JP5225118B2 - 内視鏡用光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡用光源装置に関する。

一般に患者の体腔内を診断又は治療するための内視鏡装置は、先端部に備えられた撮像素子で体腔内を撮像する内視鏡と、撮像素子により生成された画像信号を処理してモニタに出力する画像処理装置と、体腔内の観察部位を照明するための光を内視鏡に供給する光源装置とから構成される。従来の内視鏡用光源装置では、平行光を照射する平行光タイプのランプが光源として用いられているが、近年では、発光部からの光を無駄なく効率的に伝播できるとして、発光部からの光を凹面鏡により反射することで集光させて照射する集光タイプのランプも用いられるようになっている。

図８は、上記従来の内視鏡用光源装置において、集光タイプのランプを用いる場合の、光源から内視鏡のライトガイドまでの構成を模式的に示した図である。図８の光源装置では、集光タイプの光源ランプ５２０、ならびに光源ランプ５２０により発生する熱を放熱するための冷却ユニット５１０Ｆおよび５１０Ｒからなるランプカートリッジ５００が光源部として用いられる。そして、光源ランプ５２０から照射される照明光は、リレーレンズ６００および絞り６１０を介して内視鏡のライトガイドの光軸に入射される。このとき、光源ランプ５２０からの照明光を、ライトガイドの光軸上に集光させるために、光源ランプ５２０から照射される光を決められた集光面上の所定の位置に集光させる必要がある。そのため、光源ランプ５２０から照射される照明光が、図８の実線で示される光路を通るような位置に、光源ランプ５２０が配置される。尚、図８に示される集光面は、説明のために記載された理論上のものであり、実際の構成において存在するものではない。

しかしながら、光源ランプ５２０の製造段階で発生する形状のばらつき、光源ランプ５２０を冷却ユニット５１０Ｆ、５１０Ｒへ取り付ける際に発生する嵌め合いのばらつき、または、ランプカートリッジ５００を筐体へ取り付ける際のばらつきなどにより、光源ランプ５２０から照射される照明光の光路が、図８の実線で示される光路とは異なってしまう場合がある。この場合の一例として、例えば図８の破線で示されるように、光源ランプ５２０から照射される照明光の集光点が、集光面上の所定の位置からシフトしてしまう場合がある。このような場合、光源ランプ５２０から照射される照明光の一部が、リレーレンズ６００によって伝播されず、ライトガイドへ供給される光量が低下してしまう。これにより、ケラレが発生するなど、内視鏡観察において支障をきたしてしまう恐れがある。

上記問題を解決するために、光源装置の製造現場においては、ランプカートリッジ５００を光源装置の筐体へ取り付ける際に、光源ランプ５２０から照射される照明光の光路が、図８の実線で示される光路となるように、光量を測定しながら光源ランプ５２０の位置が調整される。そして、所定の光量が得られるように調整された後、光源ランプ５２０が筐体内部に固定され、出荷される。例えば、特許文献１に記載の光源装置においては、光源ランプをヒートシンクに保持させた状態において、光源装置の筐体に備えられたランプ扉を閉めることにより、光源ランプを光源装置内部に固定している。

特開２００４−３５０８６５号公報

しかしながら、出荷後の移送中に生じる振動などにより、光源装置内の光源ランプの位置がずれてしまう場合がある。これにより、術者によって実際に使用される時点で、上述のような集光点のずれが生じ、内視鏡のライトガイドに対して十分な光量を提供できなくなってしまうといった問題があった。また、光源装置を長期間使用することに伴い、光源ランプの経年劣化による光量の減少が生じることがある。このような場合に光量の調整を行うためには、特許文献１に記載の光源装置の場合には、ランプ扉を開けて筐体内部に配置される光源ランプの位置を調整する必要があり、操作が煩雑であった。また、光量を調整するためには、実際に光源ランプから照射される光量を測定しながら光源ランプの位置を調整する必要がある。そのため、光源ランプを発光させた状態で、光源ランプに触れなければならないが、光源ランプは発光中に高熱となるため危険を伴う恐れがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安全かつ容易に光量調整を行うことができる光源装置を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明の内視鏡用光源装置は、内視鏡に照明光を供給するための内視鏡用光源装置であって、照明光を光軸に沿って出射する光源ランプと、光源ランプの後端部に取り付けられ、光源ランプを光軸を中心に回転させるランプ可動ギアと、ランプ可動ギアを回転させる回転機構と、内視鏡用光源装置の筐体外部に設けられた操作部とを備え、回転機構は、ランプ可動ギアと嵌合する駆動ギアと、駆動ギアを回転させるためのモータギアと、モータギアを駆動するためのステッピングモータとを含み、ステッピングモータは、操作部に対する操作に応じて回転駆動されることを特徴とする。

