JP6116585B2 - 酸素濃縮装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、患者が鼻カニューラ等のカニューラを用いて酸素を吸入している際に火災や異常な過熱環境にさらされた場合に、確実に過熱環境を検知して安全性を確保することができる酸素濃縮装置を提供することを目的とする。
上記構成によれば、音検出部は、濃縮酸素が前記酸素供給経路を通過する際の通常の酸素供給音とカニューラに着火して火災が発生した時の火災発生音を検出するので、通常の酸素供給音とは区別してカニューラの着火を検知することができる。これにより、患者が鼻カニューラ等のカニューラを用いて酸素を吸入している際に火災や失火によりカニューラやチューブに着火した場合に、確実に着火を検知して使用上の安全性を確保することができる。
上記構成によれば、7.5kHz以上の周波数において音圧が変化すれば、火災発生を確実に判別することができるので、使用上の安全性を確保することができる。
上記構成によれば、音検出部は、配管に配置するだけで、火災発生を確実に判別することができる。
好ましくは、前記音検出部は、前記酸素濃縮装置の本体の酸素出口部に対して着脱可能に接続されるカニューラに配置されていることを特徴とする。
上記構成によれば、音検出部は、カニューラに配置するだけで、火災発生を確実に判別することができる。
上記構成によれば、酸素遮断部は、濃縮酸素の供給を即座に遮断できるので、使用上の安全性を確保することができる。
本発明の酸素濃縮装置は、カニューラを通じて患者に濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置であって、前記濃縮酸素を供給する酸素供給経路には、適所に音検出部が設けられ、前記音検出部からの信号を受けて、前記濃縮酸素が前記酸素供給経路を通過する際の通常の酸素供給音と、前記呼吸時の酸素供給音とを比較して、音圧の変化があれば呼吸があると判別する制御部を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、制御部は、患者の呼吸を判別できるので、濃縮された酸素をより効率的に患者が使用するために、呼吸に同調した制御を行うことができる。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態にかかる酸素濃縮装置の外観斜視図、図2は、図1の酸素濃縮装置の操作パネルの概略平面図である。
図1と図2では、酸素濃縮装置10は、例えば上端に取手となるハンドル12を設けた縦長の本体ケース11を備えている。本体ケース11を除く酸素濃縮装置10の内部構造は、後述する図3に示されている。
図1では、接続体としての例えば、カプラソケット400が酸素出口部15の上方位置に離して図示されている。このカプラソケット400は、酸素出口部15に形成された段差部15Dに対して装着されることで、カプラソケット400は酸素出口部15に対して気密状態でしかも着脱自在に接続できる。また、カプラソケット400は、酸素吸入用のカニューラ22の接続端部23Tに対して、着脱自在に接続できる。これにより、酸素出口部15は、このカプラソケット400を介して、カニューラ22の接続端部23Tに着脱自在に接続できる。
図2に示す電源スイッチ14は、図示のオフ位置と約90度分時計周りに回転したオン位置との間で操作される。この電源スイッチ14のオン位置に相当する位置には緑と赤に点灯する例えば発光ダイオード等を内蔵した運転状態ランプ14Bが設けられている。また、この運転状態ランプ14Bの上にはバッテリ残量モニタ14Cが設けられている。
中央の酸素出口部15の上には、「点検」の文字またはこれに相当するキャラクター表示等を横に印刷した警報表示部15Bが配置され、この警報表示部15Bの下方には緑と赤と黄色とに点灯する例えば発光ダイオードを内蔵した酸素ランプ15Cが設けられている。
図3の下方の位置には、上記のゴム足27を四隅に固定した樹脂製の底蓋26が、配置され、この底蓋26は図1では二点鎖線で示している。図3に戻ると、底蓋26は、樹脂製のベース体40の底面に対して複数の固定ネジを用いて固定されている。このベース体40は、四面から下方に向けて連続形成された壁面を一体成形した箱状に成形されており、裏面の壁面上には、各コネクタ131、130が固定されている。このベース体40の上には、箱型の二段式防音室34が配置されるようになっている。
