達路である。この内側圧力測定室２９を設けたことにより、圧力の変動が抑えられ、安定した圧力が伝えられる。この内側圧力測定室２９は、本発明にいう第２の圧力測定室の一例に相当する。

また、本実施形態では、整流板２２の外側にも、整流板２２の外側の空気の圧力を測定する外側圧力測定室が形成されている。以下では、この整流板２２の外側に設けられている外側圧力測定室について説明する。

図１０は、ホース接続部品の整流板近傍部分とキャップ部品の分解斜視図である。

また、図１１は、キャップ部品を取り付けた状態のホース接続部品の、整流板近傍部分の斜視図である。

図１０に示すように、ホース接続部品２０のホース接続部２１の先端部分には整流板２２が設けられており、さらに、その整流板２２よりも突き出た、一段小径の段部２８が一周に亘って形成されている。そして、第１伝達路７１（図８参照）を構成する貫通孔２７（図６を合わせて参照）は、その段部２８の外側の空間に繋がっている。また、この段部２８には、一周の間の６か所に、圧力測定用ポート２８１が形成されている。

キャップ部品３０は、略円環形状を有し、段部２８に取り付けられる。すると、段部２８は、一周に亘る溝となる。ホース接続部２１は、このキャップ部品３０を取り付けた状態で、ホース２００の一端に差し込まれる。すると、この段部２８からなる溝は、ホース２００の内周面を外周面とする、一周に亘る空間となる。この空間は、一周の間の６か所で整流板２２の外側の空間に繋がっている。また、この空間は、貫通孔２７とも繋がっている。この空間は、整流板２２を通過した空気流路の圧力を測定するための空間であり、この空間、すなわち外側圧力測定室により、整流板２２を通過した後の空気流路の圧力の振動が抑えられる。この外側圧力測定室内の空気の圧力は貫通孔２７を含む第１伝達路７１（図８参照）を経由して流量センサ６１と圧力センサ６２に伝えられる。

この外側圧力測定室は、ホース２００の内壁面を外壁面としている。このため、ホース接続部品２０あるいはキャップ部品３０には、その外側圧力測定室を区画する外壁を設ける必要がなく、その分、整流板２２を通る空気流路の径が広げられ、圧力損失が抑えられている。

なお、整流板２２を通過した後の空気流は整流に近づいており、また、ある程度の長さのホース２００が接続されていることでかなり広い空間となっている。このため、必要な測定精度にもよるが、整流板２２の外側の空気の圧力を測定するための外側圧力測定室は、空気流路との間が段部２８のみで区切られ、空気流の下流側が開放された空間であってもよい。具体的には、図１１に示すキャップ部品３０を取り付けずに、ホース接続部２１の先端部分が剥き出しとなったまま、ホース接続部２１をホース２００に差し込んでも差し支えない。この外側圧力測定室は、本発明にいう第１の気圧測定室の一例に相当する。

なお、上記の実施形態では、本発明にいうファンの一例としてのターボファンを備えたＣＰＡＰ装置を取り上げて説明したが、本発明のＣＰＡＰ装置に採用するファンは、ターボファンに限られるものではない。

また、ここでは、ＣＰＡＰ装置を取り上げて説明したが、本発明は、ＣＰＡＰ装置には限られず、ＢＩＰＡＰ装置あるいは気道粘液除去装置等、患者の気道に空気を送り込む様々な種類の空気送込装置に適用することができる。

１０ 送風ユニット
１１ 筐体
２０ ホース接続部品
２１ ホース接続部
２２ 整流板
２１ａ 空気送込口
２２ 整流板
２３ 連結部
２４ 第１対向溝
２５ 第２対向溝
２６ 内壁面
２７ 貫通孔
２８ 段部
２８１ 圧力測定用ポート
２９ 内側圧力測定室
２９ａ 通し孔
３０ キャップ部品
４０ ジョイント部品
４１ 貫通孔
４２ 貫通孔
４３ 案内スリット
４４ 第１貫通孔
４５ 第１溝
４６ 第２貫通孔
４７ 第２溝
４８ 溝
５０ ターボファン
５１ 空気吐出口
６１ 流量センサ
６１１ 第１検出口
６１２ 第２検出口
６２ 圧力センサ
７０ 圧力伝達路
７１ 第１伝達路
７２ 第２伝達路
７９ チューブ
８０ コントロールユニット
９０ ケーブル
１００ ＣＰＡＰ装置
２００ ホース
３００ マスク
３０１ リーク穴
４００ 患者

Claims (4)

1. 患者の気道に空気を送り込む空気送込装置であって、
   患者に装着されるマスクあるいは鼻カニューレとの間をつなぐホースの端部に差し込まれる、先端に空気送込口が形成されたホース接続部と、
   前記空気送込口から前記ホース内に空気を送り込むファンと、
   前記ホース接続部を前記ホース端部に差し込んだときの該ホース内部に位置する部分に備えられた、空気を通過させて通過前よりも通過後の空気の流れを整流に近づける整流板とを具備することを特徴とする空気送込装置。
2. 前記整流板通過後の空気の圧力を測定する圧力センサと、
   前記ホース接続部が差し込まれたホース端部の内壁面を外壁面とし前記整流板を通過した後の空気流路と繋がる第１の圧力測定室と、
   前記第１の圧力測定室内の空気の圧力を前記圧力センサに伝える第１の圧力伝達路とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気送込装置。
3. 前記整流板を通過して流れる空気の流量を該整流板通過前後の空気の差圧に基づいて測定する流量センサと、
   前記整流板を通過する前の空気流路と繋がる第２の圧力測定室と、
   前記内の空気の圧力を前記流量センサに伝える第２の圧力伝達路とを備え、
   前記第１の圧力伝達路が、前記第１の圧力測定室内の空気の圧力を前記圧力センサとともに前記流量センサに伝えるものであることを特徴とする請求項２に記載の空気送込装置。
4. 当該空気送込装置が、睡眠時の患者の呼吸を確保するＣＰＡＰ治療に用いられる装置であることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項記載の空気送込装置。

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