JP2019010392A - 下腿回旋装具 - Google Patents

Abstract

【課題】下腿部から足部にかけて装着し、歩行動作中の下腿回旋を誘導可能とする新たな装具を提供する。
【解決手段】本発明の下腿回旋装具１００は、一対の支持側板１１０を左右縁から上向きに設ける足底板１２０と、支持側板１１０の先端に形成される継手部１３０に支持される下腿支柱１４０と、下腿支柱１４０に固定される下腿カフ１５０と、を備える下腿装具であって、下腿支柱１４０の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、継手部１３０に設けた回動軸受により回動可能に支持してなり、回動軸受の回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とを調節できるよう構成され、継手部１３０の一方または双方に、下腿支柱１４０と接続するボールジョイント機構を備え、内足側と外足側の回動範囲は可変であり、下腿カフ１５０は、しなりを可能とするための湾曲部１５１を備え、回動軸受の左右で異なる回動範囲を許容する。
【選択図】図１

Description

本発明は、歩行補助器具に関するものであり詳しくは、歩容改善を目的として下腿部に装着する装具に関するものである。

現在、変形性膝関節症（以下、膝ＯＡ（Osteoarthritis of the knee）という。）患者は国内で三千万人を超えると推定されている。膝ＯＡとは、加齢に伴う筋力低下や、肥満、遺伝的因子、靭帯の弛緩などからおこり、膝関節の骨や軟骨がすり減り膝関節が変形する退行性疾患である。膝ＯＡの症状としては、膝の関節や軟骨がすり減ることで膝関節が変形し、膝関節の屈曲および伸展動作によって、痛みが生じる。

膝ＯＡが起こると、今まで適切であった運動が膝関節に多大な負荷を与えることになり、膝の痛みと膝関節位置の変化による歩容の変化や、行動範囲の低下が起こるため、あまり歩かなくなる。それにより筋力が衰え、さらに痛みが増すという悪循環に陥りＡＤＬ（Activities of Daily Living）や、ＱＯＬ（Quality of Life）が低下する。特に、膝ＯＡ患者には、正常歩行から逸脱した歩容を示す異常歩行が現れやすい。

膝関節は、膝関節軸において屈曲、伸展、回旋運動の２自由度をもつ。この回旋運動は膝関節最終伸展３０度の範囲でみられる捻じり運動であり、終末伸展回旋運動と呼ばれる。終末伸展回旋運動は、歩行中の踵接地時の衝撃吸収や全身バランスのとれた歩行、拇指での蹴りだしに役立っており、回旋運動は歩行において必須な運動の１つである。

歩行中に起こる回旋運動に関しては、足関節底屈時、具体的には踵接地から足底接地の間は下腿部が内旋し、足関節背屈時、具体的には足底接地から立脚後期の間は下腿部が外旋する。しかし、膝ＯＡ患者の多くはこの膝関節の回旋運動障害を抱えている。

膝ＯＡ患者への療法としては、手術療法と保存療法があげられる。保存療法としては、装具の使用や、運動療法、薬物療法などがあげられる。装具を使用する膝ＯＡ患者の保存療法としては、３点固定タイプの膝装具、回旋運動を利用した膝装具がある。

３点固定タイプの膝装具は、大腿部、膝および下腿部の３点を支持するもの、大腿部、下腿部、足の３点を支持するものがある。例えば、膝関節の変形を正常なアライメントに矯正する装具（特許文献１）、アクチュエーターの動力による筋力補助を行う装具（特許文献２）がある。回旋運動を利用した膝装具は、膝が伸展するときに、装具が大腿部の回旋運動を補助するように動作するものである。例えば、内側継手と外側継手の軸の移動方向が異なり、大腿部を支持する軟性部材が変形することによって、正しい終末伸展回旋運動を誘発する装具（非特許文献１）、膝の内側に設けた回動機構の規制によって、回動機構が大腿部を内側に回旋させる捻じりモーメントとして作用する装具（特許文献３）がある。

