JP5519640B2 - 被験者を睡眠に誘導するシステム - Google Patents

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Description

本発明は、被験者、特に眠りから覚めてしまう被験者を睡眠に誘導するシステムに関する。
睡眠障害の国際分類は、80以上の異なる障害を識別する。これにより、効果的な処置が行われることができる。睡眠又は日中の眠気に関する問題は、毎年米国の成人人口のおよそ35〜40%に影響を及ぼし、病的状態及び死亡率の重要な原因である。睡眠が妨げられると、眠る人に提供される休養が減らされる。悪い睡眠品質が長期間にわたり継続する場合、これは、慢性的に悪い健康状態、制限されたエネルギー及びストレス抵抗をもたらす可能性がある。睡眠障害は、一般的な人口の6〜9%に影響を及ぼす。しかしながら、特に高齢患者において、有病率が非常に高い。66〜97歳の人々を調査する研究によれば、男性のテスト被験者の26.7%において、及び女性のテスト被験者の44.1%において睡眠導入時障害があることが分かった。
再睡眠時障害を持つ人々は、かなり上手に眠りに入ることができるが、2時間後には起きてしまい、その後眠りに入ることができないと報告する。理由は、多種多様でありえる。誰かが起きたり、自分がその日経験したことや次の日の予定等に関する心配事が頭から離れない場合、その人は、再度眠りにつくために頭をクリアにすることができず、十分にリラックスできないであろう。
国際公開WO2007105127A1号は、被験者が眠りに落ちることを誘導するシステムを開示し、このシステムは、被験者の視野に時間変化する光パターンを生成する光パターン生成器を有する。更に、このシステムは、被験者の呼吸周波数を測定する呼吸レート測定ユニットを有する。更に、このシステムは、呼吸レート測定ユニット及び光パターン生成器に接続され、光パターン生成器を制御する制御ユニットを有する。この結果、生成された光パターンは、測定された呼吸周波数と予め選択された所望の周波数との間で実質的にパターン化された周波数を持つ。しかしながら、斯かるシステムは、被験者における睡眠を満足に誘導することができない。
本発明の目的は、被験者が眠りに落ちることを誘導する改良されたシステムを提供することである。
本発明の第1の側面によれば、被験者を睡眠に誘導するシステムが、被験者の心拍及び呼吸レートを監視するモニタと、上記心拍及び上記呼吸レートの間のコヒーレンス度を評価する、上記モニタに結合されるコヒーレンス評価デバイスと、上記被験者に睡眠を誘導するため、上記コヒーレンス度に基づき出力を生成する、上記コヒーレンス評価デバイスに結合される出力デバイスとを有する。
本発明による睡眠を誘導する処理においては、呼吸レートだけでなく心拍が監視される。被験者がリラックスしている又はストレス状態にあるかどうかを推論するには、1つの生理的パラメータの監視では十分でない。心拍変動(HRV)は、心拍におけるビートトゥビート変動を参照する。休んでいる状態下において、健常な人の心拍は、周期的変化を示す。呼吸洞不整脈(RSA)として知られるこの周期的現象は、呼吸の位相と共に変動する。吸気の間の心加速(cardio-acceleration)及び呼気の間の心減速(cardio-deceleration)がある。このように、心拍は、人の呼吸活動と同期する傾向がある。従って、被験者がリラックスしている間、心拍の変動から呼吸周波数を得ることが可能である。被験者がポジティブな又はリラックスしたムード(高コヒーレンス)にあるとき、心拍及び呼吸レートは同期し、被験者がネガティブな又はストレス状態のムード(低コヒーレンス)にあるとき、脱同期する。ポジティブなムードでは、心拍の変動は、正弦波態様で発生する。
本発明のある実施形態によれば、上記モニタが、上記被験者の胸部の下に目立たないよう構成されるセンサであって、上記センサが、機械的なインパクト及び上記胸部の変形により生成される信号を感知するよう構成され、上記機械的なインパクトが、鼓動により作成され、上記胸部の変形が、呼吸が原因によるものである、センサと、上記センサから上記信号を受信し、上記被験者の上記心拍及び上記呼吸レートを抽出するよう構成される処理ユニットとを有する。
