JP6128504B1 - バイタルデータ計測機能を有したメガネ - Google Patents

Abstract

軽くて丈夫であり、かつ炭素材が放射する遠赤外線による血流促進効果の確認を迅速に行える、バイタルデータ計測機能を有したメガネを提供する。メガネ１０は、炭素繊維強化炭素複合素材で構成したテンプル１１と、テンプル１１の耳側端部１１ｃに設けた血流センサー２０ａを含んだ生体情報計測センサー２０と、生体情報計測センサー２０で検知した生体情報を収集して、記憶するデータ処理部２１とを備えている。

Description

本発明は、生体情報計測センサーで生体情報を収集できるようにした、バイタルデータ計測機能を有したメガネに関する。

従来、健康増進器具として、ネックレスや時計バンドなどの装身具を炭素材で形成し、炭素材の遠赤外線の放射による健康増進を図ったものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

この種の健康増進器具は、炭素材から発せられる遠赤外線を身体の深部に放射して加温することで、血流を改善するなどの効果を狙ったものであり、また、遠赤外線効果の高い炭素材として、高密度で整った結晶構造となる等方性炭素材も知られている。また、炭素材からはα波が発生し、それにより疲れを緩和することも知られている。

特開２００８−２００４９１号公報

しかしながら、このような健康増進器具を用いても、その器具を装着した者が、どの程度の効果があるのかを定量的に確認することができず、また、定量的に計測した生体情報を一定期間計測し記憶させて、診断に使用することはできなかった。

また、このような炭素材をメガネに適用する場合、皮膚に触れるテンプルを炭素材で構成することが想定できるが、メガネは昼間、常時身に付けているものであるから、軽くて着用しやすく、かつ丈夫なものが求められる。

本発明は、このような事情を考慮して提案されたもので、その目的は、軽くて丈夫であり、かつメガネを炭素材で構成することで、炭素材が放射する遠赤外線による血流促進効果が得られ、表示部などで定量的に迅速に確認できる、バイタルデータ計測機能を有したメガネを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のバイタルデータ計測機能を有したメガネ（以下、たんに「メガネ」という）は、炭素繊維強化炭素複合素材で構成したテンプルと、テンプルの耳側端部に設けた血流センサーを含んだ生体情報計測センサーと、生体情報計測センサーで検知した生体情報を収集して、記憶するデータ処理部とを備えており、鼻パッドおよび／またはテンプルの皮膚に接触する部分に、結晶構造がランダムに配向した等方性炭素材と、熱伝導率が１７００Ｗ／（ｍＫ）のグラファイトとのうちの少なくとも一方を添設したことを特徴とする。

（削除）

更に、本発明は、上記等方性炭素材、上記グラファイトを通電加熱するための通電加熱制御部を備えた構成としてもよい。

（削除）

更に、本発明は、データ処理部において収集、記憶した生体情報を外部の情報処理機器に通信伝送するための無線通信接続部を更に備えた構成としてもよい。

更に、本発明は、生体情報計測センサーが、血流音を検知する血流音センサーで構成されたものとしてもよい。

更に、本発明は、無線通信機能を備えたＧＰＳ計測手段を更に備えた構成としてもよい。

更に、本発明は、テンプル、鼻パッドのうち炭素材で形成された表面に、ＤＬＣ処理、イオンプレーティング処理による配色された被膜を有したものとしてもよい。ここで、炭素材としては、炭素繊維強化炭素複合材、結晶構造がランダムに配向した等方性炭素材、熱伝導率が１７００Ｗ／（ｍＫ）のグラファイトが含まれる。

本発明によれば、生体情報計測センサーとデータ処理部を備えているため、装着時に、生体情報計測センサーにより検出した生体情報を計測し記憶保持でき、本体ケースの表示部に、計測した生体情報を定量的に表示して確認できる。また、テンプルが炭素繊維強化炭素複合材料で構成されているため、テンプルを軽くでき、テンプルの強度を高くすることもでき、メガネを丈夫で使いやすいものとすることができる。

