KR101279085B1 - 뼈 또는 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치 - Google Patents
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Abstract
뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치가 제공된다. 이 가요성 안정화장치는 로드(20) 및 슬리이브(40)를 구비하는 로드 구조(20)를 포함하고, 상기 로드(20)는 일레스토머 물질로 제작되고, 제1연결부(20a), 제2연결부(20b), 및 이들 사이의 제3부분(20c)을 구비하고, 상기 제1 및 제2 연결부(20a, 20b)는 각각 뼈 고정장치에 연결할 수 있고, 상기 슬리이브(40)는 적어도 상기 제1연결부(20a) 및 제2연결부(20b)가 노출되도록 상기 로드의 제3부분(20c)의 적어도 일부에 설치된다.
뼈, 척추, 동적, 안정화, 가요성, 일레스토머, 로드, 슬리이브
Description
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 로드 구조의 분해사시도,
도 1b는 도 1a의 로드 구조의 조립사시도,
도 2는 도 1a의 로드 구조를 포함하는 안정화 장치의 분해도,
도 3은 다축 뼈나사의 수용부 내에 도 1a의 로드를 수용한 상태의 분해도,
도 4는 도 3의 부품을 조립한 상태의 단면도,
도 5는 척주(spinal column)의 인접 척추(vertebrae)에 설치한 도 2의 조립된 안정화 장치의 도식도,
도 6a는 척주가 굴곡(flexion)된 상태의 도 5의 안정화 장치의 도식도,
도 6b는 척주가 신전(extension)된 상태의 도 5의 안정화 장치의 도식도,
도 7은 도 1b의 로드 구조의 변위방향의 도식도,
도 8a는 도 6a에 따른 굴곡상태의 로드 구조의 도식도,
도 8b는 도 6a에 따른 신전상태의 로드 구조의 도식도,
도 9a 및 도 9b는 안정화 장치의 추가의 적용예를 도시한 평면도,
도 10은 개조된 로드 구조의 단면도이다.
본 발명은 뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치에 관한 것으로서, 이 안정화 장치는 일레스토머 물질로 제작된 로드 구조를 포함한다.
인접하는 척추의 안정화를 위한 가요성 안정화 장치는 유럽특허 EP 0 669 109 B1에 의해 공지되어 있다. 이 안정화 장치에 있어서, 인접하는 척추에 설치된 단축 뼈나사는 탄성 스트랩에 의해 연결되어 있다. 상기 스트랩은 프리스트레스(prestress)가 부여된 상태로 뼈나사에 체결된다. 상기 뼈나사 사이의 스트랩의 외주에는 내압축성의 지지체가 설치되어 압축력을 전달한다. 상기 지지체, 뼈나사의 헤드 및 탄성 스트랩은 척추의 제한된 운동을 허용하는 일종의 조인트를 형성한다.
미국특허 US 2003/0220643 A1에는 단축의 페디클 나사가 스프링에 의해 연결되어 있는, 인접하는 척추체를 연결하는 장치가 개시되어 있다. 상기 스프링은 척추의 굴곡(spinal flexion) 및 횡굴곡(lateral bending) 및 축방향 회전을 허용하는 한편 횡부재를 사용하지 않고 척추의 신전(spinal extension)을 방지한다. 상기 스프링의 외주에는 슬리이브가 설치되어 있다. 이 슬리이브와 상기 페디클 나사 사이의 충돌은 척추 굴곡을 방지하는 스프링의 작용을 조력한다. 상기 스프링의 길이는 사전에 결정되고, 의사는 스프링의 길이를 조절할 수 없다.
국제특허공개 WO 2004/105577 A2에는 나선형의 개구 또는 슬릿을 구비하는 하나 이상의 가요성 요소를 구비한 척주 안정화 장치가 개시되어 있다. 이 장치는 시술 중에 신축특성의 조절이 불가능하다.
