KR20090050232A - 암 진단 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 암 진단 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 암 진단 장치는 암을 진단하고자 하는 조직에 포함된 형광체들을 여기시키는 광원을 출력하는 광원부, 상기 광원에 대한 상기 조직으로부터 출력되는 신호를 모아주는 적분구, 상기 적분구에 의해 모아진 신호를 파장별로 분광하는 분광기 및 상기 조직의 암 여부를 진단할 수 있도록 상기 분광기에 의해 분광된 파장별 데이터를 표시하고 관리하는 관리부를 포함한다.
암 진단, 적분구, 구강 암, NADH, 콜라겐(collagen)

Description

암 진단 장치 및 그 방법{CANCER DETECTION APPARATUS AND METHOD USING THEREOF}
본 발명은 암 진단에 관한 것으로서, 상세하게는 암을 진단하고자 하는 조직에 광원을 조사하고, 조직으로부터 출력된 광원에 대한 신호를 적분구를 이용하여 모은 후 파장별로 분광하여 조직에 대한 파장별 데이터를 얻음으로써, 조직의 암 여부를 진단할 수 있는 암 진단 장치 및 그 방법에 대한 것이다.
일반적으로 암을 진단하는 과정은 외과적 수술을 통한 생체검사 후 슬라이드를 제작하여 염색한 후 현미경 등을 통해 진단한다. 생체검사를 통한 암 진단 방법은 정확하게 진단할 수 있다는 장점이 있는 반면 소요되는 시간이 많다는 단점이 있다.
X-ray, CT(Computer Tomography) 및 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 등과 함께 영상 내시경을 사용하여 암을 진단할 수 있지만, 결과물을 통해 육안으로 암의 전이 여부를 확인하기 때문에 정확한 진단이 어려운 단점이 있다.
또한, 종양 특이적 포토젬(Photogem) 등의 광감각제를 주입한 상태에서 필터링된 청색광으로 광감각된 병변을 관찰했을 때 형광을 나타내는 부분을 관찰하는 광학적인 암 진단 방법이 있는데, 이와 같은 종래 광학적인 암 진단 방법은 광감각제를 주입하기 위한 처리시간이 길고, 조직의 미약한 신호를 잡기 힘들다는 단점이 있다. 또한, 환자에게 광감각제를 주입함으로써, 환자에게 불편함을 줄 수 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 암을 진단하고자 하는 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호를 적분구를 이용하여 모으고, 파장별로 분광하여 얻어진 파장별 데이터를 기초로 암 여부를 진단함으로써, 암 여부를 진단하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있는 암 진단 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 적분구를 이용하여 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호를 모음으로써, 조직에 대한 암 여부를 정밀하게 진단할 수 있는 암 진단 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 적분구를 사용하여 정상 조직과 암을 진단하고자 하는 조직에 포함된 광학 요소들의 차이를 측정함으로써, 정상 조직과의 정밀한 비교가 가능하고, 작은 영역에 대해 암 여부를 정확하게 진단할 수 있는 암 진단 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 관점에 따른 암 진단 장치는 암을 진단하고자 하는 조직에 포함된 형광체들을 여기시키는 광원을 출력하는 광원부, 상기 광원에 대한 상기 조직으로부터 출력되는 신호를 모아주는 적분구, 상기 적분구에 의해 모아진 신호를 파장별로 분광하는 분광기 및 상기 조직의 암 여부를 진단할 수 있도록 상기 분광기에 의해 분광된 파장별 데이터를 표시하고 관리하는 관 리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 암 진단 장치는 상기 광원부에 의해 출력된 광원을 상기 조직에 모아주는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 암 진단 장치는 상기 적분구에 연결되어 상기 조직으로 상기 광원을 출력하고, 상기 조직으로부터 출력되는 신호를 상기 적분구로 출력하는 광 프루브를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 광원부는 구강 암을 진단하기 위한 상기 광원을 출력할 수 있고, 400~600[nm]의 파장 범위를 갖는 광원을 출력할 수 있다.
