JP2020120922A - 生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動部材から発する振動が端末載置面に直接伝達されることで、端末載置面全体が音波を発する生体情報測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】マイクロフォン（４３）を備えた外部端末（４１）と音波通信を行う生体情報測定装置において、生体情報測定装置（１１）は、ハウジング（２１）と、ハウジングの内部に配置され、生体情報を測定する測定回路（７３）と、測定された生体情報を音波信号に変換する変調回路（７８）と、変調回路から伝達される音波信号を基に振動する振動部材（４２）とを備えており、ハウジングは、端末が載置される端末載置面（４０）を有し、振動部材と端末載置面が、振動部材で発する振動が端末載置面に伝達されるように互いに接触している。【選択図】図３

Description

本発明は、生体情報測定装置に関する。

被験者の生体情報を取得し、この生体情報を表す電気信号の周波数を変調することで音波信号に変換し、マイクロフォンを有する外部端末に、この音波信号を基とする音波を送信する装置が特許文献１に提案されている。この装置は、被験者の人体に接触することで心電図波形などの生体情報を感知する１対の電極、心電図波形の周波数を変調して音波信号に変換する変換器、及びスマートフォンなどの端末に音波を送信するスピーカ又はブザーなどのオーディオ送信機を備えている。この音波を受信したスマートフォンは、音波信号を復調することで、測定された心電図波形を取得し、例えばディスプレイに表示できる。

特許第５９３１８５５号

しかし、スマートフォンなどの外部端末のマイクロフォンは、通常端末の端部に配置されている。そのため、端末の位置や向きによっては、スピーカから発信された音をマイクロフォンが検出できないことがある。

そこで、本発明は、マイクロフォンを備えた外部端末と音波通信を行う生体情報測定装置において、外部端末がその位置や向きに寄らず確実に音波を検出できるようにした生体情報測定装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の実施形態に係る、マイクロフォンを備えた外部端末と音波通信を行う生体情報測定装置において、
前記生体情報測定装置は、
ハウジングと、
前記ハウジングの内部に配置され、生体情報を測定する測定回路と、測定された前記生体情報を音波信号に変換する変調回路と、前記変調回路から伝達される前記音波信号を基に振動する振動部材とを備えており、
前記ハウジングは、前記端末が載置される端末載置面を有し、
前記振動部材と前記端末載置面が、前記振動部材で発する振動が前記端末載置面に伝達されるように互いに接触していることを特徴とする。

この生体情報測定装置によれば、測定された生体情報を音波として端末載置面全体から発振できる。そのため、外部端末のマイクロフォンが端末載置面の近傍に配置されることで、外部端末自体がどのような姿勢であったとしても、測定された生体情報を外部端末に確実に伝達できる。

他の実施形態における生体情報測定装置は、
前記ハウジングに固定された支持部と、
前記支持部と前記振動部材との間に配置された弾性部材とを有し、
前記振動部材が前記弾性部材によって前記端末載置面に押し付けられていることを特徴とする。

この生体情報測定装置によれば、振動部材と端末載置面が隙間なく接触するため、測定された生体情報を音波として端末載置面全体から確実に発振できる。

他の実施形態における生体情報測定装置は、
前記振動部材が圧電振動板であることを特徴とする。

この生体情報測定装置によれば、端末載置面全体から高い周波数の音波、例えば超音波を発振できるため、測定された生体情報を携帯情報端末に確実に伝達できる。

他の実施形態における生体情報測定装置は、
前記音波信号が１７〜２０ｋＨｚの周波数の超音波信号であることを特徴とする。

この生体情報測定装置によれば、端末載置面全体から発する超音波の周波数を、市販されている通常の携帯情報端末等の外部端末、例えばスマートフォンのマイクロフォンが検出できる帯域に設定することで、測定された生体情報を一般的な外部端末に伝達できる。

他の実施形態における生体情報測定装置は、
前記端末載置面における左右方向の幅が前後方向の長さよりも大きく、
前記幅が少なくとも１００ｍｍ以上であり、
前記長さが少なくとも３０ｍｍ以上であり、
前記振動部材は、前記端末載置面の中心から前後方向にそれぞれ１５ｍｍ以内かつ左右方向にそれぞれ５０ｍｍ以内の領域に設けられていることを特徴とする。