特開２０００−５２４７号公報 特開２００９−２４０４８８号公報 特開２０１６−１９６０３号公報

高橋一史，"ＯＡファンタジー膝装具の機能"，日本義肢装具学会誌，２００８年，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１，ｐ．１６−１９

上記の例の膝装具は、いずれも大腿部と下腿部においての固定となるため、歩行中に固定部がずれやすい。歩行中の装具のずれは装着者にとって違和感や不快感となるだけでなく、ずれた位置で無理な回旋矯正をかけるおそれがある。また、回旋運動を補助する膝装具においては、下腿ローテーション障害は患者個々によって障害の度合いが異なるにもかかわらず、回旋運動の調整が困難であるという問題点がある。さらには、機構調整も困難であるため、大腿脛骨角（ＦＴＡ）が異常な患者には、そもそも適用できないといった問題点もある。

そこで、本発明は、下腿部から足部にかけて装着し、歩行動作中の足関節運動と連動して内外に取り付けた支柱の傾動が異なることにより、下腿回旋を誘導可能とする装具を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は前記した目的を達成せんとするもので、請求項１の手段は、下腿回旋装具は、一対の支持側板を左右縁から上向きに設ける足底板と、前記支持側板の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱と、前記下腿支柱に固定される下腿カフと、を備える下腿装具であって、前記下腿支柱の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、前記継手部に設けた回動軸受により回動可能に支持してなり、前記回動軸受の回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とを調節できるよう構成したこと、および前記継手部の一方または双方に、前記下腿支柱と接続するボールジョイント機構を備えることを特徴とする。

また、請求項２の手段は、前記回動範囲は左右で異なり、内足側と外足側の前記回動範囲は可変であることを特徴とする。

また、請求項３の手段は、前記下腿カフは、しなりを可能とするための湾曲部を備え、前記回動軸受の左右で異なる前記回動範囲を許容することを特徴とする。

また、請求項４の手段は、前記前方限界位置は、左右で０度より大きくかつ３０度以下の差とすることを特徴とする。

また、請求項５の手段は、前記足底板は、踵当接部の周囲にアッパーを設け、中足骨当接部まで形成することを特徴とする。

請求項１の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、足関節の底屈および背屈を補助することができ、膝関節の屈曲および伸展動作を制限する保存療法が可能となる。また、膝装具と比較して、足部で固定することができるため、装具のずれの発生が少なく、膝ＯＡ患者が重度のＯ脚であるなど、膝装具の装着が困難な重度のＦＴＡ患者に対しても適用することができる。また、継手部がボールジョイント機構を備えることによって、下腿支柱の自由回動が可能となり、内旋運動および外旋運動において回動軸受の回動限界まで下腿支柱が傾倒したときの衝撃を吸収し、膝ＯＡ患者の負担を軽減することができる。さらに、ボールジョイント機構の自由回動は、回動軸受の回動限界においても、膝ＯＡ患者の内旋運動および外旋運動による下腿支柱の動作を補助するため、回動範囲の前方限界位置および後方限界位置の調整に幅を持たせることができる。

請求項２の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、下腿内旋異常を有する患者の場合、内足側より外足側の回動範囲を大きくし、また、下腿外旋異常を有する患者の場合、外足側より内足側の回動範囲を大きくするように設定することができる。

請求項３の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、左右の下腿の回旋量を膝ＯＡ患者個々の症状にあわせて容易に調節すること、および、足関節の底背屈角度によって下腿を回旋させることが可能となり、装置のずれによる無理な矯正の心配がない。また、請求項１から３の構成を組み合わせることによって、膝ＯＡ患者に対し、下腿の正しい回旋運動に誘導しつつ、踵部中央で接地面に接し、その後、立脚中期にかけて第１、第２中足骨頭中心、外足側中央の順に重心が移動し、立脚後期において拇指で蹴りだし、踵が接地面から離れるといった、正常に近い歩容に矯正することができる。

また、請求項４の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、膝ＯＡ患者の下腿回旋量を十分に確保することができる。

