JP4791471B2 - 外形を付けられた架橋要素を有するステント - Google Patents

Description

［関連出願］
本出願は、その全体の内容が、参照により本明細書に援用される、２００４年５月２１日に出願された米国特許仮出願第６０／５７３，０８５号に対する優先権を主張する。

［背景］
ステントは、体の管腔の開存性(patency)を維持するために患者の体内に埋め込まれるようになっている拡張可能な埋め込み可能器具である。血管内で使用されるとき、ステントは、脈管が圧壊するのを防止し、脈管壁を補強し、断面積を増加させ、血流を増加させ、健全な血流を回復させるか、又は、維持するのに役立つことができる。初期のステント構造は、管腔を保持するために、人体の管腔内で径方向外側に拡張する、単純なワイヤメッシュ又はコイルを含んでいた。

初期のステントの例は、米国特許第４７３３６６５号明細書、第５１０２４１７号明細書、第５４２１９５５号明細書、及び第５９０２３３２号明細書に記載されている。

ステントの送出及び埋め込みに使用されることが多い一方法は、患者の体内の所望の場所にステントを送出し、ステントを拡張させて拡張した埋め込み構成にするために、バルーンカテーテル等の拡張可能部材を採用する。ステントを、体内の埋め込み部位に送出するときの問題のうちの１つは、しばしば蛇行する血管の経路についてのナビゲーションである。

比較的剛性の円筒セクション間に可撓性の架橋要素を有するステントが設計されてきた。可撓性の架橋要素によって、ステントは、送出中及び埋め込み時に、軸方向に撓むことが可能になる。可撓性の架橋要素の例は、米国特許第５４４９３７３号明細書、第５６９７９７１号明細書、及び第６２４１７６２号明細書に示される。良好な可撓性を提供するために、架橋要素内における複数の湾曲部(multiple bends)の使用が示されてきた。

施術者(practitioner)は、常に、より可撓性が高く、したがってより送出しやすいステントを常に探索している。一方で、ステント設計は、径方向フープ強度(hoop strength)、長手方向寸法安定性、疲労強度、及び適用範囲エリアについての実際の要求によって制限される。

［発明の概要］
本発明は、変形中に、エネルギーを均一に分布させるように、架橋要素の長さに沿って外形を付けられる(contour)可撓性の架橋要素を有するステントに関する。

本発明の一態様によれば、ステントが、複数の支柱で形成される複数の拡張可能リングと、複数の拡張可能リングを相互接続するとともに、ステントが軸方向に撓むことを可能にする複数の可撓性の架橋要素とを備える。複数の可撓性の架橋要素は、少なくとも２つの湾曲フレックス(flex)部材を含み、この少なくとも２つの湾曲フレックス部材は、湾曲フレックス部材に沿って実質的に均一に歪み(strain)を分布させるように、湾曲フレックス部材の長さに沿ってその断面を変えることによって外形を付けられる。

本発明の別の態様によれば、ステントは、複数の拡張可能リングと、リングを相互接続する複数の架橋要素とを備え、この架橋要素は、ゆるやかにテーパが付いた幅を全体にわたって有する少なくとも１つの湾曲フレックス部材を含み、少なくとも１つの湾曲フレックス部材の中心部分における幅は、その少なくとも１つの湾曲フレックス部材の対向する２つの端部分における幅より大きい。少なくとも１つの湾曲フレックス部材は、少なくとも２つの湾曲フレックス部材の最大幅の少なくとも２倍の平均曲率半径を有する。

本発明のさらなる態様によれば、ステントは、複数の支柱で形成される複数の拡張可能リングと、この複数の拡張可能リングを相互接続するとともに、ステントが軸方向に撓むことを可能にする複数の可撓性の架橋要素とを備える。複数の可撓性の架橋要素は、少なくとも１つのフレックス部材を含み、この少なくとも１つのフレックス部材は、少なくとも１つのフレックス部材に沿って実質的に均一に歪みを分布させる配置構成で、フレックス部材の長さに沿ってその幅を連続的に変えることによって外形を付けられる。

