JP6692498B2 - ユーザの心臓活動を監視する方法及びシステム - Google Patents

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Description

本発明は、ユーザの心臓活動を監視する方法及びシステムに関する。
監視される必要がある1つの心臓状態は心房細動AFである。心房細動AFは、塞栓性脳卒中及び心不全を引き起こし得る。従って、心房細動AFの早期検出が必要である。
しかしながら、AFの検出は問題となる可能性がある。なぜなら、AFは突然出現し自律的に停止する可能性があるためである。従って、AF事象が効果的に捕捉されるべき場合、ユーザの心臓活動の長期間の監視が必要とされる。しかしながら、ユーザの心臓活動の長期間の監視は邪魔になりかつ費用がかかることが多い。なぜなら、ホルターモニターのような必要とされるデバイスは高価であるためである。ホルターモニターは患者のECGを効率的に収集することができるが、斯かるホルターモニターは邪魔であり、その結果、長期間の監視はユーザにとって非常に面倒であり得る。
ユーザの心拍数及び心臓リズムを目立たない態様で検出することができるフォトプレチスモグラフィPPGセンサを含むウェアラブルデバイスが知られる。WO2005/150199号は、ユーザの心拍数の変動を検出するシステムを開示する。PPGセンサは、心拍に関連する光信号を測定するために使用される。心拍変動は、心拍関連の光信号から得られる。分析ユニットにおいて、得られた心拍数変動信号は基準心拍数範囲と比較される。
US9,179,849号は、ユーザの心臓活動を監視する方法を開示す。心拍数及び運動データが検出され分析される。
本発明の目的は、心房細動を効率的に検出するために邪魔にならない態様でユーザの心臓活動を監視する方法を提供することである。
本発明によれば、ユーザの心臓活動を監視する方法が提供される。心拍時間データは、ユーザにより装着されるウェアラブル健康センサなどの健康センサにおけるフォトプレチスモグラフィPPGセンサにより検出される。運動データは、健康センサにおけるモーションセンサにより検出される。心拍時間データを含むPPGセンサの出力データは、疑わしい不整脈期間を検出するために分析される。検出された心拍時間データ、検出された運動データ及び検出された不整脈期間は、データが記憶されることができる外部デバイスに転送される。心拍時間データ、検出された運動データ、及び検出された不整脈期間中に検出された生の信号又はデータを含むPPGセンサの出力データは、医療専門家がこのデータを分析して不整脈の疑いがある期間が有効かどうかを決定できるように表示される。
不整脈の疑いのある期間が検出されるとき、PPGセンサの出力信号内の運動アーチファクトを回避するため、健康センサが配置される身体部分との特定の運動プロトコルを操作するようメッセージがユーザに出力される。
健康センサの位置及び向きが、検出された運動データに基づき検出される。心拍時間データ及び心拍時間信号波形のデータテンプレートが、心拍時間データの検出中に生成される。データテンプレートが、センサの位置及び向きに基づき現在の測定値と比較するために選択される。選択されたデータテンプレートが、PPGセンサの出力信号と一緒に表示される。
本発明の一態様によれば、ユーザの症状がユーザにより入力され、PPGセンサの出力データにおける心拍数リズムの不規則性が検出され、ユーザの症状及び心拍数リズムの不規則性がPPGセンサの出力信号とともに表示される。
本発明の一態様によれば、不整脈期間は、心房細動期間、心拍停止期間、頻脈期間、徐脈期間、又は心室上不整脈期間である。
本発明の一態様によれば、ユーザの心臓活動を監視するシステム及び方法が提供される。例えばウェアラブル健康センサなどの健康センサが、フォトプレチスモグラフィPPGセンサ及びモーションセンサ又は加速度センサを含む。これは、心拍数データ及びユーザの動きを検出するためユーザの皮膚に装着されてもよい。PPGセンサは、皮膚表面下の血液における拍動的な体積変化を引き起こす心拍の発生と共に振幅を変化させる信号を提供する。従って、PPGセンサは心拍数データを検出し、PPGセンサの出力信号は心拍数データを含む。心拍数データは、心拍時間データ及び/又は心拍リズムデータであり得る。センサは、手首着用センサ又はユーザの耳の中若しくは後ろに装着されるセンサのようなウェアラブルセンサであり得るので、心拍数データの検出は、目立たないように実行され得る。センサは、ユーザの心拍数又は心臓の活動、及びその動きを検出することができる。心拍数(心拍時間データのような)及び心調律情報を得るために使用されるPPG信号は、心房細動AFを検出するために分析されることができる。分析は、センサ内又はセンサの外部で実行されることができる。心拍数データ(心拍時間データなど)、運動データ、及びオプションで心拍数データ(心拍時間データなど)の分析は、外部デバイス(バックエンドユニット又はクラウドユニットとすることができる)に有線又は無線で転送されることができる。データはバックエンドユニット又はクラウドユニットに保存されることができる。