이때, 상기 적분구는 상기 조직을 통과하는 상기 광원에 대한 신호를 모아 상기 분광기로 출력할 수 있고, 상기 조직에 의해 반사되는 상기 광원에 대한 신호를 모아 상기 분광기로 출력할 수도 있다.
이때, 상기 관리부는 기 저장된 정상 조직에 대한 파장별 데이터 및 상기 조직에 대한 파장별 데이터 중 적어도 어느 하나를 함께 표시할 수 있다.
본 발명의 한 관점에 따른 암 진단 방법은 광원을 암을 진단하고자 하는 조직에 조사하는 단계, 상기 광원에 대한 상기 조직으로부터 출력되는 신호를 적분구를 이용하여 모으는 단계, 상기 적분구에 의해 모아진 신호를 파장별로 분광하는 단계 및 상기 조직의 암 여부를 진단할 수 있도록 분광된 상기 파장별 데이터를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 적분구를 이용하여 모으는 단계는 상기 조직을 통해 출력되는 상기 광원에 대한 신호를 상기 적분구를 이용하여 모을 수 있다.
이때, 상기 적분구를 이용하여 모으는 단계는 상기 조직에 의해 반사되는 상기 광원에 대한 신호를 상기 적분구를 이용하여 모을 수 있다.
본 발명은 암을 진단하고자 하는 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호를 적분구를 이용하여 모으고, 파장별로 분광하여 얻어진 파장별 데이터를 기초로 암 여부를 진단함으로써, 암 여부를 진단하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 적분구를 이용하여 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호를 모음으로써, 조직에 대한 암 여부를 정밀하게 진단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 적분구를 사용하여 정상 조직과 암을 진단하고자 하는 조직에 포함된 광학 요소들의 차이를 측정함으로써, 정상 조직과의 정밀한 비교가 가능하고, 작은 영역에 대해 암 여부를 정확하게 진단할 수 있는 효과가 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 암 진단 장치 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 5을 참조하여 상세히 설명한다.
암 조직은 정상 조직에 비해 세포의 대사활동이 활발하므로, 구성 성분 및 구조가 다르고, 이에 따라 광학적인 성질의 차이를 보인다.
이런 암 조직을 광학적으로 진단하는 광학적인 암 진단 방법은 비침윤적이며 광섬유를 이용하여 체외 및 체내에서의 진단이 가능하기 때문에 암이 발생할 수 있는 대부분의 영역에서 응용이 가능한 장점이 있다.
적분구(Integrating Sphere)는 광원의 광학 특성을 측정하는 데 이용되는 것으로, 내부에 실질적으로 구형상의 중공이 형성되어 있고, 중공의 내주면은 입사된 광을 확산 반사하도록 표면 처리되어 있으며 외부 환경에 대한 오류를 최소화하여 광학적인 기질의 차이를 정확히 찾아준다.
또한, 적분구는 소형화가 가능하므로 의료 장비 및 암 진단 시스템 등에서 적용하는 경우 우수한 장점을 가질 수 있다.
본 발명은 이러한 적분구를 이용하여 광학적인 암 진단을 수행하고자 하는 것으로, 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호를 적분구를 이용하여 모은 후 조직의 암 여부를 진단하는 것을 그 요지로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 암 진단 장치에 대한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 암 진단 장치는 광원부(110), 렌즈(120), 적분구(130), 분광기(140) 및 관리부(150)를 포함한다.
광원부(110)는 암을 진단하고자 하는 조직 즉, 진단 조직에 포함된 형광체들을 여기시키기 위한 광원을 출력한다.
이때, 광원부(110)는 암을 진단하고자 하는 조직에 포함된 형광체들의 광학적인 특성에 따라 출력하는 광원의 파장이 달라질 수 있다.