本発明は、ここで、添付図面に示す好ましい実施形態を参照してより詳細に述べられるであろう。図面では、類似の要素は、類似の参照符号を持つ。

［詳細な説明］
図１Ａ及び図１Ｂは、複数の拡張可能リング２０、及び、このリングを接続する複数の可撓性の架橋要素３０から形成されたステント１０を示す。ステント１０は、バルーンカテーテル等の拡張器具を配備することによって、挿入構成から拡張した埋め込み構成へと拡張可能である。拡張可能リング２０は、ステントに径方向フープ強度を提供し、一方、可撓性の架橋要素３０は、ステントが、送出中及び埋め込み時に軸方向に撓むことを可能にする。可撓性の架橋要素３０は、架橋要素に沿って実質的に均一に歪みを分布させるように外形を付けられた、変化する幅を有する状態で設計される。架橋要素３０の外形を付けられた形状は、架橋要素の疲労強度及び可撓性を最大にする。

本明細書で使用される用語「幅」は、ステントの円筒表面の平面における要素の寸法を意味する。幅は、一般に、要素の縁部に実質的に垂直な線に沿って測定される。

図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態では、拡張可能リングは、複数の支柱２２及び複数の延性ヒンジ２４によって形成される。拡張によって、延性ヒンジは変形するが、支柱は実質的に変形しないように配列されている。延性ヒンジ２４及び支柱２２の構造は、参照によりその全体が本明細書に援用される、米国特許第６２４１７６２号明細書にさらに詳細に記載されている。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、リング２０は、交互に配置される開放端部及び閉鎖端部を有する。図１Ａ及び図１Ｂの配置構成において、リング２０の閉鎖端部は、隣接するリングの閉鎖端部と整列し、閉鎖端部は、可撓性の架橋要素３０によって相互接続される。隣接する閉鎖端部は、実質的に１８０°位相がずれた構造と呼ばれることができる。或いは、拡張可能リングは、同じ位相又は位相がずれた、蛇状リング（serpentine rings）、ダイヤモンド構造、矢羽根形状(chevron shapes)等を含む、他の既知のリング構造のうちの任意の構造で形成されてもよい。

図１Ａ及び図１Ｂのステント１０の可撓性の架橋要素３０は、疲労強度及び可撓性を最大にするように設計された。図１Ａ及び図１Ｂの可撓性の架橋要素３０のうちの１つの拡大図は、図６に示される。架橋要素３０は、２つの湾曲フレックス部材３２を含み、部材３２はそれぞれ、隣接する拡張可能リング２０を、中央のリザーバ包含構造(reservoir containing structure)３４に接続する。少なくとも２つの湾曲フレックス部材３２は、湾曲フレックス部材に沿って実質的に均一に歪みを分布させるように、湾曲フレックス部材の長さに沿ってその断面を変えることによって外形を付けられる。

中央のリザーバ包含構造３４は、利用可能な空間、及び、リザーバから送出される薬物の量に応じて、多くの異なる形状をとってもよい。図１Ａ及び図１Ｂの例では、リザーバ包含構造３４は、その一部が湾曲フレックス部材３２によって形成されたアーチ形状内に配列された、２つの不規則な多角形穴３６を含む。

リザーバ包含構造３４は、非変形性、又は、実質的に非変形性であることができる１つ、２つ、又は、それ以上のリザーバを支持することができる。リザーバ包含構造３４は、管腔に(luminally)、壁に(murally)、又は、双方向的に送出することができる、１つ又は複数の有益な作用物質を、ステントが送出することを可能にする。架橋要素３０内でのリザーバ包含構造３４の使用は、有益な作用物質が、ステントの長さに沿ってより均等に分布することを可能にする。しかし、リザーバ包含構造３４は、架橋要素３０から省略されることもできる。