この二段式防音室34は、図3において手前側に示した防音室蓋39と、奥側に示した防音室蓋38を、密閉箱35に対して複数の固定ネジで固定するようにしている。このように固定ネジを用いて防音室蓋39と防音室蓋38を固定するために、二段式防音室34は、図示のように曲げ加工されるとともにインサートナットを植設した取付部が一体的に設けられている。この二段式防音室34の内部には防音材51が敷設される。また、二段式防音室34の外周面には制振部材であって、合成ゴムと特殊樹脂材料を混合した素材をシート状のものが敷設されており、アルミの薄板製である二段式防音室34自体が共鳴等で振動しないように防止している。
図3の各送風ファン104は、例えば、インバータ制御のシロッコファンを用いることができる。各送風ファン104は、それぞれの送風口が下方に向くようにしてブラケットを用いて上段部材36に固定されている。この各送風ファン104の間には、図4に示す三方向切換弁109a,109b等が配置されている。図3に示すように、各送風ファン104には、ファン回転検出部126が設けられている。ファン回転検出部126は、例えばインタラプタ型フォトセンサ等の回転検出計等を利用することができる。
図3に示す製品タンク111は、ブロー成形されるポリエチレン樹脂製であって図示のように長手方向に横たえて上方に配置される。遮蔽板32も軽量化のために樹脂製であり、図示のようにスピーカ23と外部コネクタ133を設けており、二段式防音室34の上方の外壁面に対して固定ネジを用いて固定される補強を兼ねた取り付け部を一体成形している。
図4に示すように、系統図の各要素は本体ケース11に配置されている。図4では、二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路であり、概ね配管24a〜24g、24Rで示されている。また、細い実線は電源供給または電気信号の電気配線を示している。
以下の説明では、コンプレッサ105として圧縮手段(圧縮空気発生部)と減圧手段(負圧発生部)を一体化して構成したものを用いる場合について述べる。しかしながら、この構成に限定されず、圧縮空気発生部と負圧発生部を個別に構成しても良いことは言うまでもない。しかも、負圧発生部が無くても良い。また、吸気口を介して外気を内部に導入し、排気口を介して外部に排出する表面カバーと裏面カバー(本体ケース11の一部)は、密閉容器として図4において破線で図示されている。
図4において、空気(外気)が、フィルタ交換用蓋体に内蔵された外気導入用フィルタ20を通過して、酸素濃縮装置100の内部に矢印F方向に導入される。この空気は、一対の送風ファン104、104による送風により、破線で示す二段式防音室34内に入る。図3を参照して説明したように、空気が、二段式防音室34(破線図示の)側面に穿設された開口部35aを介して、二段式防音室34内に入る。二段式防音室34では、上段部材上に送風ファン104、104を配設し、下段部材にコンプレッサ105を防振状態で配設している。
第1吸着筒体108aと第2吸着筒体108bの上方の出口側には、逆止弁と、絞り弁と、開閉弁とからなる均等圧弁107が分岐して接続されている。また、均等圧弁107の下流側は合流するように配管24dが成されており、分離生成された90%程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための容器となる製品タンク111が配管24dに接続されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する圧力センサ208が配管されている。
酸素(濃度)センサ114の下流側には、酸素流量設定スイッチ16に連動して開閉する比例開度弁115が接続されており、比例開度弁115の下流側には酸素流量センサ116が接続されている。この酸素流量センサ116の下流側の配管24Rには、呼吸同調制御のための負圧回路基板を介してデマンド弁117が接続されており、配管24Rは、滅菌フィルタ119を経て、酸素濃縮装置10の酸素出口部15に対して接続されている。
以上の構成により、患者は、酸素出口部15と、カプラソケット400と、カニューラ22を経て、最大流量5L/分で約90%程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能である。
