JP5596567B2 - 圧電セラミックダイアフラム装置を使用する自動化された非磁性医用モニタ - Google Patents

圧電セラミックダイアフラム装置を使用する自動化された非磁性医用モニタ Download PDF

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Description

本願は、診断イメージング技術に関する。本願は、強磁界を生成する磁気共鳴イメージングスキャナの存在下で使用されるのに安全なアクセサリに特定の用途を見い出し、それらを特に参照して記述される。しかしながら、本願は、強磁界の不存在下でより従来どおりの装置においても使用されることができ、上述した用途に制限されない。
通常の磁気共鳴イメージング(MRI)は、イメージング領域内の被検体の双極子を揃えるために、強力な磁界を使用する。多くの場合、MRI磁石を収容するスイート(室、区画)は、強力な磁界が、他の磁気的にセンシティブな装置と干渉することを防ぐために、磁気的にシールドされる。このような強力な磁界の1つの潜在的に危険な副次的作用は、それが近くの強磁性体に及ぼす物理的な引力である。金属対象が、磁石の近くに持ってこられる場合、対象は、磁石に向かって大きな速度で動かされることがあり、近くの人、磁石及び対象自体に対して損傷を与える可能性がある。従って、金属対象又は金属コンポーネントを有する対象は、それが磁界のあるところで動作する場合、磁石から安全な距離離れたところに保たれなければならない。磁気引力が装置を全体として物理的に移動させるに十分強力でない場合であっても、磁界は、装置の動作に影響を与える力及びトルクをなお作用させることがある。
別の副次的作用は、磁界が、磁気的にセンシティブな器具に損害を与え、それらの器具を早期に故障させることがあることである。物理的な引力が危険でない距離のところであっても、磁界が存在し、センシティブなコンポーネントに影響を与えることがある。これは一時的な故障でありえ、磁界から取り除かれると、装置は、正常に動作するが、永続的な損傷が引き起こされることがあり、例えば永久磁石の変形は、永続的な故障をもたらす。移動する電磁石の又は鉄の部分に対する磁力は、早期の故障に至る追加の負荷をもたらすことがある。
自動血圧モニタは、例えば、MRIセーフでない、すなわちMRI環境下で安全でない、コンポーネントによって一般に駆動されるポンプを含む。自動化された非侵襲血圧装置及びガスモニタは、今日、電磁モータによって駆動される遠心又は蠕動ポンプを使用する。これらの装置において動作するバルブは、電磁ソレノイドによって作動される。安全であるために、これらのモニタは、磁石から安全な距離離れたところに保たれなければならない。MRI装置内で患者血圧監視が望まれる場合、長いチューブ又はホースが、モニタのポンプ及びバルブ部分から、患者に搭載されるカフ、マスク又は他のセンサまで走るようにされなければならならず、これは、患者及び医療関係者にとって取り扱うのが厄介な物理的な障害物を示す。モニタ及び患者は、MRIスイート周辺で操られるので、ホースは、効率的なワークフローに負の影響を与える。加えて、モニタ内のコンポーネントは、なおMRスイート内にあり、磁界による影響を与えられ、早期に故障する傾向がある。従来、装置は、「MR Conditional(MR環境の特定の条件下で安全)」評価を割り当てられ、この場合、装置は、許容可能な最大磁界曝露を付される。これは、一定のB磁界を有するMRIマシンからの安全な距離に変換されることができる。
センシティブなコンポーネントを磁界から保護するために、強磁性シールドが、時折使用される。これらのシールドは、コンポーネントを損傷から保護するのを助けるが、それらは、完全に磁界を通さないわけではなく、それらは、物理的な引力の付加されるリスクを示し、従って、安全な距離離れたところに保たれなければならない。シールドは、センシティブなコンポーネントの早期の故障を軽減するのを助けることができるが、長いホースが、なおMRI装置内の患者からモニタまで走らされなければならない。
本願は、上述した問題、その他を克服する、新しい改善されたMRIセーフの(MRI環境下で安全な)装置を提供する。