また、請求項５の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、踵部の支持が可能となり、踵接地の促進および足指での蹴り出しを補助し、歩容改善の効果を高めることができる。

本発明の下腿回旋装具の全体の斜視図である。 本発明の下腿回旋装具の足底板の側面図である。 本発明の下腿回旋装具の継手部を拡大した正面図である。 本発明の下腿回旋装具の継手部を拡大した斜視図である。 本発明の下腿回旋装具の下腿支柱の動作を説明する模式図である。

以下、本発明について、実施するための形態を図面にしたがって説明する。

図１は、下腿回旋装具１００の全体の斜視図である。下腿回旋装具１００は、一対の支持側板１１０を左右縁から上向きに設ける足底板１２０と、支持側板１１０の先端に形成される継手部１３０に支持される下腿支柱１４０と、下腿支柱１４０に固定される下腿カフ１５０と、を備える下腿装具である。なお、下腿回旋装具１００の下腿への固定は、脛ファスナー１６０および甲ファスナー１７０によることが好ましいが、これに限定されるものではない。固定手段の例として、スリッポン型とすること、面ファスナー、バックル、レースを使用することが挙げられる。膝ＯＡ患者の半月板に近い脛ファスナー１６０は、柔らかい素材を用いることが好ましい。

支持側板１１０は、膝ＯＡ患者が下腿回旋装具１００を装着するときに、足底板１２０の左右縁から概ね膝ＯＡ患者の両踝のあたりに向かうように、一対に設ける。

図２は、足底板１２０の側面図である。足底板１２０は、膝ＯＡ患者の足裏が当接する部材であり、踵当接部１２１の周囲にアッパー１２２を設け、中足骨当接部１２３まで、具体的には膝ＯＡ患者の中足骨と基節骨を繋ぐ中足指節関節に相当する部分まで形成することが好ましい。

踵当接部１２１の周囲にアッパー１２２を設けることは、膝ＯＡ患者の歩容改善において重要である。アッパー１２２を設けることによって、膝ＯＡ患者の踵骨のコントロールが可能となる。一般的に、踵骨の安定性は、踵骨と距骨の間にある距骨下関節の運動や変形の反映である。この距骨下関節の正常な回内可動域が阻止されるとストレスが下肢、骨盤および腰椎に加わり、病的状態をもたらす。踵部内外反の運動は足部の回内外と連動し、下腿の内外旋、膝関節の内外反にも影響する。また、アッパー１２２はインソールのずれの防止にも資する。インソールは、膝ＯＡ患者の左右の足の長さの調節、Ｏ脚の膝ＯＡ患者の膝関節位置の調整、アーチサポートとして膝関節への負荷の軽減のために用いることができる。

また、足底板１２０は中足骨当接部１２３までとし、中足指節関節より先を自由にすることにより、膝ＯＡ患者の足部先端が靴底、地面等に直接触れることになり、足指での蹴り出しを補助する。

足底板１２０の素材は、支持側板１１０を取付け、下腿支柱１４０、下腿カフ１５０などを支える必要があるため、強度が求められる。例えば、成形が容易かつ硬度が高い樹脂であるポリプロピレンを５ｍｍ厚として用いることが好ましいが、強度がある素材であれば、５ｍｍ厚のポリプロピレンに限定されるものではない。

足底板１２０は、以上の構成とすることで、踵部の支持が可能となり、踵接地の促進および足指での蹴り出しを補助し、歩容改善の効果を高めることができる。

継手部１３０は、支持側板１１０の上端に形成され、下腿支柱１４０を支持する。継手部１３０は、下腿支柱１４０の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、継手部１３０に設けた回動軸受により回動可能に支持する。下腿と足部の間の足関節の底屈（足首を伸ばす動作）および背屈（足首を曲げる動作）は、継手部１３０の回動軸受によって許容される。

本実施例の継手部１３０は、回動軸受の回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とを調節できるよう構成されている。このような構成からなる機構をダブルクレンザックという。回動範囲を左右でほぼ均一に調節することによって、足関節の底屈および背屈を補助することができ、膝関節の屈曲および伸展動作を制限する保存療法が可能となる。