本明細書で使用される、用語「有益な作用物質」は、考えられるその最も広い解釈を有することを意図され、任意の治療薬又は薬物、及び、バリア層、キャリア層、治療層、又は保護層等の不活剤を含むために使用される。本発明の有益な作用物質において使用することができる治療薬の例示的な種類は、１つ又は複数の抗増殖薬（パクリタキセル(paclitaxel)及びラパマイシン(rapamycin)）、抗トロンビン（すなわち、血栓溶解剤）、免疫抑制薬、抗脂質薬、抗炎症薬、抗腫瘍薬、代謝拮抗薬、抗血小板薬、血管形成薬、抗血管形成薬、ビタミン、抗有子分裂薬、ＮＯドナー、酸化窒素放出刺激薬、硬化防止薬、血管作用薬、内皮成長因子、インシュリン、インシュリン成長因子、抗酸化薬、膜安定化薬、及び抗再狭窄薬を含む。

図２〜７は、エネルギーを均一に分布させるように架橋要素に外形を付けることによって達成された、架橋要素の改善された疲労強度を示す。架橋要素に外形を付けることによって実現された、この改善された疲労強度は、架橋要素における、様々な外形付けの程度を有する設計に関連する図３、図５、及び図７のグッドマン線図(Goodman Diagram)によって最も明確に示される。

鉄を含む金属構造の疲労特性を評価する最も一般的な方法は、グッドマン線図を構築することである。グッドマン線図は、Ｘ−Ｙグラフとして生成され、Ｘ軸は、定常状態応力とも呼ばれる「平均応力(mean stress)」すなわちアベレージ応力である。Ｙ軸は、応力偏位(stress deviation)とも呼ばれる「交番応力(alternating stress)」すなわち周期的応力である。グッドマン線は、材料の引張強度におけるＸ軸上の点と、材料の耐久限界にあるＹ軸上の点とを接続することによって構築される。解析される構造上の複数の場所について、点が、グッドマン線図上にプロットされる。点がグッドマン線の上方にある場合、構造は、その場所において最終的に破壊するであろう。点がグッドマン線の下方にある場合、構造は、その場所において無限の寿命を有するであろう。平均応力か、周期的応力のいずれかが増加するにつれて、点は、最後には、グッドマン線の上に移動するであろう。

ステントのステントブリッジ構造についてグッドマン線図を作成するためには、ステント構造を、ステントが拡張したときに単一のブリッジ構造が受ける初期変形及び周期的変形の平均量を求めるために解析する。展開中の初期変形及び心臓の拍動による周期的変形は共に、構造解析についてのパラメータを提供するために確定される。ブリッジ構造の初期変形を求めるために、ステントの拡張時の架橋要素の実際の変形又は伸張を測定するか、又は、計算することができる。埋め込み式ステントの周期的変形は、心臓の既知の生理的特性に基づいて計算されることができる。これらの２つの変形、初期拡張変形及び周期的変形は、構造上の複数の点について、平均応力及び応力偏位を求めるために、構造解析に適用される。

図２は、２つのＳ状リンク１１０及び中央のリザーバ包含構造１２０を有する架橋要素１００を示す。２つのＳ状リンク１１０は、外形を付けられておらず(uncontoured)(断面が均一)、湾曲部分の内側面においてピーク歪みを有するエリアを生じる。図３は、このような構造のグッドマン線図を示す。この構造は、標準的な「Ｌ６０５」（ＡＳＴＭ Ｆ ９０，ＩＳＯ５８３２−５）コバルトクロム合金等のコバルトクロム合金で形成されている。この合金は、Ｃｏ、２０重量％Ｃｒ、１５重量％Ｗ、１０重量％Ｎｉ、及び１．５重量％Ｍｎの組成を有する。図３に示すように、外形を付けられていないＳ状設計において、湾曲ブリッジ領域すなわちＳ状リンク１１０における点のほとんどは、グッドマン線図上でグッドマン線の上に位置する。図３はまた、外形を付けられていない構造から生じる、湾曲ブリッジの異なる点が受ける平均応力及び応力偏位の大きな変動を示す。たとえば、応力偏位は、約４０，０００〜約１２０，０００ＫＰａの間で変動し（約８０，０００ＫＰａ）、平均応力は、約５５，０００ＫＰａまで上昇する。

