KR100764188B1 - 섕크에 연결된 지지 요소에 로드형 삽입물을 고정하기 위한 체결 장치 - Google Patents

섕크에 연결된 지지 요소에 로드형 삽입물을 고정하기 위한 체결 장치 Download PDF

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Abstract

섕크(1) 및 로드(100)에 연결되기 위해서 섕크(1)에 연결되는 지지 요소(2; 21; 21')를 갖는 요소가 제공된다. 지지 요소(2; 21; 21')는 일 단부(6; 28)에서 두 개의 개방 레그(4, 5; 26, 27)와 개방 레그 상에 내부 나사산(7; 29)을 갖는 로드를 수용하는 U자형 단면을 갖는 홈 및 외벽의 적어도 일 영역에 외부 나사산(9)을 갖는 로킹 요소(8)를 포함하며, 외부 나사산(9)은 레그의 내부 나사산(7; 29)과 결합하며, 외벽을 통하여 실질적으로 축 방향으로 연장되는 슬릿(14)을 갖는 것을 특징으로 하는 로킹 요소(8, 80)는 중앙 보어를 갖는다.
섕크 (shank), 지지 요소(holding element), 로드 (rod), 홈(recess), 내부 나사산(inner thread), 외부 나사산 (outer thread), 레그(leg), 로킹 요소 (locking element)

Description

섕크에 연결된 지지 요소에 로드형 삽입물을 고정하기 위한 체결 장치{Locking device for securing a rod-shaped element in a holding element connected to a shank}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 분해 사시도이다.
도 2a는 내부 나사가 결합되기 전 도 1의 로킹 요소에 작용하는 힘을 도시하는 개략도이다.
도 2b는 내부 나사가 결합된 후 도 1의 로킹 요소에 적용하는 힘을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예의 상세 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예의 상세 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예의 상세 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시예의 상세 단면도이다.
본 발명은 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 섕크(shank)에 연결된 지지 요소에 로드형 삽입물을 고정하기 위한 체결 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 섕크를 갖는 요소 및 이러한 종류의 체결 장치를 갖는 로드에 연결하기 위하여 이 요소에 연결되는 지지 요소에 관한 것이다.
WO 95/01132 및 US 6,224,598 B1에는 각각 로드를 수용하기 위한 U자형의 홈을 갖는 수용부를 갖는 척주 삽입물(spinal column implant)이 공지되어 있다. 상기 U자형 홈에 의해서 형성되는 개방 레그(leg)에는 내부 나사산이 형성된다. 로드를 고정하기 위해서, 레그들 사이에서 나사 결합될 수 있으며 외부 나사산, 내부 나사산을 갖는 중앙 보어, 및 로킹 요소에 나사 결합될 수 있는 내부 나사를 갖는 로킹 요소가 제공된다. WO 95/01132에 공지된 장치에서는, 레그의 벌어짐을 방지하기 위하여, 외부로부터 레그를 둘러싸는 안전 슬리브가 사용된다.
본 발명의 목적은 로킹 요소가 느슨해지거나 이탈되는 것을 방지하여 안전성의 향상을 보장하고 이와 동시에 콤팩트하게 소형으로 조립되며 제조가 쉬운 상기한 바와 같은 종류의 체결 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 의한 체결 장치 또는 청구항 5에 의한 요소에 의해서 성취된다. 또한, 본 발명의 다른 특징들이 종속항들에 의해서 달성된다.
본 발명은 체결 메커니즘이 느슨해지거나 이탈되는 것을 방지하도록 고정적으로 봉쇄되도록 결합되는 최종 상태에서 로드 또는 로드와 뼈 나사(bone screw)의 헤드의 고정을 허여하기 때문에, 단축 또는 다축의 뼈 나사 모두에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 특징 및 장점은 첨부하는 도면들을 참조하는 실시예들에 의해서 상세히 설명된다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서 본 발명에 따른 요소는 단축의 뼈 나사로 구성된다. 이 요소는 뼈 나사부를 갖는 섕크(1) 및 뼈 나사를 다른 뼈 나사들에 연결하는 로드(100)를 수용하기 위하여 섕크(1)에 고정적으로 연결된 수용부(2)를 구비한다. 이를 위해, 수용부(2)는 U자형의 절단면을 갖는 홈(3)을 구비하며, 홈(3)의 이러한 U자형의 단면은 로드(100)가 홈(3)의 바닥면에 밀착 설치되기에 충분한 크기로 형성된다. 상기 U자형 홈(3)에 의해 두 개의 개방 레그(4, 5)가 형성되고, 각 레그에는 수용부(2)의 상단부를 형성하는 개방단부(6)가 구비된다. 상기 레그(4, 5)의 개방단부(6)의 부근에는 내부 나사산(7)이 구비된다.