また、ダブルクレンザックの機構を有する継手部１３０を備える下腿回旋装具１００は、膝装具と比較して、足部で固定することができるため、装具のずれの発生が少なく、膝ＯＡ患者が重度のＯ脚であるなど、膝装具の装着が困難な重度のＦＴＡ患者に対しても適用することができる。

継手部１３０の回動範囲を左右で異ならしめ、内足側と外足側の回動範囲は可変とすることもできる。ここで、外足側とは足部の小指側をいい、内足側とは足部の親指側をいう。本実施例においては、外足側の継手部１３０は、下腿支柱１４０を前方および後方に回動可能にするダブルクレンザック機構のみならず、下腿支柱１４０の長手方向を軸に回動を可能とするボールジョイント機構も備える。このような継手部１３０を備えた下腿回旋装具１００は、足関節の底背屈角度によって下腿を回旋させることができる。以下、ダブルクレンザック機構およびボールジョイント機構について説明する。

図３は、継手部１３０を拡大した正面図であり、右足に装着する下腿回旋装具１００を示す。継手部１３０は、基部１３１が支持側板１１０と回動可能に接続されている。基部１３１の前後にロッド棒１３２が内蔵され、ロッド棒１３２の締め込み深さによって、回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とを無段階で調節することが可能である。具体的には、ロッド棒１３２は回動のストッパーの役目を担っており、締め込みを深くすることで、回動範囲は狭くなり、逆に締め込みを浅くすることで、回動範囲は広くなる。一例として、外足側の継手部１３０の前方のロッド棒１３２の締め込みを内足側の継手部１３０の前方のロッド棒１３２の締め込みより浅くし、回動範囲の前方限界位置を右側の継手部１３０の回動範囲の前方限界位置より前にすることができる。この場合、外足側の継手部１３０は、内足側の継手部１３０より前方に傾倒する。

ロッド棒１３２は、継手部１３０の前方および後方に設けられ、簡易な機構のため調節が容易である。一例として、前方のロッド棒１３２にスプリングを適用して、回動時の衝撃を緩和してもよい。また、回動時の衝撃の緩和を目的として、継手部１３０を油圧または電気による制御としてもよい。

図４は、図３における外足側の継手部１３０を拡大した斜視図である。本実施例におけるボールジョイント機構は、基部１３１から延設されるスタッド１３３および、スタッド１３３に対して球面接触して回動可能に嵌め合いかつ下腿支柱１４０と接続されるソケット１３４を備える。

本実施例のボールジョイント機構は、スタッド１３３の中心軸と、ソケット１３４に接続する下腿支柱１４０の長手方向が同軸上にあり、ソケット１３４の内面が、スタッド１３３の球面と摺動して、下腿支柱１４０が回動自在となる。また、ソケット１３４が膝ＯＡ患者の脚部に接触しないよう、スタッド１３３は基部１３１の外側に設けられる。

図５は、右足に装着する下腿回旋装具１００の下腿支柱１４０の動作を説明する模式図である。図５においては、左支持側板２１０ａおよび右支持側板２１０ｂは支持側板１１０に、平足底板２２０は足底板１２０に、左継手部２３０ａおよび右継手部２３０ｂは継手部１３０に、左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂは下腿支柱１４０に、それぞれ相当する。右足に装着するので、膝ＯＡ患者から見ると、左側が内足側、右側が外足側である。また、接地面からの垂直方向に対する左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂの角度をそれぞれ、θおよびφとする。

図５（ａ）の模式図は、踵が接地したときの左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂの状態を示す。踵が接地したときとは、足底が接地していない遊脚期から足底が接地する立脚期への移行が起こるときであり、この時点の下腿と足部の間の足関節の角度αを基準とする。ここで、この時点の接地面からの垂直方向に対する左下腿支柱２４０ａの角度をθ_１、同じく右下腿支柱２４０ｂの角度をφ_１とすると、θ_１＝φ_１である。