内蔵バッテリ228および外部バッテリ227は繰り返し充電可能な2次電池であり、内蔵バッテリ228は電源制御回路226からの電力供給を受けて充電される。なお、内蔵バッテリ228は、少なくとも500回(数100回程度)程度の繰り返し充放電が可能で、バッテリ残量、使用充放電サイクル数、劣化程度、出力電圧等のマネジメント機能を有するものが使用され、バッテリ残量、残充電容量、充放電回数を外部の携帯端末などで確認可能なマネジメント機能を有するものが好ましい。
以上の電源系統の構成において、酸素濃縮装置はACアダプタ19からの電力供給を受けて作動する第1電力供給状態と、内蔵バッテリ228からの電力供給を受けて作動する第2電力供給状態と、外部バッテリ227からの電力供給を受けて作動する第3電力供給状態との3系統の電力供給状態の内の一つに自動切換えされて使用される。
この中央制御部200には、所定動作プログラムを記憶したROM(読み出し専用メモリ)が内蔵されるとともに、記憶装置210と不揮発メモリ205と一時記憶装置206とリアルタイムクロック207とがさらに接続されている。中央制御部200は、外部コネクタ133を介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。
ところで、総重量が約1kgのコンプレッサ105は、モータ制御部201に内蔵される可変速度制御器であって正弦波駆動波形によりモータの駆動制御が行われることで運転音を低くしている。このコンプレッサ105は、各速度で運転可能であって、必要な真空(負圧)/正圧の圧力レベルと流量を発生でき、僅かな騒音と振動しか出さず、僅かな熱しか発生せず、小型軽量であって僅かな電力消費で運転できることが好ましい。
以上のモータ制御によって酸素濃縮装置10全体の消費電力が低減され、充電式バッテリでの駆動時の寿命を延ばすことが可能になるとともに、充電式バッテリの重量と大きさを軽減し、コンプレッサ105の摩耗度を低めて寿命を延ばすことで信頼性を向上できる。
図4に示すように、本体ケース11には、火災検知装置600が配置されている。この火災検知装置600は、カニューラ22のチューブ23が着火した場合に、その着火による火災検知するための装置である。火災検知装置600は、酸素供給経路の適宜な位置、すなわち配管の適切な位置、例えば好ましくは酸素出口部15に近い位置にある配管24Rの分岐部分24Tにおける音を検知することで、カニューラ22のチューブ23が着火した場合に、その着火による火災検知する。
図5の火災検知装置600は、音検出部としてのマイクロフォン601と、制御部602と、警報ランプ603と、警報ブザー604と、バッテリ605を有している。バッテリ605は、制御部602と酸素遮断部330に電源供給するために配置され、例えばボタン電池のような小さな電池を採用している。本体制御部からの電源供給をでもかまわない。制御部602は、警報ランプ603、警報ブザー604と、酸素遮断部330のそれぞれの動作を制御する。酸素遮断部330は、配管24Rの途中部分を機械的に押し潰すことで配管24Rの経路を閉鎖して、濃縮された酸素が酸素出口部15側に供給できないようする。経路の閉鎖はデマンド弁117の閉鎖でも可能である。
火災検知装置600の音検出部としてのマイクロフォンは、酸素供給経路の適所に設けられている。すなわち、「適所」とは、火炎検知にマイクロフォンを利用する上で、マイコロフォン601の設置個所として好ましい箇所を意味しており、たとえば、図示のように、火炎検知装置600自体に内蔵する場合と、火炎検知装置600とは離れた個所、たとえば、チューブ22の適宜箇所に設けることができる。この場合、チューブ22で、カニューラ22に近い箇所に設けた場合には、コンプレッサ105等の酸素濃縮装置から生じる機械的作動音の影響を受けにくい。また、カニューラ22自体に設けると、呼吸音と区別しにくいので、やや離れたほうが好ましい。使用者の存在箇所に近くであれば、使用者がタバコを吸って、その日がチューブ23内の酸素に着火した場合を想定すると、タバコの火が存在することが想定される箇所の近傍に設けるのが好ましい。
