KR101494029B1 - 회절성 안구내 수정체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 회절 영역(110)과, 제1 회절 영역(110)과 다른 크기의 배율을 갖는 제2 회절 영역(120)을 포함하는 안구내 수정체(100)에 관한 것이다. 제1 영역은 관통 투사되는 제1 선택 파장의 실질적으로 모든 광을 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성되고, 제2 영역은 관통 투사되는 제2 선택 파장의 실질적으로 모든 광을 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성된다.
안구내 수정체, 회절 영역, 단일 회절 차수

Description

회절성 안구내 수정체 {DIFFRACTIVE INTRAOCULAR LENS}
본 발명은 회절성 안구내 수정체(Intraocular Lens:IOL), 특히 회절성 다초점 IOL에 관한 것이다.
IOL은, 환자의 자연 수정체가 병에 걸렸거나 또는 병이 아닌 이유로 손상되었을 때, 자연 수정체를 교체하는데 사용되는 인공 수정체이다. 특별한 경우에는 이식된 IOL과 함께 자연 수정체가 환자의 눈 안에 남아있을 수 있다. IOL은 눈의 후방 챔버 또는 전방 챔버에 위치될 수 있다.
IOL은 전형적으로는 특정 광학 배율을 갖는다. 후방 챔버에 위치된 IOL은 전형적으로 자연 수정체의 제거를 보완하기 위한 충분한 배율을 갖는다. 전방 챔버에 위치된 수정체는 자연 수정체의 배율을 보충하거나 자연 수정체의 제거를 보완하기 위한 시력을 가질 수 있다. IOL은 다양한 형태와 재료로 제공될 수 있다.
특정 IOL은 다초점이다. 다초점 IOL은 적어도 두 개의 다른 광학 배율을 갖는 IOL을 말한다. 이와 같은 다초점 IOL은 전형적으로 착용자에게 근거리 시야와 원거리 시야를 허용하는 광학 배율을 제공함으로써 노안의 영향을 개선한다. 적어도 하나의 광학 배율이 회절 표면을 사용하여 적어도 부분적으로 제공된 다초점 IOL은 오직 굴절력만 있는 IOL에 비해 상대적으로 프로파일(profile)이 작은 이점 을 제공한다. 따라서, 전형적으로, 회절성 IOL이 상대적으로 작은 절개부를 통하여 좀 더 쉽게 환자의 눈에 삽입된다.
도 1은 종래의 다초점 IOL(10)을 도시하는데, 회절 구성요소 상에 입사된 광의 제1 부분이 제1 초점 거리에 회절되어 집속되도록 구성된 회절 구성요소(14)가 만곡된 표면(12) 상에 배치되도록 구성된 종래의 다초점 IOL(10)이다 (즉, 광의 제1 부분은 회절 구성요소의 제1 회절 차수로 안내된다.). 제1 부분의 제1 초점 거리는 회절 구성요소와 만곡된(즉, 굴절) 표면의 합성 배율에 의해 결정된다.
광의 제2 부분은 회절되지 않은 채 회절 구성요소를 통과한다(즉, 광은 회절 구성요소의 0차 회절차수로 안내된다). 광의 제2 부분은 회절로 인한 편향 없이 수정체의 회절 요소를 통과한다. 그러나, 0차수의 광은 표면 곡률로 인하여 제2 초점 거리에 집속되도록 굴절된다.
도 2는 또 다른 종래의 다초점 IOL(20)을 도시하는데, IOL의 한 표면의 제1 영역(22)이 회절 요소(24)를 갖는 종래의 다초점 IOL이다. 표면의 제1 영역은 광의 제1 부분이 표면 굴절력과 함께 근거리 시야를 위한 충분한 광학 배율을 제공하는 1차수 회절 구성요소로 투사되도록 구성된다. 원거리 시야를 위해 회절 부분의 0차수에서 제1 영역을 통과하는 광만 굴절되어 수정체의 외측 부분(26)으로부터의 광과 결합한다. 따라서, 1차 회절 차수의 광은 제1 거리에 집속되고, 0차 회절 차수의 광은 제2 거리에 집속된다.