上記のように構成することにより、出荷後に何らかの理由により光量が変化してしまった場合でも、光源装置の外部に設けられた操作部を操作することにより、簡単に光量の調整を行なうことが可能となる。また、光源装置の内部を直接操作する必要がないため、安全に作業を行うことができる。

また、上記駆動ギアは、絶縁体で形成されており、これにより光源ランプへ供給される電圧が、ランプ可動ギアなどから光源装置の筐体へ伝達するのを防ぐことができる。

また、上記モータギアは駆動ギアと直接嵌合して、駆動ギアを回転させる構成としても良い。もしくは、モータギアは、回転機構に備えられた直線状の歯を有するラックを介して、駆動ギアを回転する構成としても良い。このように構成することで、簡易な構成において光量の調整を行うことが可能となる。

また、上記操作部は、複数の操作キーを含み、複数の操作キーが所定の順序で押下されたときに、複数の操作キーのうちの少なくとも１つにステッピングモータを回転駆動するための処理が割り当てられるよう構成しても良い。このように構成することにより、術者によって不用意に操作されることを防ぐことができ、上記所定の順序を知っているメンテナンスの担当者等によってのみ、光量の調整を行なうことができる。さらに、上記光源ランプは、冷却ユニットに回転可能に支持される構成としても良い。

従って、本発明によれば、安全かつ容易に光量調整を行うことができる光源装置を提供することを提供することができる。

本発明の内視鏡用プロセッサの外観図である。 本発明の内視鏡用プロセッサの概略構成図である。 本発明のランプカートリッジの取り付けを示す模式図である。 本発明のランプカートリッジの各部材を分解した図である。 本発明の光量調整機構を示す側面図である。 本発明の光量調整機構を示す後面図である。 変形例における光量調整機構を示す後面図である。 従来の光源装置の構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る内視鏡用光源装置について説明する。

図１は、本発明の内視鏡用プロセッサ１の外観図である。図１に示すように内視鏡用プロセッサ１は筐体２０に覆われており、筐体２０の外装側面には、後述する光源ランプなどの交換の際に用いられる開口部３０と、開口部３０を覆う蓋３５が設けられている。また、内視鏡用プロセッサ１の外装正面には、内視鏡のライトガイドを接続するためのライトガイド接続部４０、内視鏡を電気的に接続して給電及び通信を行なうための電気接続部５０、ユーザ操作を受け付ける各種の操作キーや内視鏡用プロセッサ１の動作状況を表示するインジケータ等を備える操作パネル６０、内視鏡用プロセッサ１の主電源スイッチ７０等が設けられている。操作パネル６０が備える操作キーとしては、後述するモニタ３にて表示される画像のフリーズを指示するためのフリーズキー６１や、モニタ３上の表示画面の操作および各種メニューの選択などに用いられるアップキー６２、ダウンキー６３などがある。尚、以降の説明においては、各接続部４０および５０や操作パネル６０が設けられている側を前面、その反対側を後面とする。

図２は、図１に示される内視鏡用プロセッサ１の内部の概略構成を示す図である。内視鏡用プロセッサ１は、内視鏡２に照明光を供給するための光源ランプを含むランプカートリッジ１００、ランプカートリッジ１００からの照明光を、ライトガイド接続部４０を介して内視鏡２のライトガイド（不図示）へ集光するためのレンズ１２、点灯している光源ランプを空冷して制限温度以上に蓄熱するのを防ぐための冷却ファン１３、光源ランプに給電するためのランプ電源１４、電気接続部５０を介して内視鏡から送られてくる画像を処理するための画像処理部１５を備えている。上記各部は、同じく内視鏡用プロセッサ１に備えられる制御部１１によって制御され、図示しないシステム電源によって給電される。内視鏡用プロセッサ１は、さらに、ライトガイドへ入射する照明光の光量を調整するための、後述する調整機構２００を備えている。調整機構２００は、フロントパネル６０からの入力に基づき、制御部１１によって制御される。