心房細動AFを検出するため、データは更に処理及び分析されることができる。心房細動AFが検出又は分析される場合、心拍数データ及び運動データを含む対応するPPGデータは、表示されることができる。その結果、臨床専門家は、検出された心房細動AFが有効な心房細動AFであるかどうか、又は検出が例えば運動アーチファクト若しくは散発性の早発性心拍のみによるものであるかどうかを決定するため、斯かるデータを分析することができる。臨床専門家はオプションで、心房細動発作の臨床的関連性を評価するため、患者の症状、心調律異常及びPPG形態に関する情報を組み合わせることができる。従って、臨床専門家は、検出された心房細動をより効率的に検査することができる。
PPGセンサは、AF検出を提供することができるかもしれないが、PPGセンサの出力は、誤った心房細動を招く場合がある運動アーチファクトを含む可能性がある点に留意されたい。例えばPPGセンサの出力における運動アーチファクトに起因する、誤った心房細動検出の可能性のため、心房細動AF検出は臨床技術者、医師又は臨床専門家により監視又は制御されるべきであることが推奨される。さもなければ、心房細動の表示は、誤った警報をもたらし、患者における不安を不適切に生じさせる可能性がある。従って、不整脈検出の邪魔にならない長期モニタリングに関する邪魔にならないPPGセンサの利点は、医療専門家の経験と組み合わせられることができる。
本発明の一態様によれば、例えばウェアラブルセンサなどのセンサを使用して、(心拍時間データのような)心拍数データ及び運動データが検出される。心房細動が検出される場合、医師又は臨床専門家は、実際の心房細動が発生したかどうかを決定するため、動き検出の生データ及びPPGセンサの生出力データを検討することができる。
本発明によれば、フォトプレチスモグラフィPPGセンサを使用して、邪魔にならずに長期間にわたって心房細動AFが検出されることができる。PPGセンサの性質上、それは、早発性心拍及びモーションアーチファクトに対して敏感である。従って、患者のAF負担の実体を適切に評価するため、臨床専門家がより詳細に検査しなければならないであろう大量のAF疑い発症が検出されることができる。
本発明の一態様によれば、PPGデータ並びに運動データ及び検出された心房細動AF発症は、医療専門家によりレビューされ得る。更に、患者の症状及び参照信号テンプレートが、疑わしいAF症状を検査するために医療専門家により使用され得る。(ウェアラブル)PPGセンサを使用し、対応する運動データを収集することにより、潜在的な心房細動の診断の有効性が高められることができる。例えば、心臓専門医はその後、PPGデータ及び運動データを直接検証又は検査することにより、検出された又は疑われる心房細動AF発症を検証することができるであろう。更に、モーションセンサは、PPG信号が収集される身体の姿勢及び向きに関する情報を提供することができる。その結果、PPG信号の形態学的特徴が、人間の専門家によって、一層好適に評価される。身体位置の同じ向きに関する通常の心調律期間で収集されたPPG信号テンプレートは、データ解釈を容易にするためにAF中のPPG信号と共に表示され得る。所与の体の姿勢/向きに関するPPG形態における有意な逸脱は、真のAF発症を示唆している場合がある。従って、PPGセンサデータを用いて心房細動が検出されることができる。運動データは、疑われる心房細動発症が運動アーチファクトに関連しているかどうかを検証するために使用され得る。例えば、モーションセンサが大きな動きを検出していない場合、疑われる心房細動発症は有効な心房細動発症であり得る。しかしながら、他方、動き検出器が大量の動きを検出する場合、疑われる心房細動発症は、有効な心房細動発症ではなく、動きアーチファクトに関連する場合がある。
本発明によるシステム及び方法を用いて、患者のバイタルサイン又は心臓活動の長期監視を実行することが可能であり、その結果、長期間の心房細動検出が邪魔にならない態様で実行されることができる。