この生体情報測定装置によれば、端末載置面は、市販されている通常の携帯情報端末等の外部端末を端末載置面に載せ得る。また、外部端末のマイクロフォンが端末載置面の端部にあっても、測定された生体情報を外部端末に確実に伝達できる。

他の実施形態における生体情報測定装置は、
前記測定回路が、被験者の心電図波形を測定する心電図波形測定回路を備えており、
前記心電図波形測定回路と電気的に接続された第１の心電図波形測定電極及び第２の心電図波形測定電極が前記ハウジングの外表面に設けられ、
前記心電図波形測定回路が測定した前記心電図波形が前記変調回路で前記音波信号に変換されることを特徴とする。

この生体情報測定装置によれば、被験者の手が第１の心電図波形測定電極及び第２の心電図波形測定電極に触れることで、心電図波形測定を行い、測定された心電図波形を音波として端末載置面全体から発振できる。

他の実施形態における生体情報測定装置は、被験者の血圧を測定する上腕血圧計の一部を構成しており、
前記ハウジングは、
前記上腕血圧計の腕帯に収容されている空気袋に空気を供給するための空気供給回路と、
前記空気供給回路を通じて前記空気袋に空気を供給する空気ポンプと、
前記空気供給回路における空気の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの出力に基づいて前記被験者の血圧を測定する血圧測定回路を収容していることを特徴とする。

この生体情報測定装置によれば、腕帯を空気供給回路に接続することで、心電図波形測定と血圧測定を同時に行える。

他の実施形態における生体情報測定装置は腕帯ユニットをさらに備えており、
前記腕帯ユニットは、
空気袋を内蔵した帯状の腕帯と、
一端が前記空気袋に接続されており、前記空気袋に空気を供給するためのエアチューブとを備えており、
前記生体情報測定装置は、
前記ハウジングの表面に設けられ、前記エアチューブの他端が着脱自在に接続されるチューブ接続部を備えており、
前記チューブ接続部が前記空気供給回路に接続されていることを特徴とする。

この生体情報測定装置によれば、心電図波形測定と血圧測定を同時に行える。

本願の発明によれば、測定された生体情報は端末載置面全体から音波として発振されるため、外部端末のマイクロフォンがどのような位置又は向きに設定されていたとしても、該外部端末のマイクロフォンは音波を確実に検出できる。

本発明の実施形態に係る生体情報測定装置として、心電図波形測定機能付血圧計を示す概略図である。 図１に示す血圧計を斜め上方から見た斜視図である。 図２の線ＩＩＩから見た、振動部材である圧電振動板の位置を示す血圧計の断面図である。 図２のハウジングの内部を示す斜視図である。 図１に示す血圧計の制御ブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る生体情報測定装置の例として、上腕血圧計の実施形態を説明する。

［１：上腕血圧計］
図１は、本発明の実施形態に係る上腕血圧計（以下、適宜「血圧計」という。）１０の概略構成を示す。この血圧計１０は、被験者１００の血圧と心電図波形を測定する機能を備えた心電図波形測定機能付血圧計である。

［２：上腕血圧計の構成］
図１に示すように、血圧計１０は血圧計本体１１と腕帯ユニット１２を有する。

血圧計本体１１は、後述する種々の制御機器等を内蔵したハウジング２１を有する。実施形態において、ハウジング２１は横方向に長い箱形をしており、その外形は上面２２、前面２３、背面２４、左右の側面２５（２５Ｌ、２５Ｒ）、及び底面２６によって構成されている。

実施形態において、上面２２は、前面２３から背面２４に向かって次第に高くなるように全体に傾斜が付けられており、前面２３側に第１のインターフェイス領域（マンマシンインターフェイス領域）３０が配置され、背面２４側に第２のインターフェイス領域（マンマシンインターフェイス領域）３１が配置されている（図２参照）。