内視鏡用プロセッサ１において、ランプカートリッジ１００は、レンズ１２およびライトガイド接続部４０を介して内視鏡２のライトガイドに照明光を供給する。また、内視鏡２で撮影された画像が電気接続部５０を介して画像処理部１５に供給される。画像処理部１５では、内視鏡２からの映像信号に対して増幅、Ａ／Ｄ変換等の処理が施され、ＮＴＳＣコンポジット信号、Ｙ／Ｃ分離信号（いわゆるＳビデオ信号）、ＲＧＢ分離信号などのビデオ信号として内視鏡用プロセッサ１に接続されたモニタ３に出力される。これによって内視鏡２の撮像素子上に結像した被写体像がモニタ３に表示される。

尚、上記のように本実施形態では、内視鏡用プロセッサ１は、内視鏡へ照明光を供給するための光源装置と、内視鏡で撮像された画像を処理するための画像処理装置が一体となったものである。しかしながら、本発明は当該構成に限定されるものではなく、ランプカートリッジ１００、レンズ１２、冷却ファン１３、ランプ電源１４、フロントパネル６０および制御部１１を備えた単体の光源装置として内視鏡用プロセッサ１から独立した構成とした場合においても適用可能である。

次に、ランプカートリッジ１００の構成について、図３および図４を参照して説明する。図３は、ランプカートリッジ１００の内視鏡用プロセッサ１への取り付けを示す模式図である。ランプカートリッジ１００は、光源ランプ１２０、冷却ユニット１１０Ｒおよび１１０Ｆ、ならびにランプ可動ギア１３０（図４）からなる。冷却ユニット１１０Ｒおよび１１０Ｆは、光源ランプ１２０が発光することにより発生する熱を放熱するための部材であり、図３に示すように光源ランプ１２０を前後から挟み込んで保持している。

光源ランプ１２０を交換する場合は、内視鏡用プロセッサ１の蓋３５が開けられ、開口部３０からランプカートリッジ１００が取り出される。そして、新しい光源ランプ１２０を備えたランプカートリッジ１００が、開口部３０から筐体２０の内部に取り付けられる。筐体２０の内部には、ランプカートリッジ１００を支持するため、筐体２０の底面から延出する支持部１６が２箇所設けられている。また、各支持部１６の所定の箇所には、ネジ孔１７が設けられている。また、ランプカートリッジ１００の冷却ユニット１１０Ｆおよび１１０Ｒには、それぞれ２本の取り付けネジ１５０が取り付けられている。そして、取り付けネジ１５０を支持部１６のネジ孔１７とそれぞれ係合させることで、ランプカートリッジ１００が、筐体２０内の所定の位置に取り付けられる。

図４は、ランプカートリッジ１００を構成部材ごとに分解して示した図である。尚、図４においては、本発明と直接関係のない取り付けネジ１５０などは省略されている。光源ランプ１２０は、キセノンランプなどの白色光の発光部（不図示）、発光部の光を反射して集光するための放物面状のリフレクタ１２１、およびランプソケット１２２から構成される、集光タイプの光源ランプである。また、ランプソケット１２２の後端面には、後述するランプ可動ギア１３０を取り付けるためのネジ穴１２３が３箇所設けられている。さらに、ランプソケット１２２は、発光部へ電力を供給するための図示しない電極部を備えている。そして、ランプソケット１２２の後端面からは、該電極部へ電源電圧を供給するための電源ケーブルが延びており、ランプ電源１４と接続されている。尚、図４においては、図面の簡略化のため、上記電源ケーブルや電源ケーブルの配設機構についての図示は省略されている。