例えば、延長チューブとカニューラを接続する中継カプラの部分などである。また、実際に使用されるチューブ22の長さは最長のもので15m程度であるが、マイクロフォン601は20m以内であれば、充分に燃焼音を検知できる。マイクロフォン601は20mを超える範囲でも燃焼音を検知できるが、実際に使用するチューブの長さが20mを超える場合、圧力損失が大きくなるため、通常、酸素濃縮装置本体から20m以上離れて使用されることは稀である。よって、マイクロフォン601の設置個所として酸素濃縮装置100から20m以内の範囲であれば、どこであっても良い、と言える。
制御部310は、この酸素を遮断する動作とともに、報知手段である警報ランプ603を点灯させ、警報ブザー604により警報音を発生させて、患者や酸素濃縮装置10の管理者に対して通知する。図5のマイクロフォン601としては、例えばコンデンサマイクロフォンや、圧電マクロフォンを用いることができる。
図6に示す酸素遮断部330は、制御部602からの電気信号により濃縮酸素の供給を遮断する動作を行う構造を有しており、駆動部331と、押圧部の一例としての押圧部材332を有している。図6(A)と図6(B)に示すように、押圧部材332は、配管24Rを直接機械的に固定部335側に押し付けて、配管24Rを弾性変形させることで、配管24Rの酸素流路333を閉塞する。駆動部331は、例えばロッド334を有する直動型の電磁アクチュエータであり、押圧部材332はロッド334の先端に固定されている。
なお、図6に示す酸素遮断部330の構造を採用することにより、チューブ303を押して閉塞するだけで済むので、高価な電磁弁を用いるのに比べて安価にできる。
この過熱検知部700は、制御部310と、バッテリ311と、温度センサ320と、送信部321と、受信部322を有している。過熱検知部700は、カニューラ22のチューブ23の適宜な位置に取り付けられている。温度センサ320は、チューブ23の適宜な位置に取り付けられてチューブ23の温度を検出する。温度センサ320がチューブ23の温度を検出した時の温度信号TSは、制御部310に送られる。受信部322は、本体ケース11内に配置されている。送信部321と受信部322としては、例えば小型で低消費電力の通信手段であるBluetooth4.0(登録商標)(短距離無線通信の規格)やZigBee(家電向けに策定された無線通信規格)等を採用することができる。
このように、火災検知装置600に対して、さらに必要に応じて追加的に、過熱検知部700をチューブ23に直接配置することにより、濃縮酸素の経路である配管24Rの音変化の監視による火災検知動作に加えて、チューブ23の温度上昇の直接監視による火災検知動作を同時に行うことができる。このため、カニューラ22の着火による火災の発生の検知をより確実に行って、濃縮酸素の供給を即座に遮断できるメリットがある。
患者が図1に示す酸素濃縮装置10を用いて酸素の吸入を行う場合には、カニューラ22の接続端部23Tを、酸素濃縮装置10の酸素出口部15に対して、カプラソケット400を用いて接続する。これにより、濃縮酸素は、酸素出口部15からカプラソケット400を通じてカニューラ22へ供給することができる。この場合に、酸素は、例えば最大流量5L/分の流量で送ることができ、患者はカニューラ22を用いて約90%程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能である。
患者が例えば喫煙していて、たばこの火が図1に示すカニューラ22のチューブ23に万一引火した場合には、火炎はカニューラ22のチューブ23を経て酸素出口部15に炎達して、空気中の酸素により燃焼または過熱するおそれがある。
図5の制御部602がマイクロフォン601からの音信号CSを受ける。この制御部602は、その音信号CSが着火前と着火後で変化したことを認識する。すなわち、制御部602は、その音信号CSが、通常の酸素供給音から、火災発生時の燃焼音に変化したことを判別すると、制御部602はカニューラ22のチューブ23が着火したと判断して、制御部602は酸素遮断部330に指令する。
また、マイクロフォン601には、図4で説明した酸素濃縮装置10の発生するコンプレッサ110の動作音や冷却ファン104、電磁弁107,109等の機械雑音が混入する場合がある。そのため、本体の機械雑音を測定するマイクロフォン901を設けている。マイクロフォン601と901の差分をとる装置を追加することで、カニューラから伝導する音のみを弁別することが可能となる。