多くの人々は、ベッドに横たわる間、電子センサを着用すると快適さを感じない。本発明によるベッドに目立たないよう配置されるセンサは、被験者に対して何らの不快さももたらさないであろう。被験者を睡眠に誘導するため、ベッドルームに特別なデバイスが導入されることはない。ベッドルームに変わった又は見慣れないデバイスを設置すると、中には心配に思う人もあり、彼らの睡眠を妨害してしまう可能性がある。本発明の手法は、家での設定において睡眠を促進する際の問題が、絶対に目立たない、そして快適なソリューションを必要とするという洞察に基づかれる。なぜなら、人にとって最もプライベートな空間の1つであるベッドルームに侵入的な技術を持ち込むことは、顧客によって厳しく拒絶されるからである。目立たないセンサを用いるこのシステムは更に、被験者の横で眠る人が妨害されないことも確実にする。
好ましい実施形態によれば、このセンサは、フェロエレクトレット箔である。心拍及び呼吸レートを目立たないよう測定するため、フェロエレクトレット箔は、被験者の胸部の下、好ましくはベッドシート下に置かれる。機械的な圧力にさらされると、箔は電圧を生成する。機械的な圧力が、フェロエレクトレット箔に印加されるとき、表面電荷は変位させられる。これにより、電圧が生み出される。フェロエレクトレット箔は、呼吸が原因による胸部変形だけでなく、すべての鼓動により作成される機械的な影響をピックアップする。呼吸動作は、小さなピークとして鼓動が重畳される低周波信号を生じさせる。センサに結合される処理ユニットは、心拍及び呼吸レートをこれらの信号から抽出し、これらの間のコヒーレンス度を計算する。
本発明のある実施形態によれば、上記出力デバイスが、上記コヒーレンス度に基づき上記被験者の視野に光パターンを生成する、上記コヒーレンス評価デバイスに結合される光パターン生成器を有し、上記光パターンは、上記被験者に睡眠を誘導することが可能なものである。コヒーレンス度に基づき、光パターン生成器は、被験者に対して見える光パターンを生成し、被験者のリラクゼーションを促進し、被験者を睡眠に導く。
本発明による好ましい実施形態において、この光パターンは、形状、カラー、位置、光強度、及び異なる方向における異なる速度といった異なる光学特性を持つオブジェクトを備えるシーケンスを有する。その結果、異なる光学画像及び異なる速度を持つ光パターンが、眠りに落ちるため被験者により観測されることができる。
本発明の別の実施形態によれば、上記光パターンオブジェクトが、コヒーレンス度が低い場合、より明るく、より大きくなり、より速く移動する一方、コヒーレンス度が高い場合、より淡く、より小さくなり、よりゆっくり移動する。コヒーレンス度を決定した後、光パターンオブジェクトの輝度及びカラーは、心拍及び呼吸レートの間のコヒーレンス度に基づき修正されることができる。非常にリラックスした状態を示す高いコヒーレンス度において、照明は落とされることになり、光パターンオブジェクトのカラーは、暖かい色調の方へ修正される。他方、コヒーレンス度が低い場合、被験者の迷っている思考を散らし、リラックスさせるため、光パターンオブジェクトは、より明るく、より大きくなり、より高速に移動するようになる。
本発明による好ましい実施形態において、上記出力デバイスが、呼吸パターンに関して上記被験者に指示を与える指示システムを有し、上記指示は、上記コヒーレンス度に基づき与えられる。呼吸指示は、サウンドにより又は機械的な刺激により被験者に与えられることができる。呼吸指示がラウドスピーカ又はヘッドホンを用いて与えられる場合、呼気及び吸気命令に関して異なるトーンが使用される。1つの完全な呼吸サイクルは、吸息に関する第1のトーン、その後の呼息に関する第2のトーン、並びに第1及び第2のトーンの間の休止により表されることになる。呼吸サイクルの吸息及び呼息位相を長くすることにより、このサイクルの周波数は、より高いコヒーレンス度において自動的に下がることになる。こうして、正のフィードバックが作成される。被験者がリラックスすれば、コヒーレンス度が上がることになる。これは、指示された呼吸サイクルの低い周波数をもたらし、このことが、更なるリラクゼーションを促進させる。更に、信号のボリュームは、睡眠を促進するために小さくされる。
