KR101970394B1 - 근전도 측정 장치 - Google Patents

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최영진
이슬아
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

근전도 측정 장치가 제공된다. 근전도 측정 장치는 전도성 섬유로 편성(knitting)된 전도성 영역과 비전도성 섬유로 편성된 비전도성 영역으로 구성된 밴드를 포함하고, 상기 전도성 영역과 상기 비전도성 영역은 상기 밴드에서 동일한 레이어 상에 위치한다.

Description

근전도 측정 장치 및 그 제조 방법{EMG measurement device and manufacturing method of the same}
본 발명은 근전도 측정 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전도성 영역과 비전도성 영역이 단일 레이어 상에 위치하는 밴드를 이용한 근전도 측정 장치 및 그 제조 방법 방법에 관한 것이다.
근전도 측정 장치는 전극을 신체에 부착하여 생체 신호를 획득하는 장치로, 전자 의수 또는 의족 등의 재활 보조 기구의 생체 신호 측정용, 병원에서의 의료 진단용 등으로 사용된다. 예를 들면, 상지(팔) 절단 환자가 근전 의수를 착용하는 경우, 전완(아래 팔) 또는 상완(위 팔)에 남아있는 잔존 근육의 근전도 신호를 측정하는 데 사용될 수 있다.
일반적인 근전도 측정 장치는 습식 전극 또는 건식 전극을 이용하여 생체 신호를 측정한다. 습식 전극은 겔을 이용하여 전극을 피부에 접촉시키는 전극으로, 장시간 사용 시 피부 트러블을 유발할 가능성이 매우 높으며, 반복 사용이 어려운 일회용 전극이라는 문제가 있다. 건식 전극은 절단 환자의 전자 의수 등에 사용되는 전극으로, 접촉에 의한 피부 트러블이 유발될 수 있으며, 장시간 사용 시 피부를 압박하여 통증과 불편함을 야기한다는 문제가 있다.
이에 따라, 장시간 사용 시에도 피부 트러블 또는 통증을 유발하지 않으며, 반복적인 사용이 가능한 전극을 포함하는 근전도 측정 장치에 대한 기술들이 요구되고 있다. 이에, 선행기술문헌과 같이 섬유 형태를 포함하여 구성된 측정 장치가 제안되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0819050호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전도성 영역 및 비전도성 영역이 동일한 레이어 상에 위치하는 근전도 측정 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 다양한 부위에서 발생하는 근전도 신호를 동시에 측정하는 근전도 측정 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 장치 착용 시 착용자에게 발생하는 피부 트러블 또는 통증이 완화된 근전도 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 반영구적 사용이 가능한 근전도 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 근전도 측정 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 근전도 측정 장치는 전도성 섬유로 편성(knitting)된 전도성 영역과 비전도성 섬유로 편성된 비전도성 영역으로 구성된 밴드를 포함하고, 상기 전도성 영역과 상기 비전도성 영역은 상기 밴드에서 동일한 레이어 상에 위치한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 밴드에는 복수의 상기 전도성 영역이 어레이(array) 형태로 배열될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 섬유는 은(silver)을 포함하고, 상기 비전도성 섬유는 바이오맥스(biomax)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 근전도 측정 장치는 절연 코팅이 제거된 영역의 구리 선이 링 형상의 고리를 형성하는 전선 및 상기 전선의 고리를 따라 상기 전도성 영역에 편성되어 상기 전선의 고리를 상기 전도성 영역에 전기적으로 연결하는 전도성 재질의 연결 섬유를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 근전도 측정 장치의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 근전도 측정 장치의 제조 방법은 비전도성 섬유로 비전도성 영역을 편성하는 단계 및 전도성 섬유로 전도성 영역을 편성하는 단계를 포함하여 밴드를 제조하되, 상기 비전도성 영역을 편성하는 단계 및 상기 전도성 영역을 편성하는 단계는 적어도 두 번 이상 교번하여 연속적으로 수행되고, 상기 밴드에는 상기 비전도성 영역 및 상기 전도성 영역이 동일한 레이어 상에 편성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 근전도 측정 장치의 제조 방법은 상기 전도성 영역 상에 구리 선이 연결되는 단계를 더 포함하고, 상기 구리 선이 연결되는 단계는, 전선의 절연 코팅을 제거하여 구리 선을 노출시키고, 상기 구리 선으로 링 형상의 고리를 형성하고, 상기 고리를 상기 전도성 영역 상에 버튼홀 스티치(buttonhole stitch) 기법을 이용하여 연결할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 밴드에는 복수의 상기 전도성 영역이 어레이(array) 형태로 배열될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치는 전도성 섬유로 편성된 전도성 영역 및 비전도성 섬유로 편성된 비전도성 영역이 단일 레이어 상에 위치하는 밴드를 포함하여, 장치 착용 시 착용자에게 발생하는 피부 트러블 또는 통증이 완화되며, 다양한 부위에서 발생되는 근전도 신호를 동시에 획득하고, 반영구적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 설명하기 위한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 구리 선 연결 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 실제 사진이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 구리 선 연결 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 실제 사진이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 종래 기술에 따른 근전도 측정 장치와 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 측정 결과를 비교한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 측정 결과이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 근전도 측정 장치는 밴드(110)를 포함하고, 밴드는 전도성 영역(120) 및 비전도성 영역(130)으로 구성된다.