また、本発明によれば、メガネを装着している際には、テンプルや鼻パッドに設けた、結晶構造がランダムに配向した等方性炭素材が人体の体温で加熱され、人体の組織と共鳴して、遠赤外線を放射するので、人体の深奥部を加熱して、血流促進効果を高めることができる。また、炭素材が放射するα波により脳の疲れや眼精疲労を緩和することもできる。さらに、上記等方性炭素材や上記グラファイトを設けたものによれば、その高熱伝導性により、より迅速な人体の加温を行うことができる。

更に他の本発明によれば、通電加熱制御部を設けて上記等方性炭素材や上記グラファイトを通電加熱できる構成にしているので、メガネを人体の温度よりも高い温度に加熱でき、それにより人体に有益な遠赤外線を効率よく放射して、血行増進効果を向上することができる。

（削除）

更に他の本発明によれば、無線通信接続部を備えているので、データ処理部で収集し記憶した生体情報をパソコンやスマートフォン、タブレット端末などに送信でき、それらの情報処理機器で、専用のアプリやプログラムを用いて種々の診断を行うことができる。

更に他の本発明によれば、生体情報計測センサーとして、血流音をモニタリングするだけの血流音センサーが設けてあるため、血流音を計測することで、血流の流れ具合や血管の血栓によるつまり具合が判断できる。

更に他の本発明によれば、無線通信機能を備えたＧＰＳ計測手段を更に備えているため、徘徊癖のある痴呆患者や要介護者、独居老人などの位置情報をＧＰＳ機能を用いて検索することができる。

更に他の本発明によれば、テンプルや鼻パッドの表面に配色処理がなされているので、使用者の趣味などに合わせてメガネの外観意匠を特定して、ファッション性を高めることができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るメガネの斜視図、（ｂ）は同メガネの正面やや上方から見た斜視図である。 メガネの着用状態を示した側面図である。 メガネの内部構成を示すブロック図である。 血流データ計測収集のフローチャートである。 計測された血流データのグラフ表示の概念図である。

以下に、本発明の実施の形態に係るメガネについて、添付図面を参照して説明する。
まず、メガネ１０の概略基本構成について説明する。

このメガネ１０は、炭素繊維強化炭素複合素材で構成したテンプル１１と、テンプル１１の耳側端部１１ｃに設けた血流センサーを含んだ生体情報計測センサー２０と、生体情報計測センサー２０で検知した生体情報を収集して、記憶するデータ処理部２１とを備えた、バイタルデータ計測機能を有したメガネである。テンプル１１および鼻パッド１４は、皮膚に接触する部分の少なくとも一部に結晶構造がランダムに配向し高密度に整った等方性炭素材（以下、等方性高密度炭素材という）が添設されている。

ついで、メガネ１０の詳細な構成および動作について説明する。

このメガネ１０は、レンズ１３と、レンズフレーム１２と、レンズフレーム１２に取り付けた鼻パッド１４と、テンプル１１とを備えている。レンズフレーム１３とテンプル１１とは蝶番（図示省略）により折り畳みできるようになっている。また、テンプル１１はツル本体１１ａと耳掛け部１１ｂとを有している。

メガネ１０は、レンズ１３なしのメガネであってもよい。レンズ１３は、度入り、度なしのいずれでもよく、サングラスでもよい。さらに、通信機能、健康増進機能、動画・音楽視聴機能などを備えたメガネ型のウェアラブル端末であってもよい。

テンプル１１は、図１（ａ）（ｂ）、特に図２に示すように、耳掛け部１１ｂの開放端部である耳側端部１１ｃが耳の付け根の後ろがわまで延びた形状とされる。これらの図に例示したものは、耳側端部１１ｃが耳の付け根、特に本実施形態のものは耳たぶの後ろがわのやや下方まで延びている。この耳側端部１１ｃは略円盤状に平たく形成されており、その皮膚接触がわの面に血流センサー２０ａが取り付けてある。このメガネ１０を着用したときには、血流センサー２０ａはテンプル１１の弾性力で押圧され、皮膚にしっかりと接触するようになっている。

上記構成部のうち、テンプル１１の皮膚に接触する面と鼻パッド１４とが炭素材で形成されている。なお、それら各部の全体が炭素材で成形されていてもよいが、皮膚接触部位の一部だけが炭素材で成形されたものでもよい。テンプル１１を構成するツル本体１１ａおよび耳掛け部１１ｂの一方のみが炭素材を含んだものであってもよい。