유럽특허 EP 1 364 622 A2에는 단축 뼈나사 및 가요성 로드를 포함하는 뼈 고정장치가 개시되어 있다. 이 뼈 고정장치의 탄성특성은 의사가 변경할 수 없는 로드의 재료 및 형상에 의해 결정된다. 또, 상기 단축 뼈나사를 사용함으로써 로드에 대한 샤프트의 위치조절이 제한을 받는다.
본 발명의 목적은 장치의 탄성특성을 조절할 수 있고 동시에 외과적 시술시에 로드 구조의 길이를 조절할 수 있는, 뼈 또는 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 뼈 고정장치에 의해 달성된다. 추가의 특징은 종속청구항에 기재되어 있다.
내측 로드 및 일레스토머로 제작된 외측 로드 또는 슬리이브로 구성된 가요성 로드 구조에 의해 안정화 장치의 탄성특성을 광범위하게 조절할 수 있다. 상기 로드 및 슬리이브의 탄성특성을 적절히 선택(이들의 탄성특성은 서로 다르게 할 수 있다)함으로써 척주의 특정 분절(specific spinal segment)의 운동에 대한 로드 구조의 탄성특성을 조절할 수 있다. 특히, 척주의 굴곡(flexion) 및 압축은 내측 로드의 탄성특성에 의해 제어할 수 있고, 척주의 신전(extension)은 적절한 슬리이브를 선택함으로써 제어할 수 있다. 굴곡/압축운동 및 신전운동에 대한 댐핑을 분리한 결과 로드 구조의 운동제어 하에서 척주 분절의 조화로운 거동(harmonic behaviour)을 실현할 수 있다. 그 결과 뼈나사가 풀어지는 것을 방지할 수 있다. 추가의 장점은 내측 로드 및 슬리이브의 길이 조절이 가능한 것이다. 따라서, 시술 중에 조절이 가능한 모듈 시스템을 제공할 수 있다. 다축 나사와의 조합에 의하면 조절의 가능성은 더욱 증대한다.
이하, 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 실시예의 설명에 따르면 본 발명의 추가의 특징 및 장점에 대해 더욱 명확히 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 가요성 안정화 장치는 일레스토머 물질로 제작된 로드(20) 및 역시 일레스토머 물질로 제작된 슬리이브(40)를 구비한 로드 구조를 포함하고 있다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 로드(20)는 표면이 매끈한 원통형이다. 일레스토머 물질에 의해 상기 로드는 부분적으로 또는 전체적으로 가요성을 가진다. 예를 들면, 상기 로드(20)는 폴리우레탄, 폴리실리콘 또는 PEEK를 주성분으로 한 폴리머와 같은 생체적합성 플라스틱 재료로 제작된다. 특히 적합한 재료는 폴리카보네이트 우레탄(Polycarbonate Urethane)이다. 상기 로드의 재료는 명확한 탄성특성을 가지고, 상기 로드는 굽힘탄성, 압축탄성 및 인장탄성을 나타낸다.
상기 슬리이브(40)의 일레스토머 물질도 역시 폴리우레탄, 폴리실리콘 또는 PEEK를 주성분으로 한 폴리머와 같은 생체적합성 플라스틱 재료이고, 특히 적합한 재료도 역시 폴리카보네이트 우레탄이다. 상기 슬리이브(40)는 체널(41)을 구비하는 관형상을 가진다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 체널(41) 내에 로드를 삽입시킬 수 있도록 상기 체널(41)은 직경이 로드(20)의 외경에 비해 약간 대경이다. 상기 슬리이브(40)의 길이는 상기 로드(20)의 길이보다 짧게 한다. 그 결과, 도 1b에 도시된 바와 같이 조립된 상태에서 로드(20)의 제1연결부(20a) 및 제2연결부(20b)가 체널(41)의 외부에 노출되도록 한다. 러드(20)의 제1연결부(20a) 및 제2연결부(20b) 사이의 중간부(20c)는 슬리이브(40)의 체널(41) 내에 수용된다. 상기 슬리이브의 길이는 뼈 고정장치의 수용부 사이의 거리와 대략 동일하거나 약간 큰 것이 바람직하다.