밴드(110)는 전도성 섬유로 편성(knitting)된 전도성 영역(120)과 비전도성 섬유로 편성된 비전도성 영역(130)으로 구성된다. 밴드(110)는 전도성 섬유 및 비전도성 섬유로 편성된 편물(knit)로, 직물(woven)과 비교하여 신축성, 통기성, 흡수성이 우수하다. 일 실시 예에 따르면, 밴드(110)는 사용자의 신체, 특히, 팔 또는 다리에 착용하기 용이한 형태(예를 들어, 토시)로 제작될 수 있다.
전도성 영역(120)과 비전도성 영역(130)은 밴드(110)의 동일한 레이어 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 전도성 영역(120)의 표면 및 이면과 비전도성 영역(130)의 표면 및 이면은 겹치지 않게 편성될 수 있다. 이에 따라, 전도성 영역(120)의 패턴과 비전도성 영역(130)의 패턴이 겹치지 않게 형성될 수 있다. 밴드(110)는 복수의 전도성 영역(120)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 밴드(110)에는 복수의 전도성 영역(120a, 120b, 120c, 120d)이 어레이(array) 형태로 배열될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전도성 영역(120)은 가로 및 세로의 길이가 1.2cm이고, 복수의 전도성 영역(120a, 120b, 120c, 120d)간 중심 사이 거리는 2cm일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 전도성 섬유는 은(silver)을 포함하고, 비전도성 섬유는 바이오맥스(biomax)를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 전도성 섬유는 스판덱스(spandex)와 고무(rubber)를 더 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 비전도성 섬유는 스판덱스와 고무를 더 포함할 수 있다. 사용자가 스판덱스와 고무를 포함하는 비전도성 섬유를 이용하여 편성된 밴드(110)를 착용하는 경우, 밴드(110)가 사용자의 신체에 밀착하여 접촉되고, 이에 따라, 전도성 영역(120)에서 사용자의 근전도 신호를 습득하는 것이 용이할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 근전도 측정 장치의 제조 방법은 비전도성 섬유로 비전도성 영역이 편성되는 단계 및 전도성 섬유로 전도성 영역이 편성되어, 밴드가 제조되는 것을 포함하되, 비전도성 영역이 편성되는 단계 및 전도성 영역이 편성되는 단계는 적어도 두 번 이상 교번하여 연속적으로 수행된다.
일 실시 예에 의하면, 비전도성 영역이 편성되는 단계 및 전도성 영역이 편성되는 단계는 인타샤(Intarsia) 기법에 의해 이루어질 수 있다. 비전도성 영역과 전도성 영역이 인타샤 기법으로 편성되는 경우, 비전도성 영역의 표면 및 이면과 전도성 영역은 표면 및 이면은 겹치지 않게 편성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 비전도성 섬유로 비전도성 영역이 1차 편성되고(S110), 전도성 섬유로 전도성 영역이 1차 편성되고(S120), 다시 비전도성 섬유로 비전도성 영역이 2차 편성되고(S130), 전도성 섬유로 전도성 영역이 2차 편성될 수 있다(S140).