1つの見地により、磁気共鳴システムが提供される。主磁石が、イメージング領域に実質的に一様な主磁界を生成する。勾配コイルアセンブリが、主磁界に勾配磁界を与えて、主磁界を空間的に符号化する。ラジオ周波数アセンブリが、イメージング領域内の被検体の選択された双極子に磁気共鳴を誘起し、イメージング領域から磁気共鳴信号を受け取る。自動化された非磁性モニタが、被検体のパラメータを測定し、表示する。
別の見地により、MRIセーフの血圧モニタが提供される。圧力カフが、患者の動脈に圧力を印加する。第1のトランスデューサが、圧力下で動脈内の可聴イベントを検知する。圧電セラミック蠕動ポンプが、圧力カフに圧力を与える。第1の高電圧ドライバが、圧電ポンプを駆動する。第2のトランスデューサが、圧力カフに印加される圧力を検知する。第1の圧電セラミックダイアフラムバルブが、制御された線形レートで、圧力カフから圧力を解放する。第2の高電圧ドライバが、第1の圧電ダイアフラムバルブを駆動する。空気接続部が、少なくともポンプ及び圧力カフを接続する。制御回路が、少なくともポンプ及びダイアフラムバルブを制御する。電源が、少なくとも第1及び第2の高電圧ドライバに電力を供給する。
別の見地により、磁界中の被検体の血圧を測定する方法が提供される。主磁界が、磁気共鳴イメージング装置の主磁石によって生成される。主磁界中に位置する圧力カフは、第1のリニア圧電セラミックダイアフラムバルブを閉じ、第2の圧電セラミックダイアフラムダンプバルブを閉じ、圧電セラミックポンプを作動させることによって、膨張される。圧力は、第1のバルブを開き、ポンプをオフにすることによって、圧力カフから空気を解放することによって、読み取られる。圧力の読み取り値が取得されたのち、残りの空気は、第2のバルブを開くことによって、カフから解放される。
1つの利点は、長いホースを用いずに、高磁界環境において患者の血圧を監視する能力にある。
別の利点は、長いホースを用いずに、高磁界環境において投与される気体を監視する能力にあり、圧電セラミックポンプが、気体をサンプリングするために必要な真空をひく。
別の利点は、高磁界環境における増大されたコンポーネント寿命にある。
別の利点は、増大される移動性及び患者アクセスにある。
別の利点は、MRI装置に近いところの強磁性体の低減にある。
別の利点は、患者及び医療スタッフのための増大された安全にある。
本発明の更に別の利点は、以下の詳細な説明を読み理解することによって当業者に理解されるであろう。
本発明は、さまざまなコンポーネント及びコンポーネントの取り合わせ、並びにさまざまなステップ及びステップの取り合わせの形をとりうる。図面は、好適な実施形態を示す目的のみにあり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。
MRセーフの医用モニタを有する磁気共鳴イメージング装置の概略図。 本願による血圧モニタの概略図。 MRセーフの医用モニタ用のバルブを示す図。 MRセーフのモニタ用のポンプを示す図。 MRセーフのバルブの代替の実施形態を示す図。
図1を参照して、磁気共鳴スキャナ10が図示されている。磁気共鳴スキャナ10は、垂直の主磁石アセンブリ12を有するオープン磁界システムでありえる。主磁石アセンブリ12は、イメージング領域の垂直軸に沿って指向される実質的に一定の主磁界を生成する。垂直主磁石アセンブリ12が、可視化を助けるために部分的に示されているが、例えば円筒、その他の形の磁石装置もまた企図されることが理解されるべきである。オープンシステムにおける主磁石12は、約2500ガウス(0.25T)乃至10,000ガウス(1.0T)の磁界強度を有しうる。ボアタイプのシステムは、15,000ガウス(1.5T)乃至70,000ガウス(7.0T)の磁界を生成することができる。5ガウスラインは、一般には、より低い磁界強度ではより近く、高い磁界強度ではより離れているが、例えばシールドのような他のファクタ及び構成によって変化しうる。
勾配コイルアセンブリ14は、主磁界を空間的に符号化するために、イメージング領域に磁界勾配を生成する。好適には、磁界勾配コイルアセンブリ14は、一般には縦方向又はz方向、横方向又はx方向、及び垂直方向又はy方向の3つの直交方向に磁界勾配パルスを生成するように構成されるコイルセグメントを有する。