0차수의 굴절에 의존하는 회절성 다초점 IOL의 단점은, 0차수에 광을 집속시키기 위한 적합하게 만곡된 굴절 표면에 대한 필요에 의해, 수정체 두께가 상대적으로 크다는 것이다. 0차 회절을 집속시키는 것에 따른 또 다른 단점은, 오직 굴절만 된 광(즉, 0차수에서 회절되지 않은 광)은 적어도 부분적으로 회절된 광에 비해 상대적으로 큰 양의 색수차를 갖는다는 것이며, 따라서, 0차수의 광을 통과시키는 IOL의 양의 배율인 굴절 표면은 환자의 각막 그리고/또는 자연 수정체에 의한 양의 색수차를 악화시킨다.
본 발명의 실시예들은, 서로 다른 크기의 회절력을 갖는 적어도 두 개의 영역을 갖는 IOL에 대한 것이며, 각 영역은 수정체 상에 입사된 광에 대한 집속력을 제공하기 위해 실질적으로 오직 0차가 아닌 단일 회절 차수를 갖는다(즉, 실질적으로 0차 회절은 없다). 따라서, 수정체의 소정 영역을 통과하는 실질적으로 모든 광은 상응하는 단일 회절 차수로 회절된다. 통상적으로, 제1 그리고 제2 영역들은 수정체의 동일 표면 상에 배치되지만, 본 발명에 따른 실시예들이 그렇게 되도록 제한된 것은 아니다.
나아가, 특정 실시예에서는, 두개 이상의 영역이 전체 수정체 표면 또는 실질적으로 전체 수정체 표면을 커버한다. 그러한 실시예에서는, 회절되지 않고 수정체를 통과하는 광이 아예 없거나 거의 없을 것이다. 어떤 실시예에서는, 회절 표면이 전방 표면의 일부 상에만 배치되거나 후방 표면의 일부 상에만 배치될 수 있기도 하지만, 이 경우, 그 일부들은 광이 회절되지 않고 수정체를 통과하지 않도록 배열된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IOL은 제1 회절 영역과 제1 회절 영역과 다른 크기의 배율을 갖는 제2 회절 영역을 포함한다. 제1 영역은 관통 투사되는 제1 선택 파장의 실질적으로 모든 광을 0차가 아닌 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성되고, 제2 영역은 관통 투사되는 제2 선택 파장의 실질적으로 모든 광을 0차가 아닌 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성된다.
어떤 실시예에서는, 제1 선택 파장과 제2 선택 파장이 가시 스펙트럼에서 실질적으로 동일 파장 상에(즉, 서로 100nm 내에) 있다. 또 다른 실시예에서는, 제1 선택 파장과 제2 선택 파장이 가시 스펙트럼에서 실질적으로 동일 파장(예를 들면, 대략 555nm)에 있다.
어떤 실시예에서는, IOL은 제1 영역 및 제2 영역과 다른 크기의 배율을 갖는 제3 회절 영역을 더 포함한다. 제3 영역은 관통 투사되는 (선택 파장에 있는) 모든 광을 상응하는 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성된다.
어떤 실시예에서는, 제1 영역과 제2 영역이 광을 각각의 1차 회절로 투사시킨다. 제1 및 제2 영역들은 동심적으로 배치될 수 있다. IOL은 하나 이상의 햅틱(haptic)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, IOL은 실리콘, PMMA, 절첩 가능한 친수성 아크릴(foldable hydrophilic acrylic) 그리고 절첩 가능한 소수성 아크릴(foldable hydrophobic acrylic) 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 만들어진다. 어떤 실시예에서는, IOL은 제1 및 제2 영역들과 동심적인 제3 영역을 더 포함하는데, 이때 제1 영역, 제2 영역, 그리고 제3 영역은 근거리 초점과 원거리 초점의 교대 영역을 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 IOL의 제1 회절 광학 배율을 갖는 제1 회절 영역과 제1 회절 광학 배율과 다른 크기의 제2 회절 광학 배율을 갖는 제2 회절 영역으로 광을 투사시키는 단계(1)와, 제1 영역 상에 투사된 제1 선택 파장의 실질적으로 모든 광을 단일 회절 차수로 회절시키는 단계(2)와, 제2 영역 상에 투사된 제2 선택 파장의 실질적으로 모든 광을 단일 회절 차수로 회절시키는 단계(3)를 포함하는 방법에 관한 것이다.