PPGセンサデータ及び運動データはオプションで、検出された又は疑われる心房細動データと一緒に、無線で、例えばスマートデバイスを介して、又は直接、外部記憶デバイスに送信されることができる。代替的に、PPGセンサがケーブルを介してコンピュータ又はスマートデバイスに接続されるときにも送信が実行され得る。本発明の好ましい実施形態は、従属項、上記実施形態又は側面と個別の独立請求項との組み合わせとすることもできる点を理解されたい。
本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
ユーザの心臓活動を監視する方法の基本表現を示す図である。 本発明の一態様による、ユーザの心臓活動を監視する方法の基本表現を示す図である。 本発明の一態様による、ユーザの心臓の活動を監視する方法のフローチャートを示す図である。 本発明の一態様によるPPGセンサの運動レベル及び出力を表すグラフを示す図である。 本発明の一態様によるPPG信号及びユーザの運動レベルを示すグラフを示す図である。 PPG信号及びユーザの運動レベルを表す異なるグラフを示す図である。
図1は、ユーザの心臓活動を監視する方法の基本図を示す。ユーザ1は、ウェアラブルヘルスモニタ100のようなバイタルサインセンサを装着することができる。ウェアラブル健康モニタは、手首着用デバイスとして具体化されることができ、少なくとも1つのPPGセンサ、動き検出器、及びオプションで制御ユニットを含むことができる。ウェアラブルヘルスモニタは、PPGセンサを介して心拍数データを検出し、動き検出器で動き、向き、及び姿勢の情報を検出する。PPGセンサの出力はオプションで、心房細動AFを検出するために制御ユニットにおいて分析されることができる。代替的に、PPGセンサの出力の生データの分析はまた、外部デバイス200において実行され得る。
PPGセンサは、心拍の発生と共にその振幅を変化させる出力信号を出力する。従って、PPGセンサの出力は心拍数データを含む。この心拍数データは、心拍時間データ及び/又は心拍リズムデータを含むことができる。
ステップS1において、(心拍時間データのような)心拍数データ及び運動データがウェアラブルヘルスモニタ100により測定される。ステップS2において、可能性のある心房細動AFを検出するためにPPGセンサの出力データが分析される。疑いがある又は可能性のある心房細動が検出される場合、対応する心拍数データ及び運動データは外部記憶デバイス200に転送され、そこでデータが記憶され、オプションで分析されることができる。記憶及び分析はステップS2で実行されることができる。外部ユニット200は、データを交換するためウェアラブルヘルスモニタが結合されることができるクラウドストレージ又はスマートデバイス又はコンピュータとすることができる。オプションで、心拍数データ及び運動データは、スマートウォッチなどであり得るヘルスモニタ100に格納される。
記憶された情報は、ステップS3においてディスプレイ300上に視覚化され、その結果、例えば医師又は臨床専門家は、心房細動AFが検出されたかどうかを検証するため、PPGセンサ110の出力データ及び運動データを分析することができる。
制御ユニットにおいて、オプションで、リズムの不規則性の自動検出が実行されることができる。これは、例えば統計的マルコフモジュールを使用して実行されることができる。ここで、インタービート間隔系列が処理される。代替的に、サンプルエントロピーのようなエントロピー測定基準を使用して、心調律の不規則性がテストされることができる。
本発明の一態様によれば、心拍時間データは、PPGセンサの出力信号又は出力データに存在することができる。心拍時間データに基づき、不整脈期間が検出される。検出された心拍数時間データ、検出された運動データ及び検出された不整脈期間、特に、不整脈期間中に検出されたPPGセンサの出力の生信号又は生データは、外部デバイスに転送され、医療専門家に対して表示されることができる。