구체적으로, 도 2를 참조하면, 비전도성 섬유를 이용하여 비전도성 영역(130a)이 편성될 수 있다. 이어서(sequentially), 비전도성 섬유는 전도성 섬유로 교환되고, 전도성 섬유를 이용하여 전도성 영역(120a)이 편성될 수 있다. 이어서, 전도성 섬유는 다시 비전도성 섬유로 교환되고, 비전도성 섬유를 이용하여 비전도성 영역(130b)이 편성될 수 있다. 이어서, 비전도성 섬유가 다시 전도성 섬유로 교환되고, 전도성 섬유를 이용하여 전도성 영역(120b)이 편성될 수 있다. 이어서, 전도성 섬유는 다시 비전도성 섬유로 교환되고, 비전도성 섬유를 이용하여 비전도성 영역(130c)이 편성될 수 있다. 이어서, 비전도성 섬유가 다시 전도성 섬유로 교환되고, 전도성 섬유를 이용하여 전도성 영역(120c)이 편성될 수 있다. 이어서, 전도성 섬유는 다시 비전도성 섬유로 교환되고, 비전도성 섬유를 이용하여 비전도성 영역(130d)이 편성될 수 있다. 이어서, 비전도성 섬유가 다시 전도성 섬유로 교환되고, 전도성 섬유를 이용하여 전도성 영역(120d)이 편성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 설명하기 위한 정면도이다.
도 4를 참조하면, 근전도 측정 장치는 밴드(110) 외에, 전선(140) 및 커넥터(150)를 더 포함한다.
전선(140)의 일단은 밴드(110)의 전도성 영역(120)에 전기적으로 연결되고, 전선(140)의 타단은 커넥터(150)에 연결된다. 전선(140)은 구리 선이 절연 코팅된 것 일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전선(140)의 일단은 절연 코팅이 제거되어 구리 선이 노출되고, 구리 선은 전도성 재질의 연결 섬유를 이용하여 전도성 영역(120)에 편성될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 밴드(110)의 전도성 영역(120)에 스냅 버튼을 고정하고, 전선(140)의 일단을 스냅 버튼에 연결할 수 있다.
커넥터(150)는 전선(140)을 통해, 복수의 전도성 영역(120)에서 수집된 근전도 신호를 전송 받아, 증폭기(amplifier)로 전송한다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 전선(140)이 밴드(110)의 전도성 영역(120)에 전기적으로 연결되는 방법에 대해 자세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 구리 선 연결 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5의 실제 사진이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 전선(140)의 일단은 절연 코팅이 제거되어, 구리 선(142)이 노출된다. 구리 선(142)은 링 형태의 고리를 형성하고, 구리 선(142)의 상기 고리는 전도성 재질의 연결 섬유(144)를 이용하여 전도성 영역(120) 상에 편성된다. 일 실시 예에 따르면, 구리 선(142)의 상기 고리는 버튼홀 스티치(buttonhole stitch) 기법을 이용하여, 전도성 영역(120) 상에 편성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 연결 섬유(144)는 전도성 섬유와 동일한 섬유일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 구리 선 연결 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 7의 실제 사진이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 밴드(110)의 전도성 영역(120)에 스냅 버튼(146)이 고정되고, 전선(140)의 일단이 스냅 버튼(146)에 연결된다. 일 실시 예에 따르면, 전도성 영역(120)의 가로 및 세로 길이가 1.2cm인 경우, 스냅 버튼(146)의 지름은 0.8cm일 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 근전도 측정 장치는 내측 밴드(110)와 외측 밴드(160)를 포함한다. 내측 밴드는 도 1 내지 도 8에서 설명한 밴드(110)와 동일한 구조로 제공될 수 있다.
외측 밴드(160)는 비전도성 영역(130)으로만 구성되며, 내측 밴드(110)를 감싼다. 외측 밴드(160)는 내측 밴드(110)에 밀착되어 내측 밴드(110)를 감쌀 수 있다.
도 9를 참조하면, 제2 실시 예에 따른 근전도 측정 장치는, 외측 밴드(160)와 내측 밴드(110)가 별도의 레이어를 구성하여, 근전도 측정 장치는 두 겹의 레이어로 제공된다.
도 10을 참조하면, 제3 실시 예에 따른 근전도 측정 장치는, 외측 밴드(160)는 내측 밴드(110) 일 단부에 일체로 편성될 수 있다. 근전도 측정 장치를 신체에 착용하는 경우, 내측 밴드(110)를 신체에 삽입 및 밀착시킨 후, 외측 밴드(160)를 위로 접어 두 겹으로 착용할 수 있다.