最大限目立たないようにするため、呼吸指示は、ベッドに、例えばベッドシートに一体化される機械的な作用部を用いて供給される。本発明の好ましい実施形態によれば、呼吸指示は、フェロエレクトレット箔又は圧電性箔を有する機械的作用部により生成される。電圧が作用部に印加される場合、作用部の機械的な変形が発生し、呼吸指示が機械的な刺激を介して被験者に与えられる。コヒーレンス度が高い場合低くなるよう、呼吸指示の周波数が適合される。更にコヒーレンス度が高い場合、機械的な刺激の振幅即ち、機械的な振動の振幅が、作用部に印加される電圧の振幅を減らすことにより、ゆっくり小さくされる。作用部は、被験者の背部の下に配置されることができる。呼吸指示を与えるための作用部としてフェロエレクトレット箔を使用する利点は、それが薄く、柔軟にされることができる点及びベッドシートに一体化されることができる点にある。
本発明の別の側面によれば、被験者を睡眠に誘導する方法が、被験者の心拍及び呼吸レートを測定するステップと、上記心拍及び上記呼吸レートの間のコヒーレンス度を評価するステップと、上記コヒーレンス度に基づき上記被験者の視野における出力を生成するステップと、複数の時間間隔で上述のステップを繰り返すステップとを有する。
本発明の好ましい実施形態によれば、上記出力が、上前コヒーレンス度に基づかれる光パターン及び/又は呼吸指示を有する。
本発明の更に別の側面によれば、上述したシステムは、例えば目覚まし時計といったベッドルームで自然に見られる物に一体化される。ベッドルーム環境に本システムをシームレスに一体化することは、被験者に快適さを感じてもらうために最も重要である。プロジェクション目覚まし時計にこのシステムを一体化すると目立たないものとなり、被験者は、自分のベッドルームで余計なデバイスを目にする必要がない。目覚まし時計のプロジェクタを用いて、光パターンが、壁又は天井上に投影され、横で眠るパートナーを邪魔することはない。
本発明による被験者を睡眠に誘導するシステムの実施形態を説明する図である。 異なるムードにおける被験者の心拍及び呼吸レートのコヒーレンス度を説明する図である。 被験者のベッドシート下に配置されるフェロエレクトレット箔により生成される信号Usの例示的な読み出しを説明する図である。 低域フィルタリングによりフェロエレクトレット箔信号から得られる呼吸要素を説明する図である。 相関技術を用いてフェロエレクトレット箔信号から得られる鼓動要素を説明する図である。 心拍と呼吸レートとの間のコヒーレンス度の計算を説明する図である。 心拍と呼吸レートとの間のコヒーレンス度の計算を説明する図である。 コヒーレンス度に基づき、投影された光パターンの速度、カラー及び輝度を適合する戦略を説明する図である。 呼吸サイクルの周波数をゆっくり減少させ、サイクル持続時間を長くするという、リラクゼーション運動のマクロ構造を説明する図である。 パラメータとして吸息時間及び呼息時間を用い、呼息の間刺激のない、簡単なバイナリ刺激を説明する図である。 徐々に変化する刺激強度を用い、呼息の間刺激のない、高度な刺激を説明する図である。 徐々に変化する刺激強度を用い、呼息の間、強度を減少させ、吸息の間、強度を増加させ、これにより刺激のない呼吸休止の導入を可能にする、高度な非対称の刺激を説明する図である。 徐々に変化する刺激強度及び変化する刺激周波数を用い、追加的な周波数符号化により、吸息から呼息への転換点をユーザが好適に認識することを可能にする、最も高度な非対称の刺激を説明する図である。 コヒーレンス度に基づき、吸息及び呼息位相の長さ、指示された呼吸サイクルの周波数、機械的な刺激/振動信号の振幅、及び音響信号のボリュームを適合させる戦略を説明する図である。 図1のシステムを含む物を説明する図である。
本発明は、特定の実施形態及び特定の図面を参照して説明されることになるが、本発明はそれらに限定されるものではない。記載された図面は、概略的なものに過ぎず非限定的なものである。図面において、幾つかの要素の大きさが誇張されている場合があり、説明目的のため実際のスケール通りに描かれていない場合がある。明細書及び請求項で使用される「有する」という語は、他の要素又はステップを除外するものではない。「a」「an」「the」といった不定冠詞又は定冠詞が単数形名詞を参照して使用される場合、これは、特に記述がない限り、その名詞が複数あることも含むものとする。
更に、明細書及び請求項における第1、第2、第3等の用語は、同様な要素間を識別するのに使用され、必ずしも順次的な順序又は実際の順序を表すものではない。そのように使用されるこれらの用語は、適切な環境下において交換可能であり、本書に述べられる本発明の実施形態は、本書に説明又は図示される順序以外の他の順番で動作することができる点を理解されたい。