図2は、本発明の一態様による、ユーザの心臓活動を監視する方法の基本図を示す。ウェアラブルヘルスモニタ100は、手首着用デバイス100として具現化されることができ、少なくとも1つのPPGセンサ110と、動き検出器120と、オプションで制御ユニット130とを備えることができる。ウェアラブルヘルスモニタ100は、PPGセンサ110を介して心拍数データを検出し、動き検出器120を用いて動き、向き及び姿勢の情報を検出する。PPGセンサ110の出力はオプションで、心房細動AFを検出するため、制御ユニット130において分析され得る。代替的に、PPGセンサ110の出力の生データの分析は、外部デバイス200においても実行され得る。図1又は図2に記載されるような態様では、動きアーチファクトのため、偽陽性AF分類がPPGセンサの出力信号において発生する可能性がある点に留意されたい。図2の態様によれば、心房細動AFを検出するため、PPG110センサの出力及びモーションセンサ120の出力が分析される。特に、心房細動発作を決定するため、心拍時間データ及び/又は心調律データが分析される。ステップS10において心房細動が検出される場合、ステップS11において警告が出力され、オプションでユーザは動かないように求められる。次いで、ステップS12において、動きアーチファクトなしにユーザの心拍数が検出されることができ、即ち、予想されるユーザ動作の動き検証が決定され、ステップS13において、PPGセンサの生データ及び運動データが検出され、分析されることができる。
言い換えると、心房細動発症AFが検出される場合、運動アーチファクトを回避するために何の動きもなしに心拍数データを再度検出するため、ユーザは動きを控えるように要求されることができる。例えば、不整脈及びAFを再評価するためPPG信号の想起を可能にするよう、ユーザは、腕を安定した位置に保つように要求されるか、又はユーザの腕若しくは手首が、胸などのような特定の位置に配置されることができる。代替的に、ユーザは、腕を安定した平面上にしっかりと維持するように求められ得る。この期間中、心拍数データ及び運動データが検出され、外部デバイスに転送されることができる。
オプションで、動き又は加速度データを使用して、手首の動きの開始及び停止が検出され、健康モニタが装着される手首の向きが検出されることができる。
従って、動き及び加速度データに基づき、手首位置認識が実現されることができる。手首位置に関するこの情報は、基準テンプレートを生成し、PPG形態、心拍数、動き及びAF確率のような測定信号の高度(advance)視覚化を作成するのに使用されることができる。
従って、正常な洞調律の間の位置依存性PPG形態は、病理学的状態を強調するためにPPG信号の出力と比較され得る。オプションで、加速度計が手首の位置が安定していると決定する場合にのみ、PPG信号が収集されるか、又はデータが転送される。手首の安定した位置が検出されない場合、PPG信号は廃棄されるか、又はPPGセンサは起動されない。オプションで、測定記録は、生のPPGデータ、加速度又は運動データ、手首の位置及び向き、心血管活動に起因する検出されたパルスの位置、AF確率及びユーザの症状を含み得る。ユーザの症状は、ウェアラブルヘルスモニタに入力されることができる。
本発明の一態様によれば、ユーザは、例えば心臓症状が突然現れなかった場合に、必要であると考えるならば、上述の測定手順を開始することもできる。
他のタイプの不整脈の疑いもまた、PPG信号の動き制御された取得を実行するためのユーザアクションに関するトリガとして使用され得る。例えば、心停止、頻脈、徐脈、又は他の種類の心室性不整脈は、インタービート間隔時系列から自動的に検出されてもよく、ユーザ確認操作をフォローアップするため警報を生成してもよい。
PPGセンサのデータ及び運動データなどは記憶デバイスに記憶され、後で処理されることができる。
図3は、本発明の一態様による、ユーザの心臓の活動を監視する方法のフローチャートを示す。ステップS20では、PPGセンサのデータ、運動データ、心房細動AF確率、ユーザの症状などが検出されることができる。ステップS21では、検出された運動データに基づき動き強度が算出されることができる。ステップS23において、位置及び/又は方向依存データテンプレートが生成されてもよい。ステップS22において、PPG信号はフィルタリングされてもよい。ステップS24では、視覚化エンジンを使用して、PPGデータ、運動データ、及びオプションで、検出された心房細動が視覚化される。ステップS25において、運動データ、検出された心拍、テンプレートの違いが強調表示されてもよい。
図4は、本発明の一態様によるPPGセンサの運動レベル及び出力を表すグラフを示す。図4において、PPG信号PPGS及び運動レベルMLが、正常洞調律NSRに対して、並びに運動アーチファクトMAのある洞調律及び運動アーチファクトのない洞調律に対して描かれている。図4から分かるように、規則的なピークパターン及び歪んだピークパターンが開示され、歪んだピークパターンは、運動アーチファクトによるものである。