상세하지만 제한적이지 않은 본 발명의 실시예들은 첨부도면을 참조하여 예시적으로 설명되어 있다. 동일 도면 부호는 다른 도면상에 있는 동일하거나 비슷한 구성요소를 지칭한다.
도 1은 종래의 다초점 회절 IOL의 단면 개략도이다.
도 2는 또 다른 종래의 다초점 회절 IOL을 도시한다.
도 3A는 본 발명에 따라 구성된 IOL의 예시적인 실시예의 단면도이다.
도 3B는 본 도 3A에 도시된 수정체의 평면도이다.
도 3A는 본 발명에 따라 구성된 IOL의 예시적인 실시예의 단면도이다.
IOL(100)은, 직경(D)을 갖는 제1 회절 영역 (110)과 제2 회절 영역 (120)을 포함한다. 제1 및 제2 회절 영역들은 서로 다른 크기의 배율을 갖고, 따라서 서로 다른 초점을 갖는다. 배율은 두 개의 다른 거리에서 환자의 시각을 제공하도록 종래의 기술에 따라 선택된다. 예를 들면, 제1 배율은 환자에게 독서를 위한 근거리 시야을 제공할 수 있고, 제2 배율은 원거리 시야를 위해 선택될 수 있다. 비록 도 시된 수정체에는 다른 크기의 배율을 갖는 두 개의 영역이 있지만, 영역은 임의의 개수로(예를 들면, 세 개, 네 개 또는 그 이상의 영역들) 제공될 수 있다. 전형적으로, 서로 다른 배율을 갖는 세 개 또는 네 개의 영역들이 제공될 때에는, 제1 영역은 근거리 시야, 제2 영역은 원거리 시야, 그리고 나머지 영역들은 한 개 또는 그 이상의 중거리 시야를 제공한다.
본 발명에 따르면, 제1 영역은 관통 투사되는 제1 파장의 실질적으로 모든 광을 0차가 아닌 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성되고, 제2 영역은 관통 투사되는 제2 선택 파장의 실질적으로 모든 광을 0차가 아닌 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성된다.
0차의 광을 굴절시킬 필요가 없기 때문에 이렇게 구성된 수정체가 광을 0차로 투사시키도록 구성된 수정체보다 얇게 만들어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다(즉, 회절 표면에 의해 제공된 배율 때문에, 제공될 수도 있는 임의의 굴절력이 감소한다). 전형적으로, 1차로의 회절이 성취될 수 있는 효율성 및/또는 제조 편의성 때문에, 0차가 아닌 차수는 양의 1차이거나 음의 1차일 것이다. 그러나, 본 발명에 따르면, 영역들에 다른 배율을 제공하기 위해 임의의 양 또는 음의 회절 차수가 사용될 수 있다. 회절 영역들은 IOL의 전방 표면 및/또는 후방 표면 상에 형성될 수 있다.
어떤 실시예에서는, 제1 선택 파장과 제2 선택 파장이 가시 스펙트럼에서 동일한 파장이거나 또는 (예를 들면, 서로 20nm 내의) 실질적으로 동일한 파장이지만, 제1 선택 파장은 제2 선택 파장과 다를 수도 있다. 제1 선택 파장과 제2 선택 파장이 동일한 특정 실시예에서는, 파장이 고 시각 감도의 파장(예를 들면, 대략 555nm)에 위치한다. 어떤 실시예에서 제1 및 제2 선택 파장이 서로 다르더라도, 두 파장 모두 고 시각 감도의 파장(예를 들면, 제1 선택 파장은 555nm에 그리고 제2 선택 파장은 548nm)에 위치한다.