근전도 측정 장치를 신체에 착용할 경우, 내측 밴드(110)는 신체에 밀착되며, 외측 밴드(160)는 내측 밴드(110)를 감싸게 된다. 이에 따라, 내측 밴드가 포함하는 전도성 영역(120)이 외부 노이즈(noise)에 노출되는 위험이 차단되어, 정확한 근전도 신호의 측정이 가능하다. 또한, 전도성 영역(120)에 연결되어, 측정된 근전도 신호를 전송하는 전선이 외부에 노출되는 것이 방지되어, 안정적인 근전도 신호의 전송이 가능하다.
도 11은 종래 기술에 따른 근전도 측정 장치와 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 측정 결과를 비교한 도면이다.
도 11을 참조하면, 도 11의 (a)는 종래 기술에 따른 근전도 측정 장치를 이용하여 근전도를 측정한 결과이고, 도 11의 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 이용하여 근전도를 측정한 결과이다.
종래 기술에 따른 근전도 측정 장치와 비교하여, 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치를 이용하는 경우, 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio, S/N ratio)가 증가된, 깨끗한 신호가 획득되어 보다 정확한 근전도 측정이 가능하다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따른 근전도 측정 장치의 측정 결과이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 근전도 측정 장치를 팔에 착용한 뒤, 각 위치(1 내지 8)에서의 근전도를 측정하였다. 각 위치(1 내지 8)에서 동시에 개별적인 근전도 측정이 가능하며, 이에 따라 획득된 근전도 신호들은 신호 대 잡음 비가 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 근전도 측정 장치를 이용하여 근전도를 측정하는 경우, 다양한 부위에서 동시에 근전도를 측정하여, 신체의 동작 형태에 따른 근전도 신호의 패턴을 측정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 근전도 측정 장치를 스마트 웨어 기반의 헬스 케어 제품에 확장하여 이용할 수 있다. 구체적으로, 근전도 측정 장치를 의복 형태로 제작하여 착용하는 경우, 신체의 운동에 따른 근전도 신호의 패턴을 통해 힘의 강약 및 힘의 불균형을 측정할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
110: 밴드
120: 전도성 영역
130: 비전도성 영역
140: 전선
142: 구리 선
144: 연결 섬유
146: 스냅 버튼
150: 커넥터
160: 외측 밴드

Claims (7)

  1. 신체 팔에 착용되어 근전도를 측정할 수 있는 근전도 측정 장치에 있어서,
    전도성 섬유로 편성(knitting)된 전도성 영역과 비전도성 섬유로 편성된 비전도성 영역으로 구성된 내측 밴드; 및
    상기 내측 밴드의 일 단부와 일체로 편성되고, 비전도성 섬유로만 편성되어 비전도성 영역만으로 구성된 외측 밴드를 포함하고,
    상기 내측 밴드는 상기 전도성 영역과 상기 비전도성 영역이 인타샤 기법에 의해 편성되어, 상기 비전도성 영역의 표면 및 이면과 상기 전도성 영역의 표면 및 이면이 서로 겹쳐지는 영역을 포함하지 않고 동일한 레이어 상에 위치하는 편물로 제공되고,
    상기 외측 밴드는 표면 및 이면이 상기 내측 밴드의 표면 및 이면과 동일한 레이어 상에 위치하는 편물로 제공되며,
    상기 비전도성 섬유는 바이오맥스(biomax), 스판덱스(spandex), 그리고 고무(rubber)를 포함하고, 상기 전도성 섬유는 은(silver), 스판덱스(spandex), 그리고 고무(rubber)를 포함하며,
    상기 내측 밴드가 상기 신체 팔에 삽입 및 밀착된 상태에서, 상기 내측 밴드와 상기 외측 밴드의 경계 영역을 기준으로 상기 외측 밴드를 상기 내측 밴드 측으로 접을 경우 상기 외측 밴드가 상기 내측 밴드의 상기 전도성 영역을 감싸도록 제공되는 근전도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밴드에는 복수의 상기 전도성 영역이 어레이(array) 형태로 배열되는 근전도 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    절연 코팅이 제거된 영역의 구리 선이 링 형상의 고리를 형성하는 전선; 및
    상기 전선의 고리를 따라 상기 전도성 영역에 편성되어 상기 전선의 고리를 상기 전도성 영역에 전기적으로 연결하는 전도성 재질의 연결 섬유를 더 포함하는 근전도 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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