テンプル１１を形成した炭素材は、上述したように、炭素繊維強化炭素複合材料（以下、ＣＣコンポジットという）とされ、このＣＣコンポジットに等方性高密度炭素材の薄膜が貼り付けられている。

また、等方性高密度炭素材に代えてあるいは加えて、炭素材として熱伝導率が特に高い、熱伝導率が１７００Ｗ／（ｍＫ）のグラファイト（以下、超高熱伝導グラファイトという）を設けてもよい。

テンプル１１の表面には、ＤＬＣ処理、イオンプレーティング処理を施すことで、外側から視認できる表面に玉虫色、単色、艶消しの黒色などの高級感のある配色処理をすることが可能となり、炭素材の表面処理によって配色することで、ファッション性を高めることができる。

ＣＣコンポジットは、炭素を炭素繊維で強化したもので、たとえば繊維強化複合材である炭素繊維強化プラスチックを熱処理し、母材のプラスチックを炭化させて作ることができる。このＣＣコンポジットは、炭素繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチックなどに比べて、軽量で高強度などのすぐれた特性があるので、テンプル１１の厚みを薄くできる。このＣＣコンポジットは、等方性高密度炭素材と比較して、強度が高く、たわみにくく、磨耗しにくく、割れ・欠けが発生しにくいので、テンプル１１の材料に適しており、製品の寿命が長く、省エネに繋がり環境にも優しい。

また、ＣＣコンポジットは高い熱伝導性を有しているので、人体の体温を伝えるのに適しており、生体親和性もよいが、ＣＣコンポジットに添設される等方性高密度炭素材や超高熱伝導グラファイトは、さらに熱伝導性が高い。

等方性高密度炭素材は、つぎのように生成される。まず、黒鉛、竹炭などの炭化物の粒子状の炭素材料にフェノール系接着剤、ピッチ又はタールなどのバインダを５重量％程度加えて、弾性を有する型（たとえば、ゴム製の型）に充填する。そして、その型をシールし、圧力容器内に水没させて圧力媒体である水で加圧する。こうすれば、炭素材料は全方向より等圧的に加圧されるので、ランダムに配向し等方性（異方比１．０〜１．１）の塊が生成される。その後、型から取り出した炭素材料の塊を酸素を欠乏させた状態で加熱し、最終的には２０００〜３０００℃程度で焼成する。焼成の途中、フェノール成分、ピッチ又はタールは昇温途中の約１２００℃程度で揮発するので、炭素材料は結晶化（黒鉛化）し、高密度で整った結晶構造となる。

これらの炭素材は、特に等方性高密度炭素材や超高熱伝導グラファイトは、上述したように熱伝導率が高く、外部の熱や光などの形で吸収したエネルギーにより多量の遠赤外線を放射する素材である。また、これらの炭素材は腐食のおそれもなく、人体を形成する有機物の構成物質と同じであるため、生体親和性がよく、人体への安全性も高く、金属アレルギーの心配もない。

人体は、身体組成の６０％は水分、２５％は炭素であり、３６．５℃の平均体温で常に１０ミクロンの遠赤外線を放射しているので、人体の皮膚に等方性高密度炭素材や超高熱伝導グラファイトが触れると、人体が遠赤外線を吸収して加温される。すなわち、等方性高密度炭素材や超高熱伝導グラファイトと、人との間で同じ波長の遠赤外線を放射し合って炭素材は約３６．５℃を維持する一方で身体の中では水分子が激しく衝突して、この振動が運動エネルギーとなって、熱に変換され身体が加温される。

その結果、遠赤外線が皮下組織や血管などに作用して血流が改善されるが、本発明者によれば、抹消、中枢の血流に１５％の上昇効果があることが確認されている。また、これらの炭素材は、α波を発生して、身体を癒し健康増進に寄与する。

また、テンプル１１はＣＣコンポジットが主材料となっているため、テンプル１１を軽量で高強度に形成できる。テンプル１１が軽量であるためメガネ１０の取り扱いがしやすく、かつテンプル１１は高強度であるため傷つきにくい。したがって、たとえば、スポーツ用のメガネ１０として適している。また、炭素材は導電性があるため静電気の発生を緩和することができる。