본 발명에 따른 IOL을 사용하여 이미지를 형성하는데 사용된 모든 광이 적어도 부분적으로는 회절 표면에 의해 형성되므로, 그러한 IOL은 0차 회절로 광을 통과시키는 회절 수정체에 비해 적은 양의 색수차에 기여한다는 것을 알 수 있다. 어떤 실시예에서는, 수정체가 감소된 양의 색수차를 갖는 광을 투과시키고, 어떤 실시예에서는, 수정체가 음의 색수차를 갖는 광을 투과시키며, 따라서, 환자의 각막, 자연 수정체 및/또는 기타 시각 매체에 의해 생긴 양의 색수차를 더 잘 보정할 수 있다.
"관통 투사되는 선택된 파장의 실질적으로 모든 광을 단일 회절 차수로 투사시키도록 구성된"이란 용어는 수정체의 영역 내의 소정의 장소 상에 입사된 선택 파장에 있는 광의 적어도 90%가 그 영역의 선택된 단일 회절 차수로 입사한다는 것을 의미한다. 전형적으로, 소정의 영역에서의 회절은 선택된 차수가 아닌 다른 차수로의 커플링과 더불어 발생한다는 것을 알 수 있다. 일정 양의 광 손실은 허용되는 반면, 더 높은 전송 효율성은 특히 바람직하다. 예를 들면, 더 높은 전송 효율성은 좀 더 낮은 광 시야와 좀 더 나은 명암 감도의 결과를 가져온다. 어떤 실시예에서는, 적어도 95% 또는 그 이상의 광이 선택된 차수로 안내된다.
식 1은 소정의 파장에 대한 회절 초점 길이와 격자 요소 간격 사이의 관계를 제공한다.
rq = sqrt(2*q*λ*d) 식 1
여기서,
q = 구역 번호
rq = 동심 환형 구역의 반경 (즉, 간격)
λ= 설계 파장
d = 회절 요소의 초점 길이
식 1에 나타난 것처럼, 구역의 간격(r)은 초점 길이(d)에 비례한다. 배율이 초점 길이에 반비례 관계이기 때문에, 구역 간격은 더 큰 회절 배율을 얻기 위해 줄어든다.
식 2는 소정의 파장에 대한 회절 광의 소정의 차수에 대한 전송 효율성과 격자 깊이 사이의 관계를 제공한다.
I = sinc2(m-α) 식 2
여기서,
m = 회절 차수
α= (n' - n)*Δ/λ
n'= IOL 재료의 회절 지수
n = 주변재료(즉, 수용액)의 회절 지수
Δ= 격자의 최대 깊이
본 발명의 어떤 실시예에서는, 눈의 최대 감도가 발생하는 파장(즉, 대략 555nm)에 있는 광에 대해 최고 회절 효율성이 발생하도록 회절 영역이 설계되어 있으며, 결과적으로, 더 짧거나 더 긴 파장을 갖는 광은 덜 효율적으로 회절된다. 그러한 본 발명의 일례에 따른 IOL의 장점은 555nm보다 실질적으로 짧은 파장을 갖는 광(예를 들면, 청광, 자광 및/또는 자외선)은 눈 상의 초점에서 적어도 부분적으로 벗어난다는 것이다. 청광, 자광 그리고 자외선은 노화에 따른 시력감퇴와 연관이 있다. 탈초점된 에너지가 감퇴된 강도를 갖기 때문에 탈초점된 청광, 자광 그리고 자외선은 사람의 망막 황반(macula) (즉, 망막)에 덜 손상을 준다고 알려져 있다.
회절 영역으로 성취될 수 있는 파장의 함수인 탈초점의 크기는 굴절성 IOL에서의 종방향 색수차로 인하여 전형적으로 성취될 수 있는 것에 비하여 크다. 예를 들면, 전형적인 회절성 수정체는 자광(400nm)과 녹광(555nm) 사이에서 1 디옵터(diopter)의 광학 배율차(양의 색수차)를 제공하는 반면, 회절 요소는 자광과 녹광 사이에서 10 디옵터의 광학 배율차(음의 색수차)를 제공한다.