冷却ユニット１１０Ｆおよび１１０Ｒは、光源ランプ１２０の発光により生じる熱を放熱させるためのものであり、熱伝導性の良いアルミなどの金属で形成される。冷却ユニット１１０Ｆは光源ランプ１２０のリフレクタ１２１を、冷却ユニット１１０Ｒは、光源ランプ１２０のランプソケット１２２をそれぞれ回転可能に保持するための開口部１１５Ｆおよび１１５Ｒを備えている。開口部１１５Ｆおよび１１５Ｒの内周面には、熱に強いシリコングリスが塗布されており、これにより、開口部１１５Ｆおよび１１５Ｒにはめ込まれる光源ランプ１２０を回転可能としている。そして、冷却ユニット１１０Ｆおよび１１０Ｒは、開口部１１５Ｒ、１１５Ｆを中心として放射状に伸びる、複数の板状の羽からなる羽部１１６Ｆ、１１６Ｒを備えている。

光源ランプ１２０によって発せられる熱は、羽部１１６Ｆおよび１１６Ｒに伝達し、羽部１１６Ｆおよび１１６Ｒが熱せられる。ここで、図２に示すように、ランプカートリッジ１００の後部には、冷却ファン１３が備えられており、冷却ファン１３から羽部１１６Ｆおよび１１６Ｒに向かって送風されることにより羽部１１６Ｆおよび１１６Ｒが空冷される。また、羽部１１６Ｆおよび１１６Ｒを放射状に形成することにより、冷却ファン１３からの風を通しやすくなり、光源ランプ１２０からの熱を効率よく放熱することができる。

ランプ可動ギア１３０は、冷却ユニット１１０Ｒの開口部１１５Ｒより大きな径を有する歯車部１３１と、開口部１１５Ｒより小さい径を有し、開口部１１５Ｒにはめ込まれるための円筒部１３２とが一体型に形成されたものである。また、ランプ可動ギア１３０の軸方向には、３箇所の貫通孔１３３が設けられている。これらの貫通穴１３３は、ランプ可動ギア１３０と光源ランプ１２０を固定するためのネジ１３４を通すために用いられる。

次に、ランプカートリッジ１００の組み立てについて説明する。まず冷却ユニット１１０Ｆの開口部１１５Ｆに光源ランプ１２０のリフレクタ１２１をはめ込む。ここで、開口部１１５Ｆの周縁には、切れ目を持つリング形状の押さえバネで縁を押さえ込むように付勢部材（不図示）が取り付けられており、これにより光源ランプ１２０を回転可能に支持することができる。次に、ランプソケット１２２を冷却ユニット１１０Ｒの開口部１１５Ｒへはめ込む。そして、この状態で、ランプ可動ギア１３０の円筒部１３２を開口部１５０にはめ込み、ネジ１３４を３箇所の貫通孔１３３に通して光源ランプ１２０のネジ穴１２３と係合させる。これにより、冷却ユニット１１０Ｆおよび１１０Ｒに挟まれた光源ランプ１２０とランプ可動ギア１３４とが固定される。

次に本発明の特徴である光量調整機構について、図５および図６を参照して説明する。図５は、ランプカートリッジ１００および調整機構２００を側面から見た図である。図中右側が、内視鏡用プロセッサ１の前面であり、図中左側が後面である。また、図６は、ランプカートリッジ１００および調整機構２００を内視鏡用プロセッサ１の後面から、すなわち図５における左側から見た図である。調整機構２００は、内視鏡用プロセッサ１の筐体２０内部の所定の位置に取り付けられており、ラックアンドピニオン機構である駆動ギア２１０およびラック２２０、同じくラック２２０と嵌合するモータギア２３５、モータギア２３５を回転駆動するステッピングモータ２３０、およびラック２２０を保持するレール２４０から構成される。駆動ギア２１０およびステッピングモータ２３０は、筐体２０に設けられた支持部材によって、筐体２０内の所定の位置に取り付けられているが、図面の簡略化のため図５および図６においては、上記支持部材の図示は省略する。