홈(3) 내에 로드(100)를 체결하기 위하여, 레그(4, 5)들 사이에 나사 결합될 수 있는 슬리브형 또는 너트형의 로킹 요소(8)가 구비되고, 로킹 요소(8)는 레그(4, 5)의 내부 나사산(7)과 결합되는 외부 나사산(9) 및 내부 나사산(10)을 구비한다. 로킹 요소(8)는 제 1 전방 단부(11) 및 이와 마주보는 제 2 단부(12)를 구비한다. 제 1 전방 단부(11)에는 나사 체결 공구와 맞물리기 위한 복수 개의 방사상 노치(13)가 형성된다. 노치(13)들 중 하나는 로킹 요소(8)의 축방향 전장에 걸쳐 연장된 슬릿(14)을 형성하고, 이 슬릿에 의해 로킹 요소는 긴장 링(straining ring)과 같은 탄성을 구비하게 된다. 로킹 요소(8)의 축 방향 길이는 로킹 요소(8)가 레그(4, 5) 사이에서 완전히 나사 결합될 수 있는 길이로 설정된다.
또한, 로킹 요소(8) 내에 나사 결합될 수 있는 내부 나사, 클램핑, 또는 고정 나사(15)가 제공된다. 이 고정 나사(15)의 외부 나사산(16)은 로킹 요소(8)의 내부 나사산(10)과 결합한다. 상기 내부 나사(15)의 일 단부에는 나사 체결 공구와 맞물리기 위한 홈(17)이 형성된다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 레그(4, 5)의 내부 나사산(7), 로킹 요소(8)의 외부 나사산(9), 로킹 요소(8)의 내부 나사산(10), 및 내부 나사(15)의 외부 나사산(16)은 미터 나사산(metric thread)으로 형성된다.
시술시, 먼저 뼈 나사(100)가 뼈에 나사 결합된 후, 로드(100)가 이에 설치된다. 다음에, 상기 로킹 요소(8)는 그 밑면이 로드에 접촉되지 않을 정도로 이미 나사결합되어 있는 내부 나사(15)에 나사결합된다. 그 결과 상기 로드는 기울어져 빠져 나오는 것만 방지될 뿐 여전히 이동이 가능한 위치에 있게 된다. 로킹 요소(8)가 나사 결합되면, 슬릿(13)과 그의 탄성 구조에 기인하여 레그(4, 5)는 벌어지지 않고, 도 2a에서 내부로 향하는 화살표로 표시한 바와 같이, 레그(4, 5)는 슬릿 로킹 요소를 압박하는 저항력을 형성하게 된다. 다음에, 내부 나사(15)를 체결하여 그 바닥면이 로드(100)를 가압하여 고정시키도록 한다. 내부 나사(15)를 조이면, 로킹 요소(8)에는 도 2b에서 화살표로 표시한 바와 같은 방사상 외측을 향하는 힘 성분이 작용하고, 그 결과 로킹 요소(8)의 외부 나사산(9)이 레그(4, 5)의 내부 나사산(7)의 내부에 가압되어 고정된다. 이와 같은 구성에 의해 풀어짐을 방지하는 확고한 체결이 보장된다.
도 3에 도시된 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 요소는 나사산 섕크(thread shank)를 갖는 나사 요소를 구비하는 다축 나사(polyaxial screw)로 형성된다. 상기 섕크는 뼈 나사산 및 수용부(21)에 연결되는 부분 구형(segment of a sphere)의 헤드(20)를 구비한다. 수용부(21)는 그의 일 단부에 제 1 보어(22)를 갖는다. 제 1 보어(22)는 축에 대하여 대칭적으로 정렬되며, 제 1 보어(22)의 직경은 섕크(1)의 나사산 부의 직경보다는 크고 헤드(2)의 직경보다는 작다. 수용부(21)는 또한 동축의 제 2 보어(23)를 갖는다. 제 2 보어(23)는 제 1 보어(22)의 대향측 단부에서 개방되며, 그 직경은 나사 요소가 충분히 삽입될 수 있는 치수이다. 상기 제 2 보어를 통과한 나사 요소의 나사산 부분은 제1보어(22)를 통과하고, 그 헤드부는 제2보어(23)의 바닥부에 위치하게 된다. 제 1 및 제 2 보어(22, 23) 사이의 제 1 보어(22)의 인접부에는 개방 단부를 향하여 구형으로 형성된 적은 면적의 동축부가 구비된다. 상기 동축부의 곡률반경은 부분 구형인 헤드(20)의 형상과 실질적으로 동일하다. 제 1 실시예의 수용부(2)와 마찬가지로, 수용부(21)는 U자형의 홈(25)을 갖으며, U자형 홈(25)은 수용부(21)의 중앙에 대해서 대칭적으로 배열되며, U자형 홈(25)의 바닥은 제 1 보어(22)를 향하도록 형성되어 있으며, U자형 홈(25)에 의해서 두 개의 개방 레그(26, 27)들이 형성된다. 개방 레그(26, 27)의 개방 단부(28)는 수용부(21)의 가장자리를 형성한다. 레그(26, 27)는 개방단(28)에 근접한 부위에 내부 나사산(29)을 갖는다.