나아가, 환자의 망막 상에 입사된 청광을 줄이거나 제거하기 위해 일반적으로 IOL에 첨가되는 청광 차단 발색단(blue-blocking chromophore)과 달리, 본 발명의 실시예에 따른 IOL을 이용하여 청광은 여전히 환자의 망막에 도달한다. 청광은 비록 탈초점되었더라도 환자의 망막에 도달했을 시에는 계절성 정서장애(seasonal disorder)관련된 이득을 제공하는 것으로 알려져 있다.
도 3B는 도 3A에 도시된 수정체(100)의 평면도이다. 수정체의 영역들(110, 120)은 동심적으로 배치되어 있다. 그러나 영역의 임의의 적절한 배열도 사용될 수 있다. 또한, 비록 두 개의 동심적으로 배치된 영역이 도시되어 있지만, 어떤 실시예에서는 세 개, 네 개 또는 그 이상의 동심적으로 배치된 영역들이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 영역들은 근거리와 원거리 초점을 교대로 제공하는 동심 영역으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수정체는 환자의 눈의 임의의 내부 부분(예를 들면, 전방 챔버 또는 후방 챔버)에 위치될 수 있도록 구성될 수 있다. 비록 도시된 수정체(100)에는 햅틱이 없지만, 눈 안에서 IOL의 위치 조정을 용이하게 하기 위하여 하나 이상의 햅틱이 추가될 수도 있다. 햅틱은 임의의 적절한 모양(예를 들면, 필라멘트 모양 또는 접시 모양)도 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 수정체는 임의의 적절한 제조 기술을 사용하여서도 만들어질 수 있다. 그러나 미세한 회절 형상부를 형성하기 위한 적합한 방법의 하나는 사출 성형법이다.
본 발명의 실시예에 따른 수정체는 임의의 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 실리콘, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 접철 가능 친수성 아크릴 (foldable hydrophilic acrylic) 또는 접철 가능 소수성 아크릴 (foldable hydrophobic acrylic) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
도시된 실시예에서는, 수정체의 모든 부분을 통과하는 광은 회절된다. 비록 도시된 실시예에서는 수정체의 모든 부분을 통과하는 광이 회절되지만, 수정체의 임의의 소정 실시예에서는, 수정체가 눈 안에 있을 때, 오직 광이 통과할 수정체의 부분만 색수차에 대한 장점을 제공한다. 수정체의 다른 부분들(즉, 수정체의 외주 연부)은 광을 회절시키도록 구성될 수 있거나 또는 구성되지 않을 수 있다.
이하는 본 발명에 따라 실리콘으로 만들어진 20 디옵터 "중앙-추가(central add)" 이중 초점 회절성 IOL설계의 예시이다. 회절력(diffractive power)의 사용으로 인해, 비록 수정체가 20 디옵터 수정체이지만, 기본 수정체 설계는 15 디옵터의 굴절력을 가지며, 따라서, 이러한 수정체는 표준 20 디옵터 수정체에 비해 얇다. 비록 본 수정체가 굴절력을 제공하는 형상을 취하고 있지만, 어떤 실시예에서는, 모든 광학 배율이 회절성으로 제공될 수 있다.
이하의 표는 기본 수정체와 예시적인 수정체의 전방 표면 상에 배치된 회절 격자의 광학적 기술을 나타낸다.
구역 1 내지 구역 7은 중앙 추가 영역에 상응하고 8.75 디옵터의 회절력과 23.75디옵터의 총 광학 배율을 갖는다. 구역 8 내지 구역 40은 외부 환형 영역에 상응하고 5 디옵터의 회절력과 20 디옵터의 총 광학 배율을 갖는다. 그러므로, 중앙 추가 배율은 3.75 디옵터이다. 중앙 영역의 직경은 1.9mm이다.
(구역 1 내지 7 포함하는) 제1 영역과 (구역 8 내지 40 포함하는) 제2 영역은 각각 관통 투사된 실질적으로 모든 광을 상응하는 단일 회절 차수로 실질적으로 투사시키도록 구성된다.