第１のインターフェイス領域３０は、左右方向中央の表示領域３２と、表示領域３２の両側にあって左右側面２５（２５Ｌ，２５Ｒ）の近傍に配置された一対の上面電極領域３３（３３Ｌ，３３Ｒ）を有する。中央の表示領域３２は横長四角形の形をしており、そこには表示部３４が配置されている。好ましくは、表示部３４は液晶ディスプレイで構成される。左右の上面電極領域３３は、実施形態では前後方向に長い縦長略四角形の形をしており、そこには基準電極３５（３５Ｌ，３５Ｒ）が配置されている。基準電極３５は、少なくともその表面が導電性材料で形成されており、心電図波形に含まれる可能性のあるノイズを除去するために、心電図波形測定時被験者１００がその体の一部（具体的には、図１に示すように、少なくとも左右のいずれかの親指１０２）を接触させる箇所である。

第１のインターフェイス領域３０には、表示部３４と基準電極３５の他に、表示部３４と左右の基準電極３５との間にスイッチ領域３６，３７がそれぞれ形成されており、そこに通信スイッチ３８と開始・停止スイッチ３９がそれぞれ配置されている。

実施形態において、第２のインターフェイス領域３１は、第１のインターフェイス領域３０が設けられている前面側上面部分よりも低い背面側上面部分を備えており、そこに左右方向に長い横長四角形の平坦な携帯情報端末載置面４０が形成されている。携帯情報端末載置面４０は、携帯情報端末４１（例えばスマートフォン）が設置される領域である。したがって、携帯情報端末載置面４０は、市販されている一般的な大きさの携帯情報端末を安定して支持できる大きさと形状を有する。実施形態では、携帯情報端末載置面４０は、その後端がハウジング２１の背面２４から後方に突出させてあり、市販されている通常の携帯情報端末のうち最大のものの全体を支持できるように設計されている。また、携帯情報端末載置面４０の表面は、後方に向かって次第に高くなるように傾斜が付けられている。

ハウジング２１、特に携帯情報端末載置面４０は、後述するように、携帯情報端末載置面４０の背後に当接される振動部材４２（図２参照）の振動に同期して全体が振動する硬さの材料（例えば、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アクリロニトリルスチレン）によって形成されている。これにより、振動部材４２の振動に基づいて携帯情報端末載置面４０の全体がスピーカの振動板のように振動し、携帯情報端末４１のマイクロフォン４３に向けて音波を発振できる。

ハウジング２１の両側面２５（２５Ｌ、２５Ｒ）はそれぞれ側面電極領域４４（４４Ｌ，４４Ｒ）を有し、そこには心電図波形測定電極４５（第１の心電図波形測定電極４５Ｌと第２の心電図波形測定電極４５Ｒ）がそれぞれ配置されている。心電図波形測定電極４５は、少なくともその表面が導電性材料で形成されており、心電図波形測定時被験者１００がその体の一部（具体的には、図１に示すように、親指以外の指１０３、例えば人差指、中指、小指）を接触させる箇所である。

図１に示すように、ハウジング２１の背面２４には、腕帯チューブ接続部（空気供給用の接続穴）４６が設けてある。

図１に示すように、腕帯ユニット１２は、空気袋５２を内蔵した帯状の腕帯５１と、一端が空気袋５２に接続されたエアチューブ５３を備えている。エアチューブ５３の他端は、ハウジング背面２４の腕帯チューブ接続部４６に着脱可能な形状のコネクタ５４が取り付けてある。コネクタ５４は、後述する、ハウジング２１の内部に設けた空気供給回路５５（図５参照）の末端に接続されている。したがって、コネクタ５４を腕帯チューブ接続部４６に接続した状態で、空気袋５２がエアチューブ５３を介して空気供給回路５５（図５参照）に接続される。

図２に示すように、振動部材４２を構成する圧電振動板が携帯情報端末載置面４０の裏面側に配置されている。圧電振動板４２は、一点鎖線で示す領域６１の内側に配置されている。好ましくは、領域６１は、携帯情報端末載置面４０の中心から左右方向にそれぞれ約５０ｍｍ離れた位置までの幅Ｗ（＝約１００ｍｍ）と、携帯情報端末載置面４０の中心から前後方向にそれぞれ約１５ｍｍ離れた位置までの長さＬ（＝約３０ｍｍ）を有する。