또한, 압력 요소(30)가 구비된다. 이 압력 요소는 헤드(20)를 향한 측면이 구형의 오목홈(31)을 구비하도록 형성되고, 이 오목홈의 반경은 부분 구형인 헤드(20)의 반경과 실질적으로 동일하다. 상기 압력 요소(30)의 외경은 압력 요소(30)가 수용부(21) 내에서 슬라이딩 운동을 실행할 수 있도록, 즉, 헤드(20)를 향하여 이동될 수 있는 치수가 되도록 선택된다. 상기 압력 요소(30)에는 나사 헤드(20)의 홈(33)에 나사 체결 공구를 결합시키기 위한 나사 체결 공구 접근용 동축 보어(32)가 구비된다.
로킹 요소(8) 및 내부 나사산(15)의 구조는 제 1 실시예의 것과 동일하다.
시술시, 나사 요소는 수용부(21) 내에 설치된 후 뼈에 나사 결합된다. 다음에 압력 요소(30) 및 로드(100)가 차례로 삽입된다. 이 단계에서, 나사 헤드(20)는 여전히 회전이 가능한 상태에 있다. 제 1 실시예에서와 동일한 방식으로 로킹 요소(8) 및 내부 나사산(15)을 나사 결합함으로써, 나사 요소 및 수용부(21)가 상호 고정되고, 그 결과 로드(100)도 또한 고정된다.
도 4에 도시된 제 3 실시예는 또한 다축의 뼈 나사를 설명한다. 제 2 실시예에서와 동일한 부분들은 동일한 참조 번호들로 표시하였다. 제 3 실시예는 압력 요소(40)의 구조에 있어서 제 2 실시예와 실질적으로 상이하다.
제 3 실시예의 압력 요소(40)는 실질적으로 원통체 형상으로 형성된다. 이 원통체의 외경은 압력 요소(40)가 수용부(21')의 제 2 보어(23) 내에서 슬라이드될 수 있도록 선택된다. 압력 요소(40)의 일 단부에는 부분 구형의 홈(41)이 그 단부를 향하여 확개되어 있다. 이 홈(41)의 반경은 나사 요소의 헤드(20)를 부분적으로 둘러싸는 치수가 되도록 선택된다. 제 2 실시예의 압력 요소(30)와 실질적인 차이는 제 3 실시예의 압력 요소(40)는 레그(26, 27)의 개방 단부(28)의 방향으로 연장된다는 것이다. 이 구성을 위해, 압력 요소(40)의 대향 단부 상에는 구의 일부를 절편한 형상의 U자형 홈(42)이 구비되어 있다. 이 U자형 홈(42)의 치수는 로드(100)가 홈(42) 내에 설치될 수 있는 치수로 설정된다. 수용부(21')의 원통형의 축선 방향에서 본 U자형 홈(42)의 깊이는 수용되는 로드(100)의 직경보다 크므로 압력 요소(40)의 측면 레그(43)는 로드(100)의 상측으로 연장한다. 또한, 압력 요소(40)는 중앙을 관통하는 보어(44)를 구비한다. 이 중앙 보어(44)의 직경은 나사 체결 공구가 헤드(20)에 형성된 홈(33)과의 결합을 위해 안내되기에 충분한 직경이다.
로킹 요소(8) 및 내부 나사산(15)의 구조는 제 1 및 제 2 실시예의 것과 동일하다.