なお、テンプル１１の内側全面に等方性高密度炭素材や超高熱伝導グラファイトを設けることが遠赤外線効果を高めるうえで望ましいが、一部であってもよい。テンプル１１の一部に等方性高密度炭素材、超高熱伝導グラファイトを設けたものでも、ＣＣコンポジットが皮膚に接触するので、ＣＣコンポジットによる遠赤外線効果が得られる。

また、鼻パッド１４の皮膚に接触する部分にも等方性高密度炭素材を用いれば、高い血流増進効果が得られ、眼精疲労の回復に有益である。鼻パッド１４はテンプル１１にくらべ体積が小さく、皮膚への接触面積も小さく、使用する炭素材の量が少ないため、軽量化、高強度化を考慮する必要性は低い。そのため、軽量を特徴としたＣＣコンポジットを含んだ材料としなくてもよい。

本メガネ１０は、このように人体が炭素材で温められ、血流が促進されることを、迅速にかつ具体的に確認できるようになっており、そのためにメガネ１０は、図１（ａ）等に示すように耳側端部１１ｃの皮膚接触部に、血流センサー２０ａが取り付けられている。

この血流センサー２０ａは、血流音を入力するマイクロフォン素子（血流音センサー）で構成されている。入力した血流音は、後述するデータ処理部２１でノイズを除去され、デジタルデータとして記憶される。血流音センサーによる血流音のモニタリングは雑音の除去などの処理が必須となるが、メガネ１０の構成が簡易となる。

また、血流センサー２０ａとしては、皮膚透過率の高いレーザ光を発するレーザダイオードと、端面入射型フォトダイオードとを同一基板上に集積したセンサーチップを用いてもよい。このセンサーは、レーザダイオードからのレーザ光を皮膚下に照射し、静止組織である皮膚面から反射された後方散乱光と、移動組織である毛細血管内で反射してきたレーザ光とのドップラシフト量を検出して血液の流速と流量を検出する血流計アルゴリズムを用いて分析を行う構成となっているが、超音波式や電磁式など他方式の血流センサーを用いてもよい。

特に本メガネ１０は、血流センサー２０ａがテンプルの耳たぶの後ろがわまで延びた耳側端部１１ｃに取り付けてあるので（図２参照）、動脈が２つに分かれる分岐点での血流、血流音を測定することができる。

また、本メガネ１０に、生体情報計測センサー２０として、歩行検知用センサー、体脂肪センサーなどを設けて、他の身体データを収集するようにしてもよい。さらに、種々の健康増進機能を有したメガネ型のウェアラブル端末を採用して、血流データとともに他の身体データを収集、保存、転送を行うようにしてもよい。

生体情報計測センサー２０として備えた血流センサー２０ａは、血液の流速、流量、血流音などを検出する。生体情報計測センサー２０は、電池などの電源によって電力が供給され、駆動するようになっているので、電池や充電可能な２次電池モジュールから電源を供給するように構成すればよい。

ついで、図３にもとづいて、血流センサー２０ａを含む本メガネ１０の内部基本構成について説明する。

メガネ１０は、操作部２２と、血流センサー２０ａのデータ収集など種々のデータ処理をするデータ処理部２１と、血流データの表示を行う表示部２３と、パソコンやスマートフォン、タブレット端末などの外部の情報処理機器３１と通信接続するための無線通信接続部２４と、電源部２５と、データが保存される記憶部２６と、ＣＣコンポジットや等方性高密度炭素材に通電して加熱する通電加熱制御部２７と、ＧＰＳ計測手段２８とを備えている。

データ処理部２１はテンプル１１に埋め込んだ回路基板に搭載されており、ＣＰＵおよびプログラムなどよりなり、血流センサー２０ａで検出した血流データの記憶部２６への収集、保存を行う。また、データ処理部２１は、操作部２２の操作による各部の指示、制御などを行う制御部としても動作する。さらに、表示部２３への表示データの編集や、後述する無線通信接続部２４へのデータ送出、通電加熱制御部２７、ＧＰＳ計測手段２８の駆動制御なども行う。

無線通信接続部２４および記憶部２６も、上記回路基板に搭載されている。また、電源部２５は、他方のテンプル１１に内蔵した小型バッテリよりなる。また、補助電源として、室内光でも充電できるソーラーパネルを装着してもよい。