図５（ｂ）の模式図は、足底全体が接地したときの立脚中期の左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂの状態を示す。このとき、足関節は底屈しており、足関節の角度βはαより大きい。健常者であれば、足関節底屈が生じる踵の接地から立脚中期の間、下腿は、内足側に回旋、いわゆる内旋をする。ここで、立脚中期の時点の接地面からの垂直方向に対する左下腿支柱２４０ａの角度をθ_２、同じく右下腿支柱２４０ｂの角度をφ_２とすると、θ_２＞φ_２である。

膝ＯＡ患者が下腿内旋異常を有する場合は、外足側が内足側より前方に傾倒するよう、右継手部２３０ｂの回動範囲の前方限界位置を左継手部２３０ａの回動範囲の前方限界位置より前にするよう調節すればよい。θ_２＞φ_２となることによって、下腿の内旋が誘導される。このように調節することによって、歩行時において、足関節底屈時の内旋運動が矯正される。

図５（ｃ）の模式図は、踵から爪先までが接地面から離れようとする立脚後期の左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂの状態を示す。このとき、足関節は背屈しており、足関節の角度γはαおよびβより小さい。健常者であれば、足関節背屈が生じる立脚中期から立脚後期の間、下腿は外旋する。ここで、立脚後期の時点の接地面からの垂直方向に対する左下腿支柱２４０ａの角度を−θ_３、同じく右下腿支柱２４０ｂの角度をφ_３とすると、φ_３＞−θ_３である。

膝ＯＡ患者が下腿外旋異常を有する場合は、内足側が外足側より前方に傾倒するよう、左継手部２３０ａの回動範囲の前方限界位置を右継手部２３０ｂの回動範囲の前方限界位置より前にするよう調節すればよい。φ_３＞−θ_３となることによって、下腿の外旋が誘導される。このように調節することによって、歩行時において、足関節底屈時の内旋運動の後、足関節背屈時に外旋運動が矯正される。

本実施例においては、外足側である右継手部２３０ｂにのみ、ボールジョイント機構を備える。ボールジョイント機構を備えることによって、右下腿支柱２４０ｂの自由回動が可能となり、内旋運動および外旋運動において回動軸受の回動限界まで下腿支柱が傾倒したときの衝撃を吸収し、膝ＯＡ患者の負担を軽減することができる。また、ボールジョイント機構の自由回動は、回動軸受の回動限界においても、膝ＯＡ患者の内旋運動および外旋運動による左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂの動作を補助するため、回動範囲の前方限界位置および後方限界位置の調整に幅を持たせることができる。

ここで、下腿支柱１４０および下腿カフ１５０について詳しく説明する。図１において、下腿支柱１４０は、継手部１３０に支持され、概ね膝ＯＡ患者の脛骨および腓骨に沿って、上方に伸びる。下腿支柱１４０には、下腿カフ１５０を取付けることができる。下腿カフ１５０は、下腿支柱１４０に固定され、しなりを可能とするための略半円柱形（蒲鉾形）の湾曲部１５１を備える。湾曲部１５１は、膝ＯＡ患者の下腿に当接し、下腿支柱１４０の動作を伝達する。

図５においては、左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂに下腿カフ１５０が取付けられる。ここで、下腿回旋装具１００が左継手部２３０ａおよび右継手部２３０ｂの回動軸受の左右で異なる回動範囲を許容するため、湾曲部１５１には軟性樹脂素材を用いることが好ましい。湾曲部１５１がしなりのない剛性素材であるならば、連動する左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂならびに左継手部２３０ａおよび右継手部２３０ｂは、左右で異なる動作をすることが困難である。一方で、湾曲部１５１は、膝ＯＡ患者の下腿を支えるだけの強度も必要である。例えば、低密度ポリエチレンを３ｍｍ厚として用いることが好ましいが、しなりと強度が両立する素材であれば、３ｍｍ厚の低密度ポリエチレンに限定されるものではない。