図３に示すように、圧電振動板４２は、ハウジング２１の内部に設けられてハウジング背面２４に沿って上下方向に伸びるリブ６２（支持部）の上端に支持されている。実施形態において、携帯情報端末載置面４０は、リブ６２の上端及びそれに支持された圧電振動板４２に対向する下面領域部分に窪み６３が形成されており、その領域部分の厚みが小さくしてある。

図４に示すように、実施形態において、圧電振動板４２は、リブ６２との間に弾性部材６４が圧縮された状態で配置されている。これにより、圧電振動板４２は弾性部材６４の弾性復帰力によって携帯情報端末載置面４０に押し付けられている。

したがって、圧電振動板４２の振動は携帯情報端末載置面４０に確実に伝達される。また、圧電振動板４２が接触している窪み６３（図３参照）の下面領域部分は他の領域よりも薄くなっているので、圧電振動板４２の振動は大きく減衰することなく携帯情報端末載置面４０に伝達される。

ハウジング２１は、図５に示される制御部７０を内蔵している。実施形態において、制御部７０は、プロセッサ７１と、該プロセッサ７１に接続された、血圧測定に関連した機器と通信可能に接続された血圧測定回路７２及び心電図波形の測定に関連した機器に接続された心電図波形測定回路７３を有する。

血圧の測定に関連した機器には、空気供給回路５５を介して腕帯ユニット１２の空気袋５２に空気を供給する空気ポンプ７４と、空気供給回路５５を大気に開放して空気袋５２から空気を排気する排気バルブ７５と、空気供給回路５５内の圧力を検知する圧力センサ７６が含まれる。

心電図波形の測定に関連した機器には、上述の心電図波形測定電極４５（第１の心電図波形測定電極４５Ｌと第２の心電図波形測定電極４５Ｒ）と基準電極３５（３５Ｌ，３５Ｒ）が含まれる。

プロセッサ７１は、表示部３４、通信スイッチ３８、開始・停止スイッチ３９と電気的に接続されており、表示部３４に表示する表示内容に応じて必要な信号を表示部３４に対して出力し、通信スイッチ３８と開始・停止スイッチ３９が押下されたときにそれに対応する信号を通信スイッチ３８と開始・停止スイッチ３９からそれぞれ受信するように構成されている。

プロセッサ７１はまた、血圧測定回路７２で測定された血圧と脈拍数を無線送信する通信部７７と電気的に接続されており、通信部７７を通じて血圧と脈拍数を無線送信するように構成されている。

プロセッサ７１はさらに、心電図波形測定回路７３で測定された心電図波形を、騒音などの外乱に影響されにくい１７〜２０ｋＨｚの超音波信号に変換する変調回路７８と電気的に接続されている。変調回路７８は、超音波信号を基に振動する圧電振動板４２と電気的に接続されている。従って、プロセッサ７１は、変調回路７８と圧電振動板４２を通じて、心電図波形を超音波の形で出力できる。

このように構成された血圧計１０を用いて血圧を測定する場合、図１に示すように、腕帯ユニット１２のコネクタ５４をハウジング２１の腕帯チューブ接続部４６に接続して空気袋５２を空気供給回路５５に接続する。また、腕帯ユニット１２の腕帯５１を被験者１００の上腕に巻き付ける。この状態から、被験者１００が、ハウジング上面２２の血圧測定開始・停止スイッチ３９を押下（オン）することにより、血圧測定が開始される。

血圧測定開始・停止スイッチ３９が押下（オン）されると、その押下（オン）信号はプロセッサ７１によって検出される。プロセッサ７１が押下（オン）信号を検知すると、その信号に応答して血圧測定回路７２が空気ポンプ７４を駆動して空気供給回路５５を通じて空気袋５２に空気を供給し、これにより被験者１００の上腕が腕帯５１によって圧迫される。空気ポンプ７４によって空気袋５２に空気が供給される間、空気袋５２の圧力（これは空気供給回路５５の圧力に相当する。）は圧力センサ７６で検知される。

圧力センサ７６の出力によって空気袋５２の圧力が所定の圧力に達したことが検知されると、血圧測定回路７２が排気バルブ７５を開き、空気袋５２の空気を排出する。空気袋５２から空気が排気される間、空気袋５２の圧力は圧力センサ７６で検知される。