すなわち、図6(A)に示す配管24Rの酸素流路333が開いた状態から、図6(B)に示すように制御部310が駆動部331を制御してロッド334を直線移動する。このロッド334の移動により、押圧部材332は弾性変形可能な部分である配管24Rを、押し当て部335に対して機械的に押し潰して、酸素流路333を閉塞できる。これにより、濃縮された酸素が、配管24Rから酸素出口部15へ供給できないので、カニューラ22側への濃縮酸素の供給を即座に遮断できる。
なお、図6に示す酸素遮断部330の構造を採用することにより、本体ケース11内の配管24Rを押して閉塞するだけで済むので、高価な電磁弁を用いるのに比べて安価にできる。 酸素遮断部330の構造は、図6(A)に示すような構造だけではなく、例えばモータが回転カムを回転させることで配管24Rを押して閉塞する構造を採用することもできる。
図7は、火災が発生していない非燃焼時である通常の酸素供給音の波形W1を示し、図8は、火災が発生している燃焼時の音の波形W2を示している。図7と図8では、縦軸が音圧であり、横軸が周波数である。
例えば、図8において燃焼時の場合の波形W2の7.5kHzでのポイントP2は、図7における通常の酸素供給音のみの波形W1の7.5kHzでのポイントP1と比較すると、7.5kHz以上の周波数の領域では20dB以上、図示例では例えば−120dBから−80dBまで、40dBの音圧が上昇している。この場合には、制御部602は、カニューラのチューブ23に着火したとの判定をする。
なお、図5に示す制御部602が、火災発生(燃焼)しているかどうかを判定する他の燃焼判定基準の例としては、特に好ましくは、周波数が8kHzから20kHzの周波数成分のパワースペクトラム平均値が、30dB以上音圧が上昇した場合であり、この場合には、制御部602は火災発生(着火)の判定をすることができる。
図9は、患者が呼吸しているかどうかを、マイクロフォン601を用いて検出する様子を示している。図9(A)は、通常の酸素供給の際に、図5のマイクロフォン601が検出する酸素供給音のみの波形W3を示す。図9(B)は、通常の酸素供給の際に患者が呼吸した場合に、図5のマイクロフォン601が検出する変動波形W4を示す。図7と図8では、縦軸が音圧であり、横軸が時間である。
図9(A)に示す通常の酸素供給の場合の酸素供給音のみの波形W3は、波高WH1がほぼ一定である。これに対して、図9(B)に示す患者が呼吸した場合の変動波形W4では、波高WH1の波形において音圧変動波形WR1、WR2が生じている。この波高WH2、WH3の波高WH2、WH3は、図9(A)に示す波形W3の波高WH1に比べて大きく、患者の呼吸動作に対応している。
この呼吸同調制御とは、例えば図4に示す内蔵バッテリ228および外部バッテリ227により、酸素濃縮装置10の全体が駆動されている場合に、濃縮酸素をより効率的に患者が使用するために、濃縮酸素の供給を呼吸動作に同調した制御を行うことをいう。すなわち、患者が通常の呼吸を行っている間、患者は、吸息/呼息サイクル時間の約1/3を吸息に、残りの2/3を呼息に当てている。
酸素濃縮装置10では、呼吸同調制御を行うことにより、酸素濃縮装置10の小型化と低消費電力化が可能となる。呼吸同調制御は、全期間に亘って行われる(コンプレッサ105も全期間に亘って動作する)。酸素濃縮装置10の呼吸同調制御運転の結果は、図4の記憶装置210に患者のログとして記録することで、患者個人の酸素供給の管理に用いることができる。
次に、図10と図11を参照して、本発明の酸素濃縮装置の第2実施形態を説明する。
図10は、本発明の酸素濃縮装置10Aの第2実施形態の系統図であり、図11は、図10の酸素濃縮装置の火災検知装置の好ましい構成例を示している。
図10に示す酸素濃縮装置10Aが、図4に示す酸素濃縮装置10と異なるのは、火災検知装置800の構成である。すでに説明した図4の酸素濃縮装置10の火災検知装置600は、本体ケース11内に収納されている。これに対して、図10の酸素濃縮装置10Aの火災検知装置800は、本体ケース11内とカニューラ22のチューブ23に分けて配置されている。図10の酸素濃縮装置10Aの他の構成要素の構造と効果は、図4に示す酸素濃縮装置10の対応する他の構成要素の構造と効果と実質的に同じであるので、その説明を用いることにする。
図11に示すマイクロフォン801は、本体ケース11内に配置されているのではなく、取り付け具850に設けられている。この取り付け具850は、カニューラ22のチューブ23の適宜な位置に対して、好ましくは着脱可能に取り付けることができる。ただし、マイクロフォン801がチューブ23に対して取り付けられる位置としては、あまりカニューラ22の鼻に接続される先端部分に近い位置であると、鼻からの雑音が入るおそれがあるので好ましくはない。