駆動ギア２１０は、ランプ可動ギア１３０と嵌合し、ランプ可動ギア１３０を回転させるための歯車である。ラック２２０は、駆動ギア２１０と嵌合するための複数の歯を直線状に備えた長尺部材である。ラック２２０は、アルミなどの金属で形成され、光源ランプ１２０の光軸方向と直交する方向に延在して配設される。また、ラック２２０は、同じく光源ランプ１２０の光軸方向と直交する方向に延在して配設される、コの字形状のレール２４０によって移動可能に保持される。このとき、ラック２２０の動きは、レール２４０によって、光源ランプ１２０の光軸方向と直交する方向以外には動かないように規制される。

モータギア２３５は、ラック２２０を光源ランプ１２０の光軸と直交する方向へ移動させるためのギアであり、ステッピングモータ２３０によって回転駆動される。ステッピングモータ２３０は、制御部１１から供給されるパルス信号に基づいて、所定のステップ角だけモータギア２３５を回転させるものである。モータギア２３５がステッピングモータ２３０によって回転されることにより、モータギア２３５と嵌合するラック２２０が、所定の方向、すなわち光源ランプ１２０の光軸と直交する方向へ移動する。

また、ランプ電源１４から光源ランプ１２０へ供給される電圧が、ランプ可動ギア１３０からラック２２０、レール２４０を介して筐体２０に伝達されるのを防ぐため、ランプ可動ギア１３０とラック２２０の間に位置する駆動ギア２１０はエポキシ樹脂等の絶縁部材で形成される。

上記構成を備えた内視鏡用プロセッサ１における光量調整方法について説明する。まず、ランプカートリッジ１００を筐体２０内に取り付ける際には、ランプ可動ギア１３０が筐体２０内部に配設されている駆動ギア２１０と嵌合するように取り付ける。そして、光量調整を行う場合は、ライトガイド接続部４０に照度計を接続してライトガイドへ入射する光量を計測する。具体的には、ライトガイド接続部４０に照度計を接続した状態で、内視鏡用プロセッサ１の電源が投入されると、ランプ電源１４からの電力供給をうけて、光源ランプ１２０から照明光が照射される。そして、照明光はレンズ１２を介してライトガイド接続部４０に到達し、照度計による照明光の計測が行われる。

そして、照度計において計測された光量が、基準となる光量に比べて低い場合は、フロントパネル６０に設けられた所定のキーを押下することによって光量の調整が行われる。ここで、光量調整のためのキーは、術者によって不用意に操作されることを防ぐために、メンテナンスの担当者等によってのみ知られた隠しコマンドとして設定されている。そして、メンテナンス担当者によって、フロントパネル６０に設けられた操作キーを所定の順番で押下することにより、光量の調整を行うことを可能としている。具体的には、フロントパネル６０のフリーズキー６１を三回連続して押下することにより、アップキー６２もしくはダウンキー６３に光量調整のための処理が割り当てられるようになっている。

具体的には、フリーズキー６１が三回押下されると、アップキー６２を１回押下する毎に、制御部１１によって、ステップモータ２３０が１ステップずつ右回転するように制御される。一方、ダウンキー６３を１回押下する毎に、制御部１１によってステップモータ２３０が１ステップ分だけ左回転するように制御される。これにより、フロントパネル６０におけるキー操作に基づいて、ステップモータ２３０によってモータギア２３５が所定のステップ角において、所望の方向およびステップ数だけ回転駆動される。

そして、モータギア２３５の回転に伴ってラック２２０が光源ランプ１２０の光軸と直交する方向、すなわち図６に示す矢印の方向へ移動する。このラック２２０の直線方向の動きが、駆動ギア２１０の回転方向の動きに変換され、駆動ギア２１０が回転する。そして、駆動ギア２１０の回転によりランプ可動ギア１３０が回転し、次いでランプ可動ギア１３０に接続される光源ランプ１２０が回転する。

上述したように、照度計において計測された光量が、基準となる光量に比べて低い場合は、光源ランプ１２０の照明光の集光点が、集光面上の理想とする所定の位置からシフトしていることが原因と考えられる。このように照明光の集光点がシフトする理由としては、光源ランプ１２０のリフレクタ１２１の反射面が均一でないことや、冷却ユニット１１０Ｆ、１１０Ｒにゆがんで支持されていることが挙げられる。そのため、上述のように光源ランプ１２０を回転させることで、光源ランプ１２０からの照明光の集光点の位置を変化させることができる。これにより、ライトガイド接続部４０に到達する光量を調整することが可能となる。また、光量の調整が終了した場合は、再度フリーズキー６１を三回連続して押下することにより、アップキー６２およびダウンキー６３の割り当てを通常処理へと戻すことができる。