도 2 내지 도 4는 상기 로드(20)와 뼈 고정요소(1)의 수용부의 결합 관계를 설명하기 위한 것이다. 도 3은 설명의 편의상 슬리이브(40)의 도시를 생략하였다. 상기 슬리이브(40)는 로드(20)를 뼈 고정요소(1)의 각 수용부에 고정하기 전에 로드(20) 상에 설치된다.
본 실시예의 뼈 고정요소(1)는 다축 뼈나사로서, 이 다축 뼈나사는 뼈나사산을 구비한 생크(2), 이 생크의 일단부의 팁(3) 및 타단부의 구형 헤드(4)를 구비한다. 상기 헤드(4)의 생크의 반대쪽에 해당하는 일측에는 나사체결 공구를 삽입하기 위한 리세스(5)가 형성되어 있다. 상기 수용부(6)는 제1단부(7), 이 제1단부의 대향측의 제2단부(8), 및 상기 제1, 2단부의 평면을 관통하는 종축선(9)을 구비한다. 상기 제1단부(7)의 위치와 상기 제2단부(8)로부터 소정의 거리만큼 이격된 위치 사이에 상기 종축선(9)에 동축인 보어(10)가 형성되어 있다. 상기 제2단부(8)에는 개구(11)가 형성되어 있다. 이 개구(11)의 직경은 상기 보어(10)의 직경보다 작다. 상기 개구(11)의 인접부에는 상기 구형 헤드(4)의 시이트를 형성하는 구면부 또는 경사부(12)가 형성되어 있다.
상기 수용부(6)에는 또 상기 제1단부(7)의 위치와 상기 제2단부(8)로부터 소정의 거리만큼 이격된 위치 사이에 연장되는 U자형 리세스(13)가 형성되어 있다. 이 U자형 리세스(13)에 의해 상기 제1단부(7)를 향해 연장하는 2개의 레그(legs; 14, 15)가 형성된다. 상기 제1단부(7)의 인접부에 위치한 상기 수용부(6)의 레그(14, 15)에는 내부 나사(16)가 형성되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 원통 구조의 제1 압력 요소(17)가 설치되어 있다. 이 제1 압력 요소(17)의 외경은 제1 압력 요소(17)를 상기 수용부의 보어(10) 내에 축방향으로 출입시킬 수 있도록 상기 보어(10)의 내경보다 약간 소경을 이루고 있다. 상기 제1 압력 요소(17)의 상기 제2단부(8)를 향한 하면 상에는 상기 뼈 나사의 구형 헤드(4)의 반경에 일치하는 반경을 가지는 구면 리세스(spherical recess; 18)가 형성되어 있고, 그 반대측에는 상기 종축선(9)에 대해 횡방향으로 연장하는 원통면 리세스(cylindrical recess; 19)가 형성되어 있다. 이 원통면 리세스(19)의 직경은 원형단면의 로드(20)의 연결부(20a 또는 20b)를 상기 리세스 내에 삽입할 수 있고, 또 횡방향으로 안내할 수 있는 직경이 되도록 형성한다. 상기 원통면 리세스(19)의 깊이는, 상기 로드(20)의 연결부가 상기 U자형 리세스(13)에 삽입되어 그 바닥부에 가압되는 조립 상태에서, 상기 제1 압력 요소(17)가 상기 헤드(5) 상에 압력을 가할 수 있는 깊이가 되도록 형성한다. 또 상기 깊이는 로드(20)의 연결부의 직경의 약 1/2로 구성하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 압력 요소(17)는 나사체결 공구를 통과시키는 동축 보어(21)를 구비한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 뼈 고정 요소는 또 제1단부(24) 및 제2단부(25)를 구비한 제2 압력 요소(23)를 구비한다. 