下腿カフ１５０を取付けることによって、左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂは連動する。左継手部２３０ａに設けられたボールジョイント機構および下腿カフ１５０のしなりによって、左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂの傾き差が許容される。このとき、左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂは、左継手部２３０ａおよび右継手部２３０ｂのダブルクレンザックによる回動、ならびに、右継手部２３０ｂのボールジョイントによる回動の３軸の自由度を備えることにより、下腿回旋装具１００の全体に負荷を掛けることなく、左下腿支柱２４０ａおよび右下腿支柱２４０ｂの連動性が確保される。

なお、ボールジョイント機構は、左継手部２３０ａに設けるのみならず、右継手部２３０ｂに設けてもよく、左継手部２３０ａおよび右継手部２３０ｂの双方に設けてもよい。ボールジョイント機構の装着は、膝ＯＡ患者の下腿回旋量の状態に応じて、適宜決定すればよい。

下腿カフ１５０を取付けたときにおいて、継手部１３０の回動軸受の回動範囲の前方限界位置は、左右で０度より大きくかつ３０度以下の差とすることが好ましく、５度以上かつ３０度以下とすることがより好ましい。このような構成とすることによって、本発明の下腿回旋装具１００は、膝ＯＡ患者の下腿回旋量を十分に確保することができる。このとき、左右の継手部１３０は、前方限界位置および後方限界位置を無段階で調節できるため、左右の下腿支柱１４０の傾き差も無段階で調節できる。

継手部１３０、下腿支柱１４０および下腿カフ１５０は、以上の構成とすることで、下腿内旋異常を有する患者の場合、内足側より外足側の回動範囲を大きくし、また、下腿外旋異常を有する患者の場合、外足側より内足側の回動範囲を大きくするように設定することができ、左右の下腿の回旋量を膝ＯＡ患者個々の症状にあわせて容易に調節すること、および、足関節の底背屈角度によって下腿を回旋させることが可能となり、装置のずれによる無理な矯正の心配がない。

また、下腿回旋装具１００は、以上の構成とすることで、膝ＯＡ患者に対し、下腿の正しい回旋運動に誘導しつつ、踵部中央で接地面に接し、その後、立脚中期にかけて第１、第２中足骨頭中心、外足側中央の順に重心が移動し、立脚後期において拇指で蹴りだし、踵が接地面から離れるといった、正常に近い歩容に矯正することができる。

１００…下腿回旋装具。
１１０…支持側板。
１２０…足底板、１２１…踵当接部、１２２…アッパー、１２３…中足骨当接部。
１３０…継手部、１３１…基部、１３２…ロッド棒、１３３…スタッド、１３４…ソケット。
１４０…下腿支柱。
１５０…下腿カフ、１５１…湾曲部。
１６０…脛ファスナー。
１７０…甲ファスナー。
２１０ａ…左支持側板、２１０ｂ…右支持側板。
２２０…平足底板。
２３０ａ…左継手部、２３０ｂ…右継手部。
２４０ａ…左下腿支柱、２４０ｂ…右下腿支柱。

Claims (5)

1. 一対の支持側板を左右縁から上向きに設ける足底板と、
   前記支持側板の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱と、
   前記下腿支柱に固定される下腿カフと、を備える下腿装具であって、
   前記下腿支柱の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、前記継手部に設けた回動軸受により回動可能に支持してなり、前記回動軸受の回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とを調節できるよう構成したこと、および前記継手部の一方または双方に、前記下腿支柱と接続するボールジョイント機構を備えることを特徴とする下腿回旋装具。
2. 前記回動範囲は左右で異なり、内足側と外足側の前記回動範囲は可変であることを特徴とする請求項１に記載の下腿回旋装具。
3. 前記下腿カフは、しなりを可能とするための湾曲部を備え、前記回動軸受の左右で異なる前記回動範囲を許容することを特徴とする請求項１または２に記載の下腿回旋装具。
4. 前記前方限界位置は、左右で０度より大きくかつ３０度以下の差とすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の下腿回旋装具。
5. 前記足底板は、踵当接部の周囲にアッパーを設け、中足骨当接部まで形成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の下腿回旋装具。
   
   

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