ラジオ周波数コイルアセンブリ16は、被検体の双極子に共鳴を励起するために、ラジオ周波数パルスを生成する。ラジオ周波数コイルアセンブリ16は更に、イメージング領域から発する共鳴信号を検出する働きをする。ラジオ周波数コイルアセンブリ16は、イメージング領域全体をイメージングする送信/受信コイルであるが、局所的な送信/受信コイル又は局所的な専用受信コイルが更に企図される。
勾配パルス増幅器18は、選択された磁界勾配を生成するために、磁界勾配アセンブリ14に、制御された電流を送り出す。好適にはデジタルであるラジオ周波数送信器20は、選択された共鳴を励起するために、ラジオ周波数パルス又はパルスパケットをラジオ周波数コイルアセンブリ16に印加する。ラジオ周波数受信機22は、誘起された共鳴信号を受け取り、復調するために、コイルアセンブリ16又は別個の受信コイルに結合される。
被検体の共鳴イメージングデータを取得するために、被検体が、イメージング領域内に置かれる。シーケンスコントローラ24は、関心領域の光学的操作を補うために、勾配増幅器18及びラジオ周波数送信器20と通信する。シーケンスコントローラ24は、例えば、選択された反復エコー定常状態又は他の共鳴シーケンスを生成し、そのような共鳴を空間的に符号化し、共鳴を選択的に操り若しくは弱め、又は被検体にとって特徴的な選択された磁気共鳴信号を他のやり方で生成する。生成された共鳴信号は、RFコイルアセンブリ16又は局所コイル(図示せず)によって検出され、ラジオ周波数受信機22に通信され、復調され、k空間メモリ26に記憶される。イメージングデータは、画像メモリ30に記憶される1又は複数の画像表現を生成するために、再構成プロセッサ28によって再構成される。1つの適切な実施形態において、再構成プロセッサ28は、逆フーリエ変換再構成を実施する。
結果として得られる(複数の)画像表現は、ビデオプロセッサ32によって処理され、人間可読のディスプレイを備えるユーザインタフェース34上に表示される。インタフェース34は、好適には、パーソナルコンピュータ又はワークステーションである。ビデオ画像を生成するのではなく、画像表現は、プリンタドライバによって処理され、印刷され、コンピュータネットワーク又はインターネットを通じて送信されることができる等である。好適には、ユーザインタフェース34は更に、放射線医又は他のオペレータが、磁気共鳴イメージングシーケンスを選択し、イメージングシーケンスを変更し、イメージングシーケンスを実行する等のために、シーケンスコントローラ24と通信することを可能にする。
携帯可能なモニタ40は、磁界中の患者とともに位置付けられる。図示される実施形態のモニタ40は、血圧モニタであり、少なくとも1つの空気ホース44によって一般的な圧力カフ42に接続される。デュアルホースシステムが、以下に記述される。しかしながら、任意のパラメータが測定されうることが理解されるべきであり、本願は、特に血圧モニタに必ずしも制限されない。血圧を測定する際、カフ42が膨張されて、患者に、一般には患者の二頭筋に、測定可能な圧力を及ぼす。カフ42は、カフ42の圧力が、患者の動脈の収縮期圧より高い圧力に増大されるように、膨張される。これは、一時的に、上腕動脈を通る血流を止める。ついで、空気が、一定のレートでカフから流出することを可能にされる。血液が、上腕動脈に流れ始めると、すなわち、腕上のカフ42又は他のセンサが、パルスを検出すると、モニタ40は、患者の収縮期圧として圧力値を記録する。カフがパルスをもはや検出することができなくなるまで、空気が、カフ42から流出し続け、パルスが失われる圧力値が、患者の拡張期圧として記録される。
図2を参照して、上述の測定を可能にするコンポーネントを含む血圧モニタ40が、より詳しく示されている。カフ42内の圧力を増大するために、ポンプ46は、大気から空気を引き、カフ42にそれをポンピングする。カフ42が膨張すると、圧力がカフ42内で増大するように、システムが閉じられる。図3に示される実施形態において、他のタイプの圧電ポンプも企図されるが、ポンプ46は、圧電ポンプであり、より詳しくは、蠕動圧電セラミック作動ポンプである。圧電素子46aは、矢印によって示される方向に拡張し、収縮する。圧電素子が作動されると、それは可撓性ダイアフラム46bをそらせる。ダイアフラム46bがそると、それはポンプチャンバ46cのボリュームを低減し、出口チェックバルブ46dを介してチャンバから流体をポンピングする。圧電素子46aが弛緩すると、ポンプチャンバ46cのボリュームが増大し、入口チェックバルブ46eを通じて流体を引き入れる。両方のチェックバルブ46d、46eは、ポンプチャンバ46cを通る逆流を防ぐ、圧力作動の一方向バルブである。ポンプ46の圧電素子46aは、関連する高電圧ドライバ48によって駆動される。ドライバ48は、モニタコントローラ50によって制御される。