上記のように、本実施形態では、内視鏡用プロセッサ１の筐体２０の外装正面に取り付けられたフロントパネル６０から操作することにより、筐体内部に備えられた調整機構２００を駆動して、ライトガイドへ供給する光量を調整することができる。そのため、筐体２０の蓋３５を開けて内部に配置された光源ランプ１２０に直接手で触れる必要がなく、安全に作業を行うことができる。また、フロントパネル６０の操作ボタンを押下するだけで、所定の角度ずつ光源ランプを回転させることが可能であるため、簡単に光量の調整を行うことができる。

以上が本発明の実施形態であるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば、上記実施形態では、冷却ユニットおよび光源ランプからなるランプカートリッジを備える光源装置について説明したが、冷却ユニットを備えない光源装置においても、本発明を適用することが可能である。この場合は、内視鏡用プロセッサの内部に光源ランプを回転可能に支持するための支持部材を設け、ランプ可動ギアを何も介さずに光源ランプに取り付けるよう構成すれば良い。

また、上記実施形態の調整機構２００においては、モータギア２３５による回転を、ラック２２０を介して駆動ギア２１０へ伝達する構成となっているが、ラック２２０を省略することも可能である。この場合の調整機構２００の変形例を図７に示す。図７は、ランプカートリッジ１００および調整機構２００を内視鏡用プロセッサ１の後面から、すなわち図５における左側から見た図である。図７に示す変形例においては、モータギア２３５ａが、直接、駆動ギア２１０と嵌合するように配置される。そして、光量調整を行う場合には、上記実施形態と同様に、フロントパネル６０におけるキー操作がなされ、これによりステッピングモータ２３０が駆動され、モータギア２３５ａが回転する。次いで、モータギア２３５ａに噛み合っている駆動ギア２１０が回転し、ランプ可動ギア１３０を介して光源ランプ１２０が回転することによって、光量が調整される。このような変形例においては、部材点数を削減でき、且つ簡易な構成で上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

１ 内視鏡用プロセッサ
２ 内視鏡
１００ ランプカートリッジ
１１０Ｆ，１１０Ｒ 冷却ユニット
１２０ 光源ランプ
１３０ ランプ可動ギア
２００ 調整機構
２１０ 駆動ギア
２２０ ラック
２３０ ステッピングモータ
２３５，２３５ａ モータギア
２４０ レール

Claims (6)

1. 内視鏡に照明光を供給するための内視鏡用光源装置であって、
   前記照明光を光軸に沿って出射する光源ランプと、
   前記光源ランプの後端部に取り付けられ、前記光源ランプを前記光軸を中心に回転させるランプ可動ギアと、
   前記ランプ可動ギアを回転させる回転機構と、
   前記内視鏡用光源装置の筐体外部に設けられた操作部と、を備え、
   前記回転機構は、
   前記ランプ可動ギアと嵌合する駆動ギアと、
   前記駆動ギアを回転させるためのモータギアと、
   前記モータギアを回転駆動するためのステッピングモータと、を含み、
   前記ステッピングモータは、前記操作部に対する操作に応じて回転駆動される
   ことを特徴とする内視鏡用光源装置。
2. 前記駆動ギアは、絶縁体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
3. 前記モータギアは前記駆動ギアと直接嵌合して該駆動ギアを回転させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡用光源装置。
4. 前記回転機構は、直線状に歯が形成されたラックをさらに備え、
   前記駆動ギアおよび前記モータギアは、それぞれ前記ラックに嵌合し、
   前記モータギアは、前記ラックを介して前記駆動ギアを回転させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡用光源装置。
5. 前記操作部は、複数の操作キーを含み、
   前記複数の操作キーが所定の順序で押下されたときに、前記複数の操作キーのうちの少なくとも１つに前記ステッピングモータを回転駆動するための処理が割り当てられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内視鏡用光源装置。
6. 前記光源ランプは、冷却ユニットに回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内視鏡用光源装置。

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