通電加熱制御部２７は、電極および電池電源を有し、テンプル１１の等方性高密度炭素材や超高熱伝導グラファイトを通電加熱するようになっている。通電加熱制御部２７で等方性高密度炭素材や超高熱伝導グラファイトに通電し、人体の温度よりも高い温度に加熱することで、更に、人体に有益な遠赤外線を効率よく放射し、人体を加温することができる。冬場など環境温度が低い場合にも、人体を温めて、冷えを抑制できる。

操作部２２および表示部２３は、メガネ本体に設けてもよいが、メガネ本体に有線または無線で接続されたコントローラに設ければ、操作しやすく、表示も見やすい。また、メガネ型のウェアラブル端末などで用いられる、ハーフミラーを埋め込んだ透過型ディスプレイで表示部２３を構成してもよい。

また、メガネ型のウェアラブル端末を使用する場合、カメラ、加速度、磁気、照度、方向、ジャイロスコープなどの各種センサーを内蔵してもよいし、音声認識デバイスとしてマイクや骨伝導スピーカを内蔵してもよい。

操作部２２では、血流データを収集するための操作ができるようになっている。また、収集したデータをグラフ表示するための操作など、表示部２３に対する操作ができるもの望ましい。

表示部２３としては、上述した透過型ディスプレイで構成したものが望ましい。この表示部２３には、収集した血流データのグラフ表示（図５参照）ができるようになっている。

ＧＰＳ計測手段２８は、人工衛星により現在地を測定するシステムであり、無線通信機能を備えており、メガネ１０の利用者の現在地が表示部２３に地図表示されるようになっている。

無線通信接続部２４は、パソコンやスマートフォン、タブレット端末などの情報処理機器３１、３１と接続してデータ送受信のための通信制御を行う。ＵＳＢコネクタなどによる有線接続でもよいが、ブルートゥース（登録商標）、赤外線などの無線接続が望ましい。もちろんＷｉ−Ｆｉを利用してもよい。

血流センサー２０ａによるデータ測定および収集は、たとえば図４のフローチャートに示すような動作によりなされる。

操作部２２で血流データの測定および収集の機能の開始操作がされると、５分ごとのＮ回の血流データ収集が開始される。開始操作（Ｓ１００）がされると、データ処理部２１（制御部）はまず血流センサー２０ａを駆動し（Ｓ１０１）、次の動作（Ｓ１０２〜Ｓ１０８）をＮ回繰り返す。
制御部は血流センサー２０ａに血流を検出させ、検出した血流データを入力する（Ｓ１０３）。血流検出を複数回リトライさせ、入力した血流値の平均をとるようにしてもよい。
制御部は入力した血流データの正常、異常を判定し、それらを表示部２３の表示などで報知する（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）。たとえば、予め、一般的な正常値の値域データを取得、保存しておき、それとの比較を行い、表示部２３へ正常または異常の報知を行うようにすればよい。また、使用者にとっての正常値の値域データを用いてもよい。血流データの収集は血流促進効果を確認するためのものであるから、前回（５分前）のデータと比較して所定の上昇率が得られた場合に正常とし、そうでない場合に異常を報知する。
そして、収集したデータを記憶部２６に保存する（Ｓ１０７）。
５分ごとに上記処理を繰り返し、Ｎ回の処理が終了すれば、血流データ測定および収集の機能を終了する。

こうして収集した血流データは、操作部２２の操作により、数値データとして表示部２３に表示したり、あるいは、たとえば図５に示したようなグラフ形式で表示部２３に表示できるようになっている。

図５のグラフは、５分ごとの折れ線グラフで、縦軸は血流の変化率を表し、横軸は経過時間を表している。図５に示したグラフは、メガネ１０を装着していないときの血流データを記憶部２６に保存しておき、そのときの血流を１．０（図中の直線Ｎ）とし、時間の経過にともなってどの程度の変化があるかを示したグラフである。

以上に説明したように、本メガネ１０によれば、等方性高密度炭素材などの炭素材が放射する遠赤外線による血流促進効果を表示部２３に表示させて定量的に迅速に確認することができる。