図４は、Ｓ状リンク２１０及び中央のリザーバ包含構造２２０の外形を付けられた設計を有する架橋要素２００を示す。Ｓ状リンク２１０に外形を付けること、すなわち、幅を変化させることの使用は、湾曲部材に沿ってより均一に歪みを分布させた。図５のグッドマン線図に示すように、図４の外形付けされた架橋要素は、Ｓ形状ブリッジリンク２１０の点をグッドマン線に近づける点で、特に、これらの点を近くにまとめる点で、図２の設計に比べて大幅な改善を可能にする。

図４の外形付けされた架橋要素２１０の使用によって、図５の点が、より近くにまとめられており、エネルギーが、構造内でより均等に分布していることが示される。図５では、最大応力を有する点と最小応力を有する点との間の変動は、図２の外形付けされていない例から大幅に減少している。特に、応力偏位は、約４０，０００〜約７０，０００ＫＰａの間で変動する。最大応力偏位から最小応力偏位までの全体変動は、約３０，０００ＫＰａである。平均応力は、約２０，０００ＫＰａ〜約６０，０００ＫＰａまで変動する（約４０，０００ＫＰａの変動）。

図６は、外形付けされた設計を有する、図１Ａ及び図１Ｂの架橋要素３０のうちの１つの拡大図を示す。架橋要素の湾曲フレックス部材３２にわたる変化する幅の使用は、構造全体にわたって均一に歪みを分布させた。図７のグッドマン線図に示すように、図６の外形付けされた架橋要素３０は、架橋要素の全ての点が、近くにまとめられ、グッドマン線より下に位置することを示す。最大応力偏位から最小応力偏位までの全変動は、約２０，０００ＫＰａより小さく、平均応力の変動は、約３０，０００ＫＰａである。より大きな円筒セグメント及びより少数の架橋要素等の、ステントの構造の変動によって、グッドマン線図が、グラフ上で点の場所を移動することによって変わることができるが、架橋要素の精密に調節された外形付けによって、点の密なまとまりが生じる。そのため、本発明は、グッドマン線図において点を近くにまとめるように外形付けすることができる、湾曲架橋構造を有する任意のステントにおいて有用である。

図６の湾曲フレックス部材３２は、それぞれ、接続脚部３２ａ、オフセット脚部３２ｂ、及び弧状脚部３２ｃを備える。弧状脚部３２ｃは、中央のリザーバ包含構造３４に接続され、架橋要素３０の円周方向に向いた中心線Ｙを通過する。弧状脚部３２ｃは、振動中にエネルギーを格納するのに利用可能な材料の量を増加させるために、中心線Ｙを通過することによって、また、オフセット脚部３２ｂによってより大きくされた。

弧状脚部３２ｃの外形(contour)は、脚部における力の構造解析に基づいて選択された、連続的に変化する幅及び連続的に変化する曲率半径を有する。そのため、弧状脚部３２ｃはそれぞれ、非対称である。各架橋要素３０の２つの弧状脚部３２ｃは、一般に、互いの反転鏡像である。拡大した弧状脚部３２ｃの曲率半径は、弧状脚部の長さに沿って或る程度変わるが、平均曲率半径Ｒは、好ましくは、複数の拡張可能リング間の軸方向距離Ｄの少なくとも１５％である。さらに、弧状脚部３２ｃは、少なくとも２つの湾曲フレックス部材の最大幅Ｗの少なくとも２倍の平均曲率半径Ｒを有する。弧状脚部３２ｃのこの最大幅Ｗは、弧状脚部の中央部分に位置し、弧の対向する２つの端部分の幅より大きい。そのため、架橋要素３０の軸方向中心線Ｘから最も遠い弧状脚部の部分３２ａは、最も大きい幅を有して、力の集中がその点で実質的に起こらないようにする。弧状脚部３２ｃは、はっきりした屈曲点(inflection)の無い状態で、連続的に湾曲する。

図６の実施形態では、接続脚部３２ａは、架橋要素３０を通過して延びる軸方向中心線Ｘの上方と下方でリング２０に接続される。しかし、接続脚部３２ａはまた、他の場所に接続されることができる。たとえば、中心線Ｘに沿って、支柱２２上に、共に中心線Ｘの上方に、共に中心線Ｘの下方に、等である。接続脚部３２ａはまた、架橋要素３０のこの部分においてエネルギーを均一に分布させるように、連続的に変化する幅によって外形を付けられることができる。