更に、明細書及び請求項におけるトップ(表面、上部)、ボトム(底面、下部)、オーバー(上)、アンダー(下)等の用語は、説明目的で使用されるものであり、必ずしも相対的な位置を表すものではない。そのように使用されるこれらの用語は、適切な環境下において交換可能であり、本書に述べられる本発明の実施形態は、本書に説明又は図示される方向以外の他の方向で動作することができる点を理解されたい。
図面は、本発明による好ましい実施形態を単に概略的に示すものにすぎない。図面において、同じ参照番号は、等しい又は対応する部分を参照する。
図1は、被験者110が眠りに落ちることを誘導するシステム100の実施形態を説明する。このシステム100は、被験者110の心拍及び呼吸レートを監視するモニタ120を有する。このモニタは、センサ122及び処理ユニット124を有する。センサ122は、ベッドシート112の下の被験者110の胸部の下に目立たないよう配置される。センサ122は、フェロエレクトレット箔又は圧電性箔である。更に、システム100は、心拍及び呼吸レートの間のコヒーレンス度を評価するデバイス130を有する。光パターン生成器140が、デバイス130に接続される。この生成器は、被験者110の視野に光パターン145を生成する。システム100は、ベッドシート112の下に配置される作用部155を介して被験者110に呼吸指示を生成することにより、呼吸法を被験者に指示する指示システム150も有する。
図1は、投影される光パターン145の方向、輝度、カラー及び速度を操作することにより、及び/又は作用部155により与えられる呼吸指示を介して、被験者110を睡眠に誘導するのに使用される目立たない生命パラメータ測定を表す。光パターン生成器140は、例えば被験者110の見える所にあるスクリーン、壁及び/又は天井といった表面上に光パターンを投影する手段を有する。この結果、被験者110は、生成される光パターンを観測することができる。心拍及び呼吸レートを目立たないよう測定するため、フェロエレクトレット箔122が、ベッドシート112の下に置かれる。機械的な圧力にさらされる場合、フェロエレクトレット箔122は電圧を生成する。これは、呼吸が原因による胸部変形だけでなく、すべての鼓動により作成される機械的な影響をピックアップする。呼吸動作は、小さなピークとして鼓動が重畳される低周波信号を生じさせることが分かった。
心拍及び呼吸レートの監視
心拍変動(HRV)は、心拍におけるビートトゥビート変動を参照する。休息状態下において、健常な人の心拍は、周期的変化を示す。呼吸洞不整脈(RSA)として知られるこの周期的現象は、呼吸の位相と共に変動する。吸気の間の心加速(cardio-acceleration)及び呼気の間の心減速(cardio-deceleration)がある。このように、心拍は、休息状態下にある人の呼吸活動と同期化する傾向がある。従って、心拍の変動から呼吸周波数を得ることが可能である。
図2は、被験者がネガティブな又はストレス状態のムード(低コヒーレンス)にあるときに見られる脱同期と比較しつつ、被験者がポジティブな又はリラックスしたムード(高コヒーレンス)にあるときの心拍及び呼吸レートの同期を示す。ポジティブなムードでは、心拍の変動は、正弦波態様で発生する。
フェロエレクトレット箔122により生成される電圧は、低周波呼吸動作を表す要素と鼓動により誘導されたインパルスを表す別の要素との重ね合せである。図3aは、ベッドシート112の下に配置されるフェロエレクトレット箔122により測定される例示的な信号Usを示す。図3aに示される未処理の信号において、2つの信号要素が識別可能である。低周波呼吸要素は、信号の低域フィルタリングにより容易に抽出されることができる。なぜなら、呼吸周波数は心拍より明らかに低いからである。結果は、図3bに示される。鼓動に関連付けられる信号要素は、フェロエレクトレット箔122により供給される信号から処理ユニット124により相関技術を用いて抽出されることができる。図4は上部トレースにおいて未処理の箔信号を示す。一方、下部トレースは、時間領域における信号の自己相関関数を計算した結果である。未処理の信号において見ることができる鼓動誘導のピークは、自己相関関数における最大によりはっきりマークされる。