圧力センサ７６の出力は血圧測定回路７２に検知される。血圧測定回路７２は、予め決められた血圧計算アルゴリズムに基づいて、圧力センサ７６の出力から血圧（最高血圧、最低血圧）と脈拍数を計算し、その計算結果をプロセッサ７１に出力する。プロセッサ７１は、血圧測定回路７２から受信した血圧と脈拍数を表示部３４に出力して表示する。

血圧測定後、ハウジング上面２２の通信スイッチ３８が押下（オン）されると、血圧測定回路７２は通信部７７を介して血圧と脈拍数を携帯情報端末４１に送信する。

心電図波形を測定する場合、図１に示すように、携帯情報端末４１を携帯情報端末載置面４０に載せる。携帯情報端末４１には、血圧計１０から出力される心電図波形情報を携帯情報端末４１が受信し、受信した心電図波形情報を携帯情報端末４１のディスプレイに表示するための専用ソフトウェア（アプリケーション）が搭載されている。この状態で、被験者１００は、左右の親指以外の指１０３（人指し指、中指、薬指）を左右側面の心電図波形測定電極４５に接触させる。被験者１００はまた、左右の親指１０２の一方又は両方を上面２２の基準電極３５に接触させる。

被験者１００がその両手の指１０３を心電図波形測定電極４５に接触させると、心電図波形測定回路７３は心電図波形測定電極４５が被験者１００を通じて互いに電気的に接続されたことを検知し、この検知信号をトリガとして心電図波形の測定を開始する。このとき、被験者１００の左手又は右手若しくは両手の親指１０２が基準電極３５に接触している。

この状態で、基準電極３５に入力される信号と心電図波形測定電極４５に入力される信号との間には電位差がある。この電位差は、親指１０２とそれ以外の指１０３までの経路長の差に起因する。一方、基準電極３５に入力される信号と心電図波形測定電極４５に入力される信号にはほぼ同じレベルのノイズが含まれている。したがって、親指１０２を通じて基準電極３５に入力される信号とそれ以外の指１０３を通じて心電図波形測定電極４５に入力される信号の電位差を測定し、必要であればその電位差を増幅することによって、ノイズの影響の少ない心電図波形を得ることができる。

測定された心電図波形は、変調回路７８で超音波信号に変換された後、圧電振動板４２によって振動として携帯情報端末載置面４０に直接伝達される。このとき、携帯情報端末載置面４０の全体がスピーカ振動板として働き、測定された心電図波形に対応する超音波を発する。そのため、携帯情報端末４１が、マイクロフォン４３を左右いずれかに向けて、携帯情報端末載置面４０に置かれている場合、又はマイクロフォン４３と携帯情報端末載置面４０が近傍となるように、携帯情報端末４１が配置されている場合のいずれであっても、マイクロフォン４３は携帯情報端末載置面４０からの音波を確実に検出する。

心電図波形を受信した携帯情報端末４１は、搭載されたソフトウェアにしたがって、携帯情報端末４１のディスプレイ８１に心電図波形８２をリアルタイムに表示する。心電図波形情報は他の測定情報（測定日時）と共に携帯情報端末４１のメモリに記憶される。メモリに記憶された心電図波形情報は、必要に応じて他の通信端末に送信できる。

このように、上述した実施形態に係る血圧計１０及び血圧計本体１１によれば、携帯情報端末４１のマイクロフォン４３は、携帯情報端末４１を携帯情報端末載置面４０に載置した状態で常に振動板（音波発信源）の近傍に配置される。そのため、携帯情報端末４１がどのような姿勢であっても、携帯情報端末４１のマイクロフォン４３は、携帯情報端末載置面４０が発する音波を確実に受信できる。

［３：他の実施形態］
本発明に係る生体情報測定装置の例として、血圧計の実施形態を説明したが、生体情報測定装置は他の実施形態に種々改変可能である。

例えば、上述の実施形態において、生体情報測定装置として心電図波形測定機能付血圧計が提案されているが、生体情報測定装置は例えば体重計、体温計、血糖測定器、又は握力計などの体力測定器であってもよい。