酸素遮断部330が配管24Rの途中を閉塞することにより、濃縮された酸素が酸素出口部15側へ供給されるのを直ちに遮断することができる。制御部310は、この酸素の遮断動作とともに、報知手段である警報ランプ803を点灯させ、警報ブザー804により警報音を発生させて、患者や管理者に対して通知する。
また、別の燃焼判定基準の例としては、特に好ましくは、8kHzから20kHzの周波数成分のパワースペクトラム平均値が、30dB以上音圧が上昇した場合であり、この場合には、制御部は火災発生(着火)の判定をすることができる。
音検出部601(801)は、酸素濃縮装置の本体の酸素出口部に対して着脱可能に接続されるカニューラに配置されているので、音検出部は、カニューラに配置するだけで、火災発生を確実に判別することができる。
制御部601(801)が火災発生を検出すると、配管24Rの酸素流路333を閉じて濃縮酸素の供給を遮断する酸素遮断部330を有するので、酸素遮断部330は、濃縮酸素の供給を即座に遮断でき、使用上の安全性を確保することができる。
ところで、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形例を採用することができる。例えば、警報ランプと警報ブザーの両方が配置されているが、いずれか1つを配置しても良い。図5に示す過熱検知部700では、温度センサ320に代えて、炎センサを用いても良い。この炎センサとは、例えば火炎の紫外線を検出するセンサ、赤外線を検出するセンサ、あるいは火炎電流を検出センサである。
上述の本発明の実施形態では、酸素濃縮装置の大きさや容量によりコンプレッサの回転数や送風ファンの回転数は適宜定めることができる。上記本発明の実施形態に記載された事項は、その一部を省略してもよいし、上記で説明しない他の構成と組み合わせることによっても本発明の範囲を逸脱するものではない。
Claims (7)
- カニューラを通じて患者に濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置であって、
前記濃縮酸素を供給する酸素供給経路には、適所に音検出部が設けられ、
前記音検出部からの信号を受けて、前記濃縮酸素が前記酸素供給経路を通過する際の通常の酸素供給音と、前記カニューラに着火して火災が発生した時の火災発生音とを比較して、予め定めた周波数域以上での音圧の変化を検出することで火災発生を判別する制御部を備えていることを特徴とする酸素濃縮装置。 - 前記音圧の変化は、周波数が7.5kHz以上で検出することを特徴とする請求項1に記載の酸素濃縮装置。
- 前記音検出部は、前記酸素濃縮装置の本体内に配置されて前記濃縮酸素を供給するための配管に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の酸素濃縮装置。
- 前記音検出部は、前記酸素濃縮装置の本体の酸素出口部に対して着脱可能に接続されるカニューラに配置されていることを特徴とする請求項1に記載の酸素濃縮装置。
- 前記制御部が火災発生を検出すると、前記配管の酸素流路を閉じて前記濃縮酸素の供給を遮断する酸素遮断部を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の酸素濃縮装置。
- 前記制御部に酸素濃縮装置内部の動作音検出部を備え、前記音検出部との比較により、雑音とカニューラからの伝達音を明確に弁別することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の酸素濃縮装置。
- カニューラを通じて患者に濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置であって、
前記濃縮酸素を供給する酸素供給経路には、適所に音検出部が設けられ、
前記音検出部からの信号を受けて、前記濃縮酸素が前記酸素供給経路を通過する際の通常の酸素供給音と、前記呼吸時の酸素供給音とを比較して、音圧の変化があれば呼吸があると判別する制御部を備えることを特徴とする酸素濃縮装置。
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