설계 파장 555nm
설계 파장용 IOL 재료 굴절 지수 1.427
설계 파장용 수용액 굴절 지수 1.336
전방 표면 반경 12.0996
후방 표면 반경 -12.0996
광학 구역 직경 6mm
광학체 직경 6mm
중앙 두께 1.056mm
에지 두께 0.3mm
격자 깊이 6.099㎛
구역 번호 반경
1 0.3562
2 0.5037
3 0.6169
4 0.7123
5 0.7964
6 0.8724
7 0.9423
5 1.0536
6 1.1541
7 1.2466
8 1.3327
9 1.4135
10 1.4900
11 1.5627
12 1.6322
13 1.6988
14 1.7630
15 1.8248
16 1.8847
17 1.9427
18 1.9990
19 2.0538
20 2.1071
21 2.1592
22 2.2100
23 2.2596
24 2.3082
25 2.3558
26 2.4025
27 2.4483
28 2.4932
29 2.5373
30 2.5807
31 2.6234
32 2.6653
33 2.7067
34 2.7474
35 2.7875
36 2.8270
37 2.8660
38 2.9045
39 2.9424
40 2.9799
지금까지 발명의 개념과 몇몇의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 당업자에게는 본 발명이 다양한 방법으로 실행될 수 있다는 것과 손쉽게 수정과 개량이 가능하다는 것이 자명할 것이다. 따라서, 실시예들은 제한적인 의도로 제공된 것 이 아니고 일례로써 제시된 것이다. 본 발명은 필요에 따라 오직 다음의 청구항과 이에 상당하는 것에 의해서만 제한된다.

Claims (17)

  1. 제1 회절 영역과,
    제1 회절 영역과 다른 크기의 배율을 갖는 제2 회절 영역을 포함하는 안구내 수정체이며,
    제1 영역은 관통 투사되는 제1 선택 파장의 모든 광의 적어도 90%를 0차가 아닌 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성되고,
    제2 영역은 관통 투사되는 제2 선택 파장의 모든 광의 적어도 90%를 0차가 아닌 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성되고,
    안구내 수정체를 통과하는 모든 광은 회절되는
    안구내 수정체.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 및 제2 영역들과 다른 크기의 배율을 갖는 제3 회절 영역을 더 포함하며, 제3 영역은 관통 투사되는 제3 선택 파장의 모든 광의 적어도 90%를 0차가 아닌 단일 회절 차수로 회절시키도록 구성된
    안구내 수정체.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 영역과 제2 영역은 광을 상응하는 1차 회절로 광을 투사시키는
    안구내 수정체.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 영역과 제2 영역은 동심적으로 배치된
    안구내 수정체.
  5. 제1항에 있어서,
    안구내 수정체는 하나 이상의 햅틱을 포함하는
    안구내 수정체.
  6. 제1항에 있어서,
    안구내 수정체는 실리콘, PMMA, 절첩 가능한 친수성 아크릴 및 절첩 가능한 소수성 아크릴 중 하나 이상을 포함하는 재료로 만들어진
    안구내 수정체.
  7. 제4항에 있어서,
    제1 및 제2 영역들과 동심적인 제3 영역을 더 포함하며, 제1 영역, 제2 영역 그리고 제3 영역은 근거리 초점과 원거리 초점의 교대 영역을 형성하는
    안구내 수정체.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 선택 파장과 제2 선택 파장의 차이는 가시 스펙트럼에서 20nm 이내인
    안구내 수정체.
  9. 제1항에 있어서,
    제1 선택 파장과 제2 선택 파장은 가시 스펙트럼에서 동일한 파장에 있는
    안구내 수정체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 동일한 파장은 555nm인
    안구내 수정체.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    제1 선택 파장은 최대 감도가 발생하는 파장이고, 제1 영역은 제1 선택 파장에서 최고 회절 효율성을 갖도록 그리고 더 짧거나 더 긴 파장의 광을 덜 효율적으로 회절시키도록 설계되는
    안구내 수정체.
  16. 삭제
  17. 삭제
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