상기 제2 압력 요소의 폭은 이 제2 압력 요소를 상기 수용부(6)의 U자형 리세스(13) 내에 삽입할 수 있는 폭으로 한다. 제2 압력 요소의 양 대향측에는 각각 부분 원통형 돌출부(26)가 형성되어 있다. 이 돌출부는 상기 제2 압력 요소의 삽입시 내부 나사산(16)을 경계로 하여 형성되는 공간 내에 상기 내부 나사산을 따라 슬라이딩 이동하여 끼워 맞춰진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 압력 요소(23)는 제2단부(25)로부터 제1단부(24)를 향해 연장하는 원통면 리세스(27)를 더 포함한다. 상기 원통의 축선은 원통형 돌출부(26)의 축선에 대해 수직을 이룬다. 원통형 돌출부(26)의 제2단부측에는 하단면(26a)이 구비되어 있다. 상기 원통면 리세스(27)의 직경은 로드(20)의 연결부의 직경과 동일하고, 깊이는 연결부의 직경의 1/2 이하이다.
상기 뼈 고정 장치는 상기 레그(14, 15) 사이에 나사체결되는 내부나사(30)를 더 구비한다. 상기 내부 나사산(16) 및 이것에 치합되는 내부나사(30)의 나사산은 공지되어 있는 모든 형태를 가질 수 있다. 그러나, 평나사 또는 역각 나사는 레그(14, 15)의 벌어짐을 방지하는 이점이 있다.
상기 수용부(6) 및 제1 압력 요소(17)의 양측부에는 서로 대응하는 크림프 보어(crimp bore; 32, 33)가 구비되어 있다. 상기 크림프 보어를 상기 나사(1), 수용부(6) 및 제1 압력 요소(17)를 약하게 사전조립할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 압력 요소 및 제2 압력 요소(23)에는 탄성 로드(20)를 고정하는데 기여할 수 있는 돌출부(22, 28)가 각각 구비될 수 있다.
상기 뼈 고정 장치의 로드 및 슬리이브를 제외한 다른 부분은 스텐레스강이나 티타늄 또는 뼈나사용으로 적합한 다른 재료와 같은 공지의 생체 적합성 재료로 제작된다.
시술시, 적어도 2개의 뼈 고정장치를 뼈에 고정한다. 다음에, 로드(20)와 슬리이브(40)를 선택하여 가요성 안정화 장치의 소망하는 탄성특성을 얻도록 조합한다. 예를 들면, 3개 이상의 척추를 연결해야 하는 경우, 상이한 탄성특성을 가지는 복수의 슬리이브(40)를 선택하여 각 척추 사이에 설치할 수 있다. 이와 같은 방식으로 안정화 장치의 탄성특성을 시술시에 조절할 수 있다. 상기 슬리이브의 길이는 페디클 나사를 인접하는 척추에 나사 삽입했을 때 2개의 수용부 사이의 거리와 동일한 길이로 선택하는 것이 바람직하다. 상기 로드(20) 및 슬리이브(40)는 일레스토머 물질로 제작되어 있으므로 시술 중에 길이를 단축시키는 것이 가능하다. 다음에, 하나의 슬리이브(40)나 하나 이상의 운동 세그먼트를 하나의 로드로 안정화시킬 경우에는 복수의 슬리이브를 구비한 로드(20)를 뼈 고정요소의 수용부(6) 내에 삽입된다. 2개의 인접한 척추가 균형을 이룬 위치(balanced position)에 있을 때 상기 슬리이브는 상기 수용부에 접촉된 상태에 있는 것이 바람직하다.