図5は、本発明の一態様によるPPG信号及びユーザの運動レベルを描写するグラフを示す。図5には、検出された心房細動AFのPPGセンサ及びモーションセンサ、並びに正常洞調律NSRが示される。図5では、心房細動AFの間に、比較的小さい大きさの複数の不規則なピークが存在する。動きレベルMLがゼロであるので、PPGセンサPPGSの出力は信頼できるように見える。なぜなら、動きアーチファクトが存在するべきではないからである。
図6は、PPG信号PPGS及びユーザの運動レベルMLを描写する異なるグラフを示す。図6において、PPG信号及び動きレベルは、第1の早発性心拍PB1及び第2の早発性心拍PB2に関して示される。図6では、PPGセンサの出力信号に対する早発性心拍の影響が示される。
本発明の一態様によれば、図6に示すような正常洞調律を備える位置依存性PPG形態が、例えば図5に示すようなPPG信号の実際の出力と比較されることができる。信号を比較することにより、病理学的状態が検出されることができる。
PPG信号はオプションで、例えばハイパスフィルタを使用して、ベースライン変動を除去するためフィルタリングされることができる。従って、出力信号は、心拍の時間的位置及び心臓の活動などの情報をより明確に含むことができる。例えば加速度計の各軸上の最大加速度値を計算することにより運動レベルを決定し、図4に示されるように、フィルタリングされたPPG信号が運動アーチファクトにより影響を受けるかどうかを判断するよう医療専門家による一層直接的なレビューを可能にするため、加速度計のデータ又は運動データが処理されることができる。
生データの検出中にウェアラブルセンサが配置される手首の向き又は身体の位置の向きは、システム内のモーションセンサとして使用される3軸加速度計の重力成分の方向を評価することにより決定されることができる。手首が胸部又は平らな面にある場合、これが検出されることができる。手首の位置及び向きは、臨床レビュー中の記録の解釈を改善するため、患者からの以前の記録を含むデータベースから視覚化ツールで転送するのに最も関連性のあるPPGテンプレートを決定するのに使用されることができる。
図5には、PPG信号の生データ及び運動レベルが示されており、正常な洞調律の間の同じデータと比較されることができる。図5に見られるように、実際のPPG信号は、実際に病的な心臓活動を示す。なぜなら、PPG信号の形態が、不規則な変動を示し、正常洞調律の間の信号と比較して小さい大きさを持つからである。
図6では、フィルタリングされたPPG信号及び動きレベルが、早発性心拍の存在に関して示される。早期心拍の存在は、AFの誤検出をもたらす可能性がある。しかしながら、医療専門家は、疑わしいAFが有効であるかどうかを決定するため、図6のグラフを使用することができる。
図4から図6に示されるデータは、医師又は臨床専門家に提示されることができる。その結果、心房細動が実際に発生したかどうかを確認するため、彼らがデータを調べることができる。
図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。
請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数性を除外するものではない。
単一のユニット又はデバイスが、請求項に記載されたいくつかの項目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記載され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。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体において格納/配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。
請求項における任意の参照符号は、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 (8)

  1. ユーザの心臓活動を監視する方法において、
    ユーザにより装着される健康センサにおけるフォトプレチスモグラフィPPGセンサにより心拍時間データを検出するステップと、
    前記健康センサにおけるモーションセンサにより運動データを検出するステップと、
    心拍時間データを含む前記PPGセンサの出力データを分析し、不整脈の疑いのある期間を検出するステップと、