また、上述の実施形態において、心電図波形は超音波信号に変換されているが、被験者が一般的に良好に可聴できる２０Ｈｚから１６ｋＨｚまでの周波数の音波信号に変換されてもよい。このとき、圧電振動板４２の代わりに、磁束密度の変動により音波を発生するマグネチックサウンダを生体情報測定装置に設けてもよい。一般的なマグネチックサウンダが発振できる音波の基準周波数は約１〜４ｋＨｚで、被験者が可聴できる音波を発する。

上述の実施形態において、携帯情報端末４１はスマートフォン又はマイクロフォンを備えるタブレット端末であってもよい。携帯情報端末載置面４０は、想定される端末の大きさに応じて広さを適切に設計されることが好ましい。

携帯情報端末４１は、それに装着されたケースを介して携帯情報端末載置面４０に置かれてもよい。携帯情報端末４１のマイクロフォンが携帯情報端末載置面４０の近傍に配置される姿勢であれば、スマートフォン自体が携帯情報端末載置面４０から離れていたとしても、超音波通信は良好に行われる。

１１：血圧計本体（生体情報測定装置）
２１：ハウジング
４０：端末載置面
４１：端末
４２：圧電振動板（振動部材）
４３：マイクロフォン
７３：心電図波形測定回路
７８：変調回路

Claims (8)

1. マイクロフォンを備えた外部端末と音波通信を行う生体情報測定装置において、
   前記生体情報測定装置は、
   ハウジングと、
   前記ハウジングの内部に配置され、生体情報を測定する測定回路と、測定された前記生体情報を音波信号に変換する変調回路と、前記変調回路から伝達される前記音波信号を基に振動する振動部材とを備えており、
   前記ハウジングは、前記端末が載置される端末載置面を有し、
   前記振動部材と前記端末載置面が、前記振動部材で発する振動が前記端末載置面に伝達されるように互いに接触していることを特徴とする生体情報測定装置。
2. 前記ハウジングに固定された支持部と、
   前記支持部と前記振動部材との間に配置された弾性部材とを有し、
   前記振動部材が前記弾性部材によって前記端末載置面に押し付けられていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
3. 前記振動部材が圧電振動板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体情報測定装置。
4. 前記音波信号は１７〜２０ｋＨｚの周波数の超音波信号であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生体情報測定装置。
5. 前記端末載置面における左右方向の幅が前後方向の長さよりも大きく、
   前記幅が少なくとも１００ｍｍ以上であり、
   前記長さが少なくとも３０ｍｍ以上であり、
   前記振動部材は、前記端末載置面の中心から前後方向にそれぞれ１５ｍｍ以内かつ左右方向にそれぞれ５０ｍｍ以内の領域に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の生体情報測定装置。
6. 前記測定回路は、被験者の心電図波形を測定する心電図波形測定回路を備えており、
   前記心電図波形測定回路と電気的に接続された第１の心電図波形測定電極及び第２の心電図波形測定電極が前記ハウジングの外表面に設けられ、
   前記心電図波形測定回路が測定した前記心電図波形が前記変調回路で前記音波信号に変換されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の生体情報測定装置。
7. 前記生体情報測定装置は、被験者の血圧を測定する上腕血圧計の一部を構成しており、
   前記ハウジングは、
   前記上腕血圧計の腕帯に収容されている空気袋に空気を供給するための空気供給回路と、
   前記空気供給回路を通じて前記空気袋に空気を供給する空気ポンプと、
   前記空気供給回路における空気の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサの出力に基づいて前記被験者の血圧を測定する血圧測定回路を収容していることを特徴とする請求項６に記載の生体情報測定装置。
8. 前記生体情報測定装置は腕帯ユニットをさらに備えており、
   前記腕帯ユニットは、
   空気袋を内蔵した帯状の腕帯と、
   一端が前記空気袋に接続されており、前記空気袋に空気を供給するためのエアチューブとを備えており、
   前記生体情報測定装置は、
   前記ハウジングの表面に設けられ、前記エアチューブの他端が着脱自在に接続されるチューブ接続部を備えており、
   前記チューブ接続部が前記空気供給回路に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の生体情報測定装置。

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