コヒーレンス度の計算
心拍要素が呼吸レート要素から分離されると、図5a及び図5bに示されるように、2つの要素間のコヒーレンス度が決定される。N個のサンプルのセグメントが両方の要素からとられ、
Figure 0005519640
という計算が適用される。
図5aに示されるように、呼吸信号における最大が心拍信号における最大と一致する場合、計算されたコヒーレンス度は高い。なぜなら、1つのセグメントからの正の値が他のセグメントからの正の値と乗算され、1つのセグメントからの負の値が他のセグメントからの負の値と乗算されるからである。従ってこの場合、和計算に貢献するすべての要素は正である。1つのセグメントにおける最大が、他のセグメントにおける最小と一致する場合、和算の結果はこの場合においてはより小さくなる。なぜなら、1つのセグメントからの正の値が他のセグメントからの負の値と乗算されるので、和計算に対して負の貢献を与えるからである。
光パターンの生成
コヒーレンス度を決定した後、この度合は、図6に示されるように光パターンのスペクトル、速度及び輝度に変換される。人のリラクゼーション状態を改善するよう、照明は落とされることになり、光カラーは暖かい色調の方へ修正される。同様に、心拍と呼吸レートとの間のコヒーレンス度が高くなるにつれ、光パターンにおける移動物体の速度は減らされる。この正のフィードバックは、睡眠に戻るための非常に効果的処置を生じさせる。
呼吸指示の生成
一般に、リラクゼーションレベルの増加を目的とするすべての呼吸技術は、深い及びゆっくりした呼吸を定める。従って、呼吸パターンのマクロ構造に関して、図7に示されるように、任意のリラクゼーション運動の間、呼吸サイクルの周波数を時間に対してゆっくり減少させること、及びサイクルの持続時間を長くすることが提案される。
フェロエレクトレット箔155を用いて、どのように呼吸すべきかに関する指示が、被験者110に与えられる。これは、この指示が機械的な刺激として来ることを意味する。各呼吸サイクルの間のこの刺激のミクロ構造に関して、図8a〜8dに概説されるように、様々なパターンが考えられる。これらの図に表される全てのパターン、及びこれらの任意の組み合わせが、刺激に関して想定可能である。しかしながら、図8dに与えられる刺激パターンが、本発明の文脈では好ましいパターンである。
図8dに示されるパターンは、呼吸サイクルの間の休止の使用を可能にする。これは、被験者110が、呼吸サイクルにおいて現在自分がどこに位置するかを容易に認識することを可能にする。なぜなら、それは、二重にコード化される(doubly coded)からである。第1に、これは、刺激の変化する振幅により与えられる。第2に、刺激は連続して供給されず、図8dに示されるように突発又はインパルスとして供給される。突発又はインパルスの反復周波数も変化する。
機械的な刺激を用いて作用部155により呼吸指示が与えられる場合、呼吸指示の周波数は、図9に示されるように、より高いコヒーレンス度において、低くなる。更に、使用される刺激の振幅も、徐々に小さくなる。即ち、機械的な振動の振幅が、箔作用部155に印加される電圧の振幅を減らすことにより減らされる。作用部155は、フェロエレクトレット箔又は圧電性箔である。機械的な力が箔に適用される場合、表面電荷は変位させられる。これにより、電圧が作成される。逆に、電圧が箔に印加される場合、箔の機械的な変形が生じる。言い換えると、フェロエレクトレット箔は、センサ122及び作用部155の両方として機能する。電圧は、振動を介して呼吸指示を与えるため、ベッドシート112に一体化されるフェロエレクトレット箔155に印加される。この振動の特性は、印加される電圧の性質により決定される。
呼吸指示がラウドスピーカ又はヘッドホン(図示省略)を用いて与えられる場合、呼気及び吸気命令に関して異なるトーンが使用される。1つの完全な呼吸サイクルは、吸息に関する第1のトーン、その後の呼息に関する第2のトーン、及びそれらの間の休止により表されることになる。所定の呼吸サイクルの吸息及び呼息位相を長くすることにより、サイクルの周波数は、より高いコヒーレンス度において自動的に下がることになる。こうして、正のフィードバックが作成される。被験者がリラックスするとき、コヒーレンス度が上がることになる。これは、指示された呼吸サイクルの低い周波数をもたらし、このことが、更なるリラクゼーションを促進させる。更に、信号のボリュームは、図9に示されるように、睡眠を促進するために小さくされる。