    前記不整脈の疑いのある期間が検出されるとき、前記PPGセンサの出力信号における運動アーチファクトを回避するため、前記健康センサが配置される身体部分との特定の運動プロトコルを操作するよう前記ユーザにメッセージを出力するステップと、
    前記特定の運動プロトコルの間の、心拍時間データと、健康センサの位置及び向きを含む運動データとを検出するステップと、
    前記特定の運動プロトコルの間に検出された運動データを分析し、前記ユーザが前記特定の運動プロトコルに従っているかどうかを決定するステップと、
    前記特定の運動プロトコルの間に検出された心拍時間データを分析し、不整脈の疑いのある期間を検出するステップと、
    前記特定の運動プロトコルの間の前記PPGセンサの出力データのデータテンプレートを生成するステップであって、前記データテンプレートが、前記特定の運動プロトコルの間の前記運動データも含む、ステップと、
    前記不整脈の疑いのある期間が有効な不整脈期間であるかどうかを医療専門家が決定することができるよう、前記データテンプレートと、照として機能する少なくとも1つの以前に生成されたデータテンプレートとを表示するステップと、
    前記特定の運動プロトコルの間に検出された不整脈の疑いのある期間、及び前記データテンプレートを前記外部デバイスに転送するステップを有する、方法。
  2. ユーザの症状を入力するステップと、
    前記PPGセンサの出力データにおける心拍数のリズムの不規則性を検出するステップと、
    前記PPGセンサの出力信号、前記心拍数データ、前記運動データ及び前記不整脈の疑いのある期間と共に、前記ユーザの症状及び前記心拍数のリズムの不規則性を表示するステップとを更に有する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記不整脈期間が、心房細動期間である、請求項1に記載の方法。
  4. 前記不整脈期間が、心休止期間、頻脈期間、徐脈期間又は心室上不整脈期間である、請求項1に記載の方法。
  5. ユーザの心臓活動を監視するシステムであって、
    心拍時間データを検出するフォトプレチスモグラフィPPGセンサと、前記ユーザの運動データを検出するモーションセンサと、心拍時間データを含む前記PPGセンサの出力データを分析して、前記ユーザの不整脈の疑いのある期間を検出する制御ユニットとを含む健康センサであって、
    前記健康センサが、前記不整脈の疑いのある期間が検出されるとき、前記PPGセンサの出力信号における運動アーチファクトを回避するため、前記健康センサが配置される身体部分との特定の運動プロトコルを操作するよう前記ユーザにメッセージを出力し、
    前記健康センサは、前記特定の運動プロトコルの間に、心拍時間データと、健康センサの位置及び向きを含む運動データとを検出し、
    前記制御ユニットが、前記運動データを分析して前記ユーザが前記特定の運動プロトコルに従ったかどうかを決定し、前記特定の運動プロトコルの間に検出された心拍数時間データを分析して不整脈の疑いのある期間を決定し、
    前記健康センサは、前記特定の運動プロトコルの間の前記PPGセンサの出力データのデータテンプレートを生成し、前記データテンプレートが、前記特定の運動プロトコルの間の前記運動データも含む、健康センサと、
    前記不整脈の疑いのある期間が有効な不整脈期間であるかどうかを医療専門家が決定することができるよう、記データテンプレートと、以前に生成されたデータテンプレートとを表示する表示ユニットと、
    記健康センサにより転送される、前記特定の運動プロトコルの間に検出された不整脈の疑いのある期間及び前記データテンプレートが記憶される記憶ユニットとを有する、システム。
  6. 実行されるとき、請求項5に記載のユーザの心臓活動を監視するシステムに請求項1に記載のユーザの心臓活動を監視する方法を実行させるためのプログラムコード手段を含む心臓活動監視コンピュータプログラム。
  7. 前記健康センサが、前記ユーザにより装着されるウェアラブル健康センサである、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
  8. 前記健康センサが、前記ユーザにより装着されるウェアラブル健康センサである、請求項5に記載のシステム。
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