血液が上腕動脈に流れているかどうかを検知するために、第1のトランスデューサ52が、カフ42内に又はそれに隣接して位置付けられる。血液が流れ始めると、それは、乱れた血流によって生成され、トランスデューサ52によって検出される特徴的な音(第1のコロトコフ音)を伴う。第2のトランスデューサ54が、カフ42の圧力を測定する。ポンプ46が、圧力を与えるためにカフ42を膨張させたのち、空気が、リニアバルブ56を介してカフ42から流出される。図4に示される一実施形態において、リニアバルブ56は、圧電セラミックダイアフラムバルブである。圧電素子56aは、矢印によって示されるように拡張し、収縮する。圧電素子が拡張すると、それによって、バルブ素子56bが、バルブシート56cと接触させられ、バルブ56をシールする。圧電素子56aが、弛緩すると、バルブ56は開き、流体がバルブ56を流れることができる。任意には、パイロット動作される圧電バルブが、使用されることができる。リニアバルブ56は、モニタコントローラ50によって同様に制御されるそれ自身の関連する高電圧ドライバ58を有する。任意には、リニアバルブは、バイメタル素子56aによって駆動されることができ、定められた量の電流が、熱を生成し、知られている歪みを引き起こす。バルブは、知られているフローレートが通過することを可能にする。このタイプも、非磁性であるが、付加の高電圧ドライバを必要としない。
カフ42の圧力が、患者の収縮期圧と拡張期圧との間であるとき、動脈圧力は、患者の心臓の鼓動により、カフ圧力より高く急上昇し、カフ圧力より低く下がるので、血流が乱れる。カフ42の圧力が、収縮期圧と拡張期圧との間にある限り、第1のトランスデューサ52は、乱れた血流を検出することができる。一旦カフ圧力が収縮期圧より下に下がると、動脈はもはや収縮しないいので、上腕動脈を通る血流はもはや乱れない。更なる音も検出されない。第1のトランスデューサ52が、もはやいかなる音も検出しない場合、これが生じる第2のトランスデューサ54によってリポートされる圧力が、拡張期圧として記録される。
拡張期圧が記録されると、ダンプバルブ60が開いて、カフ42の残りの空気を大気に解放する。一実施例において、リニアバルブ56のように、ダンプバルブ60は、圧電セラミックダイアフラムバルブである。同様に、ダンプバルブ60は、それ自身の高電圧ドライバ62によって駆動される。ドライバ48、58、62はすべて、詳細に上述されたプロセスを実施するように、モニタコントローラ50によって制御される。カフ42の膨張中、ポンプ46はオンにされ、リニアバルブ56及びダンプバルブ60は閉じられる。血圧測定の間、ポンプ46はオフにされ、リニアバルブ56が開かれ、ダンプバルブ60は閉じたままである。拡張期圧が読み取られると、不使用の期間中、ポンプ46はオフであり、両方のバルブ56、60が開かれる。モニタ40が読み取りを実施することに失敗する場合、コントローラ50は直ちにプロセスを再び始めることができる。任意には、付加の高電圧ドライバの必要なく、ダンプバルブは、電気を熱に変換して更に移動及びバルブ作動に変えるバイメタル素子によって、駆動されることができる。
上述したように、プロセスは、モニタコントローラ50によって制御される。好適には、ユーザは、ユーザインタフェース64により、モニタコントローラ50とインタフェースすることができる。ユーザは、読み取りを命じ又は周期的な読み取りを設定するとともに、モニタメモリ66に記憶される最近の圧力読み取り値をレビューすることができる。任意には、ワイヤレストランシーバ68が、モニタ40に含められ、それにより、コントローラ50は、スイート内のリモートワークステーション、オペレータ又はナースステーション、又はモニタ処理ユニット70に、読み取り値を送信することができる。電池、ACアダプタ又はMRシステムから電力を引くシステムのような適切な電源72が、モニタ40に電力を供給する。好適には、モニタ40は、アイドル状態のときは壁ソケットに差し込まれることができるが、使用中はコードレスである例えば非磁性リチウムイオン電池のような再充電可能な電池を備える。