図1のシステムは、例えば図10にて図示するように、Philips AJ3600 Projection Radio Alarm Clockといった目覚まし時計のような物に一体化されることができる。このシステムの光パターン生成器は、例えば被験者110の見える所にあるスクリーン、壁及び/又は天井といった表面上に光パターンを投影する手段を有する。この結果、被験者110は、生成される光パターンを観測することができる。この移動するパターンは、目覚めた人を落ちつかせ、その人の頭を心配事に悩むことから遠ざける。
上述した戦略は例として与えられる点に留意されたい。本発明の特定の実施形態が上述されたが、本発明は、記載された以外の態様で実施されることができる点を理解されたい。1つの適切にプログラムされたプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に述べられているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。請求項における参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (11)

  1. 被験者を睡眠に誘導するシステムであって、
    被験者の心拍及び呼吸レートを監視するモニタと、
    前記心拍及び前記呼吸レートの間のコヒーレンス度を評価する、前記モニタに結合されるコヒーレンス評価デバイスと、
    前記被験者を睡眠に誘導するため、前記コヒーレンス度に基づき出力を生成する、前記コヒーレンス評価デバイスに結合される出力デバイスとを有する、システム。
  2. 前記出力デバイスが、前記コヒーレンス度に基づき前記被験者の視野に光パターンを生成する、前記コヒーレンス評価デバイスに結合される光パターン生成器を有し、前記光パターンは、前記被験者を睡眠に誘導することが可能なものである、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記モニタが、
    前記被験者の胸部の下に目立たないよう構成されるセンサであって、前記センサが、機械的なインパクト及び前記胸部の変形により生成される信号を感知するよう構成され、前記機械的なインパクトは、鼓動により作成され、前記胸部の変形が、呼吸が原因によるものである、センサと、
    前記センサから前記信号を受信し、前記被験者の前記心拍及び前記呼吸レートを抽出するよう構成される処理ユニットとを有する、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記センサが、フェロエレクトレット箔又は圧電性箔である、請求項3に記載のシステム。
  5. 前記光パターンが、異なる形状、カラー、位置、速度及び光強度を持つオブジェクトを備えるシーケンスを有する、請求項2に記載のシステム。
  6. 前記光パターンオブジェクトが、コヒーレンス度が低い場合、より明るく、より大きくなり、より速く移動する一方、コヒーレンス度が高い場合、より淡く、より小さくなり、よりゆっくり移動する、請求項2に記載のシステム。
  7. 前記出力デバイスが、呼吸パターンに関して前記被験者に指示を与える指示システムを有し、前記指示は、前記コヒーレンス度に基づき与えられる、請求項1に記載のシステム。
  8. 前記呼吸指示が、フェロエレクトレット箔又は圧電性箔を有する機械的な作用部により生成される、請求項7に記載のシステム。
  9. 被験者を睡眠に誘導する方法において、
    i.前記被験者の心拍及び呼吸レートを測定するステップと、
    ii.前記心拍及び前記呼吸レートの間のコヒーレンス度を評価するステップと、
    iii.前記コヒーレンス度に基づき出力を生成するステップと、
    iv.複数の時間間隔で前記ステップiからiiiを繰り返すステップとを有する、方法。
  10. 前記出力が、前記被験者の視野における光パターンである、請求項9に記載の方法。
  11. 前記出力が、前記コヒーレンス度に基づかれる呼吸指示を有する、請求項9に記載の方法。
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