また、本メガネ１０を安静時のみならず日常生活において利用することで、血流センサー２０ａにより、日々の血流促進効果を監視したり、血流データの統計をとったりすることができる。これらにより、無呼吸症候群や不整脈、脳梗塞や心筋梗塞、肺炎などの予防対策にも寄与できる。生体情報の計測は、静止時や運転中に利用できる。また、運動中にモニタリングすることでスポーツ災害も防止できる。

このように、本メガネ１０を用いれば、種々の生体情報をウェアラブル計測でき、生体を傷つけることのない理想的な非侵襲診断が可能となる。

また、血流センサー２０ａで測定した血流データなどの生体情報は、メガネ１０の記憶部２６に保存、蓄積してもよいが、それに代えて、あるいはそれに加えて、無線通信接続部２４を介して、外部の情報処理機器３１、３１に転送し、保存するようにしてもよい（図３参照）。それらの情報処理機器３１、３１では、種々のプログラム（アプリ）を用いて、血流データをさまざまなグラフや表で表現すればよく、そうすることで血流データをさまざまな様式で簡易に視覚化することができる。

また、血流データなどの生体情報は、インターネットＬを通じて、医療サーバ３２のデータベース３２ａに利用者ごとに紐付けて保存されるようにしてもよい。医療機関において、それらのデータを健康維持や診断に利用することもできる。

さらに、本メガネ１０はＧＰＳ計測手段を備えているため、自宅のパソコンやスマートフォンのアプリを用いてメガネ１０の存在を検索することで、装着者の位置を確認することができる。装着者が徘徊の癖のある痴呆患者や要介護者、独居老人である場合には、他の情報機器で装着者の位置を監視するようにすればよい。たとえば、医療サーバ３２と連携させれば、外部の医療機関が、日々の健康管理および身体異常の監視に加えて、患者の現在地の監視を行うこともできる。

また、本メガネ１０を複数の利用者で利用できるように、個人認証ができるようにしてもよい。個人認証は、操作部２２で入力されたユーザＩＤによるものでもよいし、他の生体認証手段を備え、それにより判別するものでもよい。生体認証手段としては、たとえば、指紋センサーをテンプル１１に組み込んでもよい。

このような個人認証手段を利用して、本メガネ１０の使用許可、禁止を判断するようにしてもよい。医療サーバ３２に送出する場合は、個人認証による個人識別データを血流データに関連付けて転送するようにすればよい。

１０ メガネ
１１ テンプル
１１ａ ツル本体
１１ｂ 耳掛け部
１１ｃ 耳側端部
１２ レンズフレーム
１３ レンズ
１４ 鼻パッド
２０ 血流センサー
２１ データ処理部（制御部）
２２ 操作部
２３ 表示部
２４ 無線通信接続部
２５ 電源部
２６ 記憶部
３１ 情報処理機器
３２ 医療サーバ

Claims (6)

1. 炭素繊維強化炭素複合素材で構成したテンプルと、該テンプルの耳側端部に設けた血流センサーを含んだ生体情報計測センサーと、前記生体情報計測センサーで検知した生体情報を収集して、記憶するデータ処理部とを備えており、
   鼻パッドおよび／または前記テンプルの皮膚に接触する部分に、結晶構造がランダムに配向した等方性炭素材と、熱伝導率が１７００Ｗ／（ｍＫ）のグラファイトとのうちの少なくとも一方を添設したことを特徴とする、バイタルデータ計測機能を有したメガネ。
2. 請求項１において、
   前記等方性炭素材、前記グラファイトを通電加熱するための通電加熱制御部を備えている、バイタルデータ計測機能を有したメガネ。
3. 請求項１または２において、
   前記データ処理部において収集、記憶した生体情報を外部の情報処理機器に通信伝送するための通信接続部を更に備えている、バイタルデータ計測機能を有したメガネ。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記生体情報計測センサーが、血流音を検知する血流音センサーである、バイタルデータ計測機能を有したメガネ。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   無線通信機能を備えたＧＰＳ計測手段を更に備えている、バイタルデータ計測機能を有したメガネ。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記テンプル、前記鼻パッドのうち炭素材で形成された表面に、ＤＬＣ処理、イオンプレーティング処理による配色された被膜を有している、バイタルデータ計測機能を有したメガネ。
   

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