セラミック圧電素子を使用することによって、電磁的にセンシティブなコンポーネントは、モニタ40に存在しない。従って、モニタ40は、「MRセーフ(MR環境下で安全)」の評価を与えられることができ、MR装置10の磁界中の患者に付随することができるとともに、モニタ40から患者にまで至る長いケーブル及びチューブの必要を排除する。圧電デザインは、ワイヤレスの、携帯可能な、テーブルトップの、又は台座に搭載される血圧モニタに等しく適用できるが、特に、MR装置のボア内に患者とともに移動することができるモニタに適している。任意には、モニタは、モニタ40が画像取得又は品質に負の影響を与えることを防ぐために、電磁干渉シールド74によりシールドされる。更に、モニタコントローラ50及びメモリ66は、磁界からシールドされる。
別の実施形態において、呼吸終期のCOを測定し又は麻酔ガスを送り出すモニタのようなガスモニタが、MRIシステムにおいて使用される圧電セラミックポンプ及びバルブと共に構成される。ガスモニタにおいて、呼吸マスクが、患者の口腔をおおって配置される。圧電蠕動ポンプは、マスク又は関連する排気ラインから、気体をポンピングする。圧電バルブは、排気の定められたボリュームを、解析チャンバに移動させ、解析期間中、チャンバに気体を保持し、解析後、気体を排出するように動作される。
他のタイプの磁界セーフの(磁界環境下で安全な)ポンプ及びバルブが更に企図される。図5に示されるように、バイメタル素子80は、それが矢印によって示される方向にプランジャ84を動かすようにするために、ヒータ82によって加熱され、冷却されることを可能にされる。プランジャ84は、ダイアフラム86を撓ませ、ダイアフラム86に、バルブシート88を開いた位置及び閉じた位置の間で作動させる。同様に、バイメタル素子80の交互する加熱及び冷却は、蠕動ポンプのダイアフラムをポンピングすることができる。他のタイプのMRセーフのバルブ及びポンプが更に企図される。
本発明は、好適な実施形態を参照して記述された。変形及び変更が、上述の詳細な説明を読み理解することにより、当業者に思いつくであろう。本発明は、すべてのこのような変形及び変更が添付の請求項又はその等価なものの範囲内にある限り、それらを含むものとして解釈されることが意図される。

Claims (19)

  1. 検査領域に実質的に一様な主磁界を生成する主磁石と、
    前記主磁界を空間的に符号化するために、前記検査領域の前記主磁界に勾配磁界を与える勾配コイルアセンブリと、
    前記検査領域内の被検体の選択された双極子に磁気共鳴を誘起し、前記磁気共鳴を受け取るラジオ周波数アセンブリと、
    前記検査領域に少なくとも部分的に配され、前記被検体の少なくとも1つの生理的パラメータを測定し表示する非磁性モニタと、
    を有し、前記非磁性モニタが、前記検査領域に配される圧電セラミック蠕動ポンプを有する、磁気共鳴システム。
  2. 前記圧電セラミック蠕動ポンプ用の高電圧ドライバが、前記検査領域に配される、請求項に記載の磁気共鳴システム。
  3. 前記非磁性モニタは、前記検査領域に配される少なくとも1つのバルブを有する、請求項1又は2に記載の磁気共鳴システム。
  4. 前記少なくとも1つのバルブは、圧電セラミックダイアフラムバルブを有する、請求項に記載の磁気共鳴システム。
  5. 前記圧電セラミックダイアフラムバルブ用の高電圧ドライバを更に有する、請求項に記載の磁気共鳴システム。
  6. 前記非磁性モニタが、血圧モニタ及びガス解析モニタのうちの一方を有する、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の磁気共鳴システム。
  7. 前記非磁性モニタは、血圧モニタを有し、前記血圧モニタは更に、
    前記検査領域に配される圧電セラミック蠕動ポンプと、
    前記検査領域に配される少なくとも1つのバルブと、
    前記圧電セラミック蠕動ポンプ及び前記バルブを駆動するための高電圧ドライバを制御するコントローラと、