시술시, 도 4에 도시된 제 3 실시예는 도 3에 도시된 제 2 실시예와 달리 헤드(20)는 로킹 요소(8)를 통해 정위치에 구속된다. 여기서, 상기 로킹 요소(8)는 압력 요소(40)의 돌출된 레그(43) 및 헤드(20)를 가압한다. 다음에 내부 나사(15)를 조이면, 로드(100)는 헤드(20)와 독립적으로 고정된다. 그러나, 로킹 요소(8) 및 내부 나사(15)의 결합에 의해 발생되는 체결 효과는 제 1 및 제 2 실시예의 것과 동일하다.
도 5 내지 도 7에 도시된 실시예는 도 4에 도시된 제 3 실시예에 비해, 수용부(21')의 레그(26, 27)의 내부 나사산(7) 및 그에 대응하는 로킹 요소(8)의 외부 나사산(9)의 형식이 상이하다. 이들 실시예의 로킹 요소(8)의 내부 나사산(10) 및 내부 나사(15)의 외부 나사산(16)은 각각 미터 나사산으로 형성된다.
도 5에 도시된 실시예에 있어서, 레그(26, 27)의 내부 나사산(29)은 개방 단부로부터 이격된 플랭크(29a)와 수용부(21')의 중심축(M)에 수직인 면 사이에 음의 각도(α)가 형성되도록 구성된다. 이에 상응하여, 나사 결합된 상태에서 개방 단부로부터 이격된 로킹 요소(8)의 외부 나사산(9)의 플랭크(9b)와 나사축(S)에 수평인 면 사이에 음의 각도가 형성된다. 레그(26, 27)의 내부 나사산(29) 및 로킹 요소(8)의 외부 나사산(9)의 치수는 비부하 상태에서 양 플랭크(29a, 29b) 사이에 간극이 존재하도록 설정된다.
시술시, 로킹 요소(8)가 조여지면, 레그(26, 27)에는 플랭크의 음의 각도에 기인된 반경방향 내측을 향하는 힘 성분이 작용하고, 양 플랭크(29a, 10b)는 상대방의 상측에 위치하게 되므로 레그(26, 27)는 약간 당겨져 모이게 된다. 그 결과, 헤드(20)는 압력 요소(40)에 의해 확실하게 구속된다. 내부 나사(15)가 나사 결합되면, 로킹 요소(8)는 반경방향 외측으로 향하는 힘 성분에 의해 벌어지게 되고, 그 결과 상기 양 레그를 내측으로 모이게 하는 힘에 대항하는 작용을 한다. 상기 로드가 고정되고, 동시에 로킹 요소(8) 및 레그(26, 27)는 상호 구속하는 상태가 된다.
도 6에 도시된 실시예는 나사산(28, 9)의 구조에 있어서 도 5에 도시된 실시예와는 상이하다. 즉, 로드 플랭크(load flank; 29a 또는 19b)를 갖는 톱니 나사산들이 중심축(M) 또는 나사축(S)에 대하여 수평으로 형성된다. 이러한 구조 역시 본 발명에 따른 로킹 요소(8)의 기능을 나타낸다.
도 7에 도시된 실시예는 도 5 및 도 6에 도시된 실시예와 달리, 레그(26, 27)의 내부 나사산(29) 및 로킹 요소(8)의 외부 나사산(9)이 납작 나사산(flat thread)으로 형성된다. 이러한 납작 나사산은 각각 중심축(M) 또는 나사축(S)에 수평인 두 개의 플랭크(29a, 29b 또는 9a, 9b)를 갖는다. 나사산의 절단면은 실질적으로 직사각형 형상으로 형성된다. 이러한 구조 역시 본 발명에 따른 로킹 요소(8)의 기능을 나타낸다.
또한, 도 6 및 도 7에 도시된 나사 형태에는 내부 나사(15)의 나사 결합후 로킹 요소(8)의 구속이 가능하도록 플랭크 유극(flank play)이 구비되어 있다.
도 8에 도시된 실시예의 로킹 요소(80)는 그 전방 단부에 링 형상의 돌출부(81)를 구비하고, 이 돌출부에는 노치(13)가 구비된다. 이 경우, 로킹 요소(8)의 것과 마찬가지의 슬릿(14)이 적어도 외부 나사산(9)이 형성된 부분에 축방향을 따라 형성된다. 그러나, 슬릿(14)은 상기 돌출부(81)까지 연장하지는 않는다. 또한, 슬릿(14)은 상기 복수의 노치(13) 중 하나의 노치와 만나도록 배치된다.
시술시, 로킹 요소(80)가 나사 결합되면, 돌출부(81)는 압력 요소에 가해지는 힘을 미리 설정된 값으로 제한하기 위한 스토퍼의 역할을 한다.