図６の実施形態では、弧状脚部３２ｃ及び接続脚部３２ａに外形を付けることによって、湾曲フレックス部材３２の最大幅Ｗが、湾曲フレックス部材の最小幅の少なくとも１．５倍である構造がもたらされる。好ましくは、最大幅Ｗは、最小幅の約２倍である。

架橋要素の特定の外形は、ステント材料及び個々のブリッジ設計に応じて変わるであろう。しかし、一般に、最大幅を有するブリッジの部分は、円筒要素間に延びる中心線Ｘから最も遠くに位置するであろう。より詳細には、最大幅は、ほぼ、架橋要素と円筒要素との間の両接続点を横切る線から最も遠い場所に位置するであろう。架橋要素３０の幅の変化は、力の集中を回避するために、構造全体にわたってゆるやかである。外形を付けられた架橋要素３０は、外形を付けられた部分において弾性変形が均等に分布する構造を提供する。

本発明は、架橋要素の長さに沿って架橋要素の幅を変えることによる、架橋要素の外形付けを含むように述べられたが、外形付けはまた、架橋要素の厚さを変えることによって、又は、幅及び厚さの両方を変えることによって達成することができる。

架橋要素３０の特定の外形及び寸法は、ステントの構造及び材料に応じて変わることができる。架橋要素３０は、コバルトクロム合金で形成されたステントについて設計された。ステントを作ることができる他の材料は、ステンレス鋼、他の金属合金、ポリマー、或いは、生分解性ポリマー又は金属合金を含む。

本発明は、本発明の好ましい実施形態を参照して詳細に述べられたが、本発明から逸脱することなく、種々の変更及び修正を行うことができ、均等物を採用することができることが当業者には明らかになるであろう。

いくらか拡張した構成にある、本発明によるステントの一例の拡大斜視図である。 展開され平面的に置かれた、図１Ａのステントの上面図である。 外形を付けられていない設計の架橋要素の拡大図である。 図２の設計のグッドマン線図である。 外形を付けられた設計の架橋要素の拡大図である。 図４の設計のグッドマン線図である。 図１Ａ及び図１Ｂのステントの架橋要素の拡大図である。 図６の設計のグッドマン線図である。

Claims (19)