    血圧読み取り値及びそれらの値が取得された時間を少なくとも記憶するメモリと、
    放射エミッションからシールドするために、前記コントローラ及び前記メモリ周囲の電磁的両立性をもつ筐体と、
    を有する、請求項に記載の磁気共鳴システム。
  8. 前記非磁性モニタは、バイメタル素子により動作されるバルブ又はポンプの少なくとも1つを更に有する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の磁気共鳴システム。
  9. 前記主磁石は、前記検査領域中に少なくとも2500ガウス(0.25T)の磁界を生成する、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の磁気共鳴システム。
  10. MRI環境下で安全な血圧モニタであって、
    圧力を患者の動脈に印加する圧力カフと、
    圧力下で前記動脈内の可聴イベントを検知する第1のトランスデューサと、
    前記圧力カフに圧力を与える圧電セラミック蠕動ポンプと、
    前記圧電ポンプを駆動する第1の高電圧ドライバと、
    前記圧力カフに印加される前記圧力を検知する第2のトランスデューサと、
    制御された線形レートで前記圧力カフから圧力を解放する第1の圧電セラミックダイアフラムバルブと、
    前記第1の圧電ダイアフラムバルブを駆動する第2の高電圧ドライバと、
    少なくとも前記ポンプ及び前記圧力カフを接続する空気接続部と、
    少なくとも前記ポンプ及び前記ダイアフラムバルブを制御する制御回路と、
    少なくとも前記第1及び前記第2の高電圧ドライバ並びに前記制御回路に電力を供給する電源と、
    を有する、血圧モニタ。
  11. 放射エミッションからシールドする、少なくとも前記圧電ポンプ及び前記バルブ周囲の電磁妨害筐体を更に有する、請求項10に記載の血圧モニタ。
  12. 前記第1の圧電バルブは、リニア解放バルブである、請求項10に記載の血圧モニタ。
  13. 前記モニタから圧力を解放するためのダンプバルブとして働く第2の圧電ダイアフラムバルブと、
    前記第2の圧電ダイアフラムバルブを駆動する第3の高電圧ドライバと、
    を更に有する、請求項12に記載の血圧モニタ。
  14. 両方の前記バルブは、バイメタル作動装置である、請求項13に記載の血圧モニタ。
  15. 検査領域に主磁界を生成する主磁石と、
    前記検査領域に配される請求項10に記載の血圧モニタと、
    を有する磁気共鳴システム。
  16. 磁界中の被検体を監視する方法であって、
    磁気共鳴イメージング装置の主磁石により、主磁界を生成するステップと、
    勾配コイルシステムにより、前記検査領域に勾配磁界を印加するステップと、
    RFアセンブリにより、前記検査領域にRFパルスを印加するステップと、
    前記検査領域に少なくとも部分的に配される非磁性モニタにより、前記被検体の少なくとも1つの生理的パラメータを測定し表示するステップと、
    を含み、前記非磁性モニタが、前記検査領域に配される圧電セラミック蠕動ポンプを有する、方法。
  17. 前記非磁性モニタが、圧力カフに接続される血圧モニタであり、前記生理的パラメータを測定し表示するステップが、
    第1のリニア圧電セラミックダイアフラムバルブを閉じ、第2の圧電セラミックダイアフラムダンプバルブを閉じ、圧電セラミック蠕動ポンプを作動することによって、前記主磁界中に位置する圧力カフを膨張させるステップと、
    前記第1のバルブを開き、前記圧電セラミック蠕動ポンプをオフにすることによって、前記圧力カフから空気を解放することによって、圧力を読み取るステップと、
    前記第2のバルブを開くことによって、前記カフから残りの空気を解放するステップと、
    を更に含む、請求項16に記載の方法。
  18. 前記主磁界が、5000ガウスより大きい又はそれに等しい、請求項16又は17に記載の方法。
  19. 血圧測定を遠隔位置にワイヤレスで送信するステップを更に含む、請求項16乃至18のいずれか1項に記載の方法。
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