또한 도 5 및 도 6의 실시예의 나사산 형태 및/또는 도1의 제1실시예의 단축나사 또는 도 3의 제2실시예의 다축나사에 대한 도 8의 로킹 요소에 관련된 추가의 실시예가 가능하다.
전술한 실시예의 수용부가 뼈 나사에 연결되는 구성 대신, 수용부는 척추수술시 척주의 후방 뼈 돌기 내에서 후킹(hooking)하기 위해 후크에 연결될 수도 있다.
다축 나사 실시예의 추가의 변형예에서는 나사산이 형성된 섕크(1) 또는 후크 대신, 양단부에 부분 구형상의 헤드를 구비하는 바(bar) 또는 로드(rod) 형상의 요소가 제공된다. 상기 헤드는 전술한 수용부에 연결된다. 이 같은 구성에 의해, 이들 요소를 두 개의 로드(100) 사이의 연결 요소로서 사용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 섕크(1)에 연결된 지지 요소(2; 21; 21') 내에 로드형 삽입물를 고정하기 위한 체결 장치로서, 회전축을 갖는 공동의(hollow) 원통 형상이며 외부 나사산(9) 및 내부 나사산(10)을 갖는 로킹 요소(8; 80)를 구비한 체결 장치에 있어서, 상기 로킹 요소(8)를 통하여 축 방향으로 연장되는 슬릿(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 체결 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 로킹 요소(8; 80) 내에 나사 결합될 수 있는 내부 나사(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 체결 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 내부 나사산(10)은 미터 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 체결 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 나사산(9)은 미터 나사산, 로드 플랭크와 수평이거나 음의 각도를 갖는 나사산, 또는 수평인 두 개의 플랭크를 갖는 납작 나사산인 것을 특징으로 하는 체결 장치.
  5. 섕크(1) 및 이 섕크와 로드(100)를 연결하기 위해 상기 섕크(1)에 연결된 지지 요소(2; 21; 21')를 갖는 삽입물로서, 상기 지지 요소(2; 21; 21')는 상기 로드를 수용하기 위한 U자형 단면을 갖는 홈을 포함하고, 그 일단부(6; 28)에 두 개의 개방 레그(4, 5; 26, 27)를 구비하고, 상기 두 개의 개방 레그 상에 내부 나사산(7; 29)을 구비하고, 외벽의 적어도 일 영역에 외부 나사산(9)을 갖는 로킹 요소(8; 80)를 포함하고, 상기 외부 나사산(9)은 상기 양 레그의 내부 나사산(7; 29)과 결합하고, 상기 로킹 요소는 중앙 보어를 구비하는 삽입물에 있어서, 상기 로킹 요소(8; 80)는 그 외벽을 통하여 축 방향으로 연장되는 슬릿(14)을 갖는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 로킹 요소(8, 80)는 내부 나사산(10)을 갖으며, 로킹 요소 내에 나사 결합되기 위한 내부 나사(15)가 구비되는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 로킹 요소(8; 80)의 내부 나사산(10) 및 그와 결합하는 내부 나사(15)의 외부 나사산(16)은 미터 나사산인 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 레그(4, 5; 26, 27)의 내부 나사산(7)은 미터 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 레그(4, 5; 26, 27)의 내부 나사산(7)은 로드 플랭크의 음의 플랭크 각도를 갖는 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 레그(4, 5; 26, 27)의 내부 나사산(7)은 로드 플랭크(29a)와 수평인 각도를 갖는 톱니 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 레그(4, 5; 26, 27)의 내부 나사산(7)은 수평하는 두 개의 플랭크(29a, 29b)를 갖는 납작 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 하는 삽입물.
  12. 제 5 항에 있어서, 상기 로킹 요소(8, 80)의 외부 나사산(9)은 레그(4, 5; 26, 27)의 내부 나사산(7)과 나사산 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  13. 제 5 항에 있어서, 상기 로킹 요소(80)는 스토퍼(81)를 포함하는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  14. 제 5 항에 있어서, 상기 섕크(1) 및 지지 요소(2)는 단축으로 연결되는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  15. 제 5 항에 있어서, 상기 섕크(1) 및 지지 요소(21; 21')는 다축으로 연결되는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 지지 요소(21') 내에 상기 로킹 요소(8, 80)의 작용을 받아 상기 섕크(1)의 각도 위치를 고정하는 압력 요소(40)가 제공되는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 섕크(1)의 각도 위치는 로킹 요소(8, 80), 내부 나사(15) 및 로드를 통하여 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 척주 수술 또는 외상 수술 시에 사용되는 삽입물.
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