다음에, 제2압력요소(23)를 수용부에 삽입하고, 상기 양 레그 사이에 내부나사를 나사체결한다. 상기 뼈나사의 각위치(angular position)를 조절한 후, 상기 내부나사(30)를 단단히 조인다. 상기 내부나사(30)가 제2압력요소(23) 상에 가하는 압력에 의해 로드(20)는 상기 제1 및 제2 압력요소 사이에 클램핑되고, 이와 동시에 상기 뼈나사의 헤드(4)의 각위치가 고정된다.
다음에, 도 5 내지 도 8b를 참조하여 본 가요성 안정화 장치의 탄성특성에 대해 설명한다. 도 5는 조립상태의 안정화 장치를 도시한 것으로서, 로드(20) 및 슬리이브(40)는 운동 세그먼트를 형성하는 인접하는 척추(W)에 설치된 2개의 다축 페디클 나사를 연결하도록 배치되어 있다. 상기 페디클 나사의 생크의 위치는 일점쇄선으로 표시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 뼈 고정요소(1)의 양 수용부(6)는 로드(20) 및 슬리이브(40)가 응력을 받지 않는 상태인 균형 위치(balanced position)에서 거리 x만큼 이격되어 있다.
도 6a는 굴곡(flexion)이 발생했을 때의 안정화 장치를 도시한 것이다. 굴곡 발생 중, 로드(20)에 인장응력이 가해지고, 그 결과 로드는 신장된다. 양 뼈 고정요소 사이의 거리는 x + Δx1까지 증가한다. 이 거리 증분 Δx1은 로드(20)의 탄성특성에 의해 발생되는 회복력에 의해 제한된다. 상기 거리 증분은 예를 들면 약 1.5 mm까지 가능하다. 따라서, 굴곡/압축은 주로 내측의 로드(20)에 의해 제어된다.
도 6b는 신전(extension)이 발생했을 때의 안정화 장치를 도시한 것이다. 신전 발생 중, 로드(20) 및 슬리이브(40)에는 양 뼈 고정요소(1)의 수용부(6)에 의해 압축력이 가해진다. 상기 로드(20) 및 슬리이브(40)의 탄성에 의해 양 수용부(6) 사이의 거리는 x - Δx1까지 감소된다. 로드(20) 및 슬리이브(40)의 탄성특성에 의해 양 수용부(6)에 회복력이 가해지고, 그 결과 거리 감소분이 제한된다. 상기 거리 감소분은 약 0.5 mm까지 가능하다. 따라서, 신전은 내측의 로드(20)의 압축성에 의해 제어되고, 슬리이브에 의해 제한된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 슬리이브 및/또는 로드는 균형상태에서 사전압축될 수 있다.
도 7은 상기 로드(20) 및 슬리이브(40)의 변형 상태의 일례를 도시한 것이다. 도 8a는 굴곡시 로드(20) 및 슬리이브(40)의 변형 상태를 도 8b는 신전시 로드(20) 및 슬리이브(40)의 변형 상태를 도시한 것이다.
도 9a 및 도 9b는 본 안정화 장치의 적용례를 도시한 것이다. 도 9a는 척주측만증이 존재하는 경우 약간 측방향의 경사(mediolaterally inclined)를 이룬 인접하는 2개의 척추(V, V')를 도시한 것이다. 운동 세그먼트의 동적 안정화 및 교정을 위해 좌우측에 상이한 슬리이브(400, 400')를 구비한 로드(200, 200')를 설치할 수 있다. 좌측 로드(200)에 사용된 슬리이브(400)의 길이는 우측 로드(200')에 사용된 슬리이브(400') 보다 길다. 이와 같은 구성에 의해, 2개의 척추의 좌측의 경사를 제거할 수 있다. 또, 슬리이브(400)의 외경은 좌우측의 운동을 상이하게 제어하기 위해 슬리이브(400')의 외경과 다르게 할 수 있다.