1. ステントであって、
   複数の支柱で形成される複数の拡張可能リングと、
   前記複数の拡張可能リングを相互接続するとともに、前記ステントが軸方向に撓むことを可能にする複数の可撓性の架橋要素と
   を備え、
   前記複数の可撓性の架橋要素は、
   少なくとも２つの湾曲フレックス部材と、
   前記複数の架橋要素の拡大された部分で前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材間に配置され且つ有益な作用物質を含む少なくとも１つのリザーバと
   を含み、
   前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材は、前記湾曲フレックス部材に沿って実質的に均一に歪みを分布させるように、前記湾曲フレックス部材の長さに沿ってその断面を変えることによって外形を付けられ、
   前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材はそれぞれ、
   前記拡張可能リングに接続される接続脚部と、
   前記少なくとも１つのリザーバに接続される弧状脚部と、
   前記弧状脚部を前記接続脚部にオフセット状態で接続するオフセット脚部と
   を有し、
   前記少なくとも１つのリザーバに接続される２つの前記湾曲フレックス部材における前記弧状脚部同士は、反対鏡像であり、
   前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材の最大幅部分は、前記複数の架橋要素の軸方向に向く中心線から最も遠い前記弧状脚部の部分に位置する、ステント。
2. 前記複数の架橋要素は、前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材の最大幅より大きい幅を有する前記拡大された部分を含む、請求項１に記載のステント。
3. 前記弧状脚部は、中央部分において最大幅を有し、両端において狭い幅になるようテーパが付いている、請求項１に記載のステント。
4. 前記複数の拡張可能リングはそれぞれ、実質的にＶ形状又はＵ形状に開く複数の支柱から形成される、請求項１に記載のステント。
5. 前記複数の拡張可能リングのうちの隣接するリングは、位相がずれている、請求項１に記載のステント。
6. 前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材はそれぞれ、前記複数の拡張可能リング間の軸方向距離の少なくとも１５％の曲率半径を有する、請求項１に記載のステント。
7. 前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材は、前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材の最大幅の少なくとも２倍の曲率半径を有する、請求項１に記載のステント。
8. 前記可撓性の架橋要素の弾性変形は、前記ステントが挿入直径から埋め込み直径へと拡張するときに、前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材に沿って均等に分布する、請求項１に記載のステント。
9. 前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材は、屈曲点の無い連続的に湾曲する表面を有する、請求項１に記載のステント。
10. 前記弧状脚部の平面形状は非対称である、請求項１に記載のステント。
11. 前記架橋要素の前記拡大された部分は、前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材を相互接続する剛性部材である、請求項１に記載のステント。
12. ステントであって、
    複数の拡張可能リングと、
    前記リングを相互接続する複数の架橋要素と
    を備え、
    前記複数の架橋要素は、
    ゆるやかにテーパが付いた幅を全体にわたって有する少なくとも２つの湾曲フレックス部材と、
    前記複数の架橋要素の拡大された部分で前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材間に配置され且つ有益な作用物質を含む少なくとも１つのリザーバと
    を含み、
    前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材はそれぞれ、
    前記拡張可能リングに接続される接続脚部と、
    前記少なくとも１つのリザーバに接続される弧状脚部と、
    前記弧状脚部を前記接続脚部にオフセット状態で接続するオフセット脚部と
    を有し、
    前記少なくとも１つのリザーバに接続される２つの前記湾曲フレックス部材における前記弧状脚部同士は、反対鏡像であり、
    前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材の最大幅部分は、前記複数の架橋要素の軸方向に向く中心線から最も遠い前記弧状脚部の部分に位置し、
    前記弧状脚部の中央部分における幅はそれぞれ、前記弧状脚部の対向する２つの端部分における幅より大きく、
    前記弧状脚部はそれぞれ、前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材の最大幅の少なくとも２倍の平均曲率半径を有する、ステント。
13. 前記複数の拡張可能リングはそれぞれ、実質的にＶ形状又はＵ形状に開く複数の支柱から形成される、請求項１２に記載のステント。
14. 前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材はそれぞれ、前記複数の拡張可能リング間の軸方向距離の少なくとも１５％の曲率半径を有する、請求項１２に記載のステント。
15. 前記弧状脚部の平面形状は非対称である、請求項１２に記載のステント。
16. ステントであって、
    複数の支柱で形成される複数の拡張可能リングと、
    前記複数の拡張可能リングを相互接続するとともに、前記ステントが軸方向に撓むことを可能にする複数の可撓性の架橋要素と
    を備え、
    前記複数の可撓性の架橋要素は、
    少なくとも２つの湾曲フレックス部材と、
    前記複数の架橋要素の拡大された部分で前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材間に配置され且つ有益な作用物質を含む少なくとも１つのリザーバと
    を含み、
    前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材はそれぞれ、前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材に沿って実質的に均一に歪みを分布させる配置構成で、前記湾曲フレックス部材の長さに沿ってその幅を連続的に変えることによって外形を付けられ、
    前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材はそれぞれ、
    前記拡張可能リングに接続される接続脚部と、
    前記少なくとも１つのリザーバに接続される弧状脚部と、
    前記弧状脚部を前記接続脚部にオフセット状態で接続するオフセット脚部と
    を有し、
    前記少なくとも１つのリザーバに接続される２つの前記湾曲フレックス部材における前記弧状脚部同士は、反対鏡像であり、
    前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材の最大幅部分は、前記複数の架橋要素の軸方向に向く中心線から最も遠い前記弧状脚部の部分に位置する、ステント。
17. 前記複数の拡張可能リングはそれぞれ、実質的にＶ形状又はＵ形状に開く複数の支柱から形成される、請求項１６に記載のステント。
18. 前記少なくとも２つの湾曲フレックス部材はそれぞれ、前記複数の拡張可能リング間の軸方向距離の少なくとも１５％の曲率半径を有する、請求項１６に記載のステント。
19. 前記弧状脚部の平面形状は非対称である、請求項１６に記載のステント。

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