전술한 실시예에 추가의 다른 변경을 가할 수도 있다. 즉, 상기 슬리이브(40)는 원통형으로 하지 않고, 예를 들면, 배럴형(barrel-shape)으로 구성할 수 있다. 상기 슬리이브의 길이는 도면에 도시된 것과 다르게 할 수 있다. 상기 로드(20)의 단면은 직사각형, 정사각형, 난형(oval), 삼각형 또는 기타 적절한 형태로 할 수 있다. 이 경우, 상기 슬리이브(40)의 단면도 적절히 조절된다. 특히, 길이방향의 형상이 변화되는 로드 및/또는 슬리이브를 형성할 수 있다. 상기 로드 및 슬리이브의 가요성은 높게 하거나 낮게 할 수 있다. 상기 로드 및/또는 슬리이브의 표면에는 텍스처(textured) 또는 구조(structured)를 형성할 수 있다. 도 10은 외주면에 복수의 요철(300)을 구비하는 내측 로드(201)의 일례를 도시한 것이다. 슬리이브(401)의 내벽에도 상기 로드의 요철에 대응하는 복수의 요철이 구비되어 있다. 이와 같은 구성에 의해 로드에 대한 슬리이브의 상대이동을 방지하거나 감소시킬 수 있다.
전술한 예시의 뼈 고정요소에 있어서, 뼈 고정요소(1)의 생크(2)는 각 수용부(6)에 대해 다축으로 연결된 상태에 있다. 그러나, 단축으로 연결하는 것도 가능하다.
내부나사(30)에 대해서는 공지의 모든 변경 실시예를 사용할 수 있다. 이 실시예에는 외부 링이나 너트를 사용하는 것이 포함된다.
전술한 실시예에 있어서, 상기 뼈 고정 요소는 수용부의 상측으로부터 도입하였다. 그러나, 수용부의 바닥부로부터 도입할 수 있도록 수용부를 구성할 수 있다.
상기 뼈 고정 요소의 헤드 및 샤프트는 별개의 부품으로 제작하여 결합할 수 있다.
상기 뼈 고정 요소는 나사(screw)에 한정되지 않고, 뼈 후크(bone hooks)나 임의의 다른 고정 요소로 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄성특성을 조절할 수 있고 동시에 외과적 시술시에 로드 구조의 길이를 조절할 수 있는, 뼈 또는 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치를 제공할 수 있다.
Claims (9)
- 뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치로서,로드(20; 200; 201) 및 슬리이브(40; 400; 401)를 구비하는 로드 구조(20, 40; 200, 400; 201, 401)를 포함하고상기 로드(20; 200; 201)는 일레스토머 물질로 제작되고, 제1연결부(20a), 제2연결부(20b), 및 이들 사이의 제3부분(20c)을 구비하고, 상기 제1 및 제2 연결부(20a, 20b)는 각각 뼈 고정장치에 연결할 수 있고, 상기 로드(20; 200; 201)는 굽힘탄성, 압축탄성 및 인장탄성을 나타내고,상기 슬리이브(40; 400; 401)는 적어도 상기 제1연결부(20a) 및 제2연결부(20b)가 노출되도록 상기 로드의 제3부분(20c)의 적어도 일부에 설치되는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 슬리이브(40; 400; 401)는 일레스토머 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 로드 및 슬리이브의 탄성특성은 상이한 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 일레스토머 물질은 폴리우레탄 또는 폴리실리콘과 같은 생체적합성 플라스틱 물질인 것을 특징으로 하는 뼈나 척 추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 슬리이브의 내벽은 상기 로드의 표면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 슬리이브(401)의 내벽은 상기 로드(201)의 표면상의 구조와 맞물리는 구조(300)를 구비하는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 로드 구조에 연결된 적어도 제1 및 제2 뼈 고정장치(1)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 복수의 뼈 고정 장치 중 적어도 하나는 그 생크(2)와 로드(20) 사이에 다축 연결이 가능하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 동적 안정화를 위한 가요성 안정화 장치.
- 삭제
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