일 예로, 구강 암을 진단하고자 하는 경우 광원부(110)는 400~600[nm]의 파장을 갖는 광원을 출력할 수 있는데, 이는 구강 암을 진단하는데 있어서 정상 구강 조직과의 광학적인 성질의 차이를 갖는 형광체들인 NADH(Nicotinamide Adenine Dinucleotide Hydrogen) 및 콜라겐(Collagen)이 450[nm], 540[nm] 대역 각각에서 광학적인 특성을 갖기 때문이다. 즉, 구강 암 조직의 경우 광원부(110)는 450[nm] 영역(NADH)과 540[nm] 영역(Collagen)에서 광학적으로 투과가 적으며 흡수 및 반사가 큰 특성을 이용하여 구강 암을 진단할 수 있도록 400~600[nm]의 파장을 갖는 광원을 출력한다.
광원부(110)는 광원을 출력하는 수단을 구비하는 것이 바람직하고, 광원을 출력하는 수단으로는 할로겐 램프 및 제논(Xenon) 램프를 포함할 수 있다.
렌즈(120)는 광원부(110)에 의해 출력된 광원을 암을 진단하고자 하는 조직에 모아주는 기능을 수행한다.
즉, 렌즈(120)는 광원부(110)로부터 출력되는 광원을 암 진단 조직으로 효과적으로 전달한다.
적분구(130)는 렌즈(120)를 통해 조직으로 전달된 광원에 대해 조직으로부터 출력되는 광학적인 신호를 모아서 출력한다.
적분구(130)에서 모아서 출력하는 광학적인 신호는 암을 진단하고자 하는 조직의 위치에 따라 달라질 수 있는데, 일 예로, 진단 조직이 렌즈(120)와 적분구(130) 사이에 위치하는 경우 적분구(130)는 진단 조직을 통과하는 광원에 대한 신호를 모아서 출력하고, 도 1에 도시된 바와 같이 진단 조직이 적분구(130) 뒤에 위치하는 경우 적분구(130)는 진단 조직에서 반사되는 광원에 대한 신호를 모아서 출력한다.
여기서, 적분구(130)는 외부 환경에 대한 오류를 줄이고, 조직으로부터 출력되는 광학적인 신호를 최대한 모아서 출력하기 때문에 조직의 암 여부를 정확하게 진단할 수 있다.
분광기(140)는 적분구(130)로부터 출력되는 진단 조직의 광학적인 신호를 파장별로 분광하여 파장별로 분광된 데이터를 출력한다.
즉, 분광기(140)는 조직으로부터 출력되고 적분구(130)에 의해 모아진 신호를 관리부(150)에서 파장별 데이터로 표시할 수 있도록 파장별로 분광하여 출력한다.
관리부(150)는 분광기(140)에 의해 분광된 파장별 데이터를 표시하며, 본 발명에 따른 암 진단 장치의 전반적인 과정을 관리한다. 예컨대, 암 진단 장치에 의해 진단될 암 조직 각각에 대한 파장별 데이터 및 정상 조직에 대한 파장별 데이터를 관리하고, 암 진단의 시작 및 종료 등과 같은 암 진단 장치의 전반적인 기능을 관리한다.
이때, 관리부(150)는 암 진단 조직으로부터 출력된 광원에 대한 신호의 파장별 데이터를 암 조직에 대한 파장별 데이터 및 정상 조직에 대한 파장별 데이터 중 적어도 어느 하나와 함께 표시할 수 있다.
여기서, 정상 조직에 대한 파장별 데이터는 암 진단 조직을 진단할 때 사용된 동일한 조건 하에서 측정되는 것이 바람직하다. 즉, 정상 조직에 대한 파장별 데이터가 반사율 데이터인 경우 진단 조직에 대한 파장별 데이터 또한 반사율 데이터가 되어야 하고, 정상 조직에 대한 파장별 데이터가 투과율 데이터인 경우 진단 조직에 대한 파장별 데이터 또한 투과율 데이터가 되어야 하며, 정상 조직에 대한 파 장별 데이터가 흡수율 데이터인 경우 진단 조직에 대한 파장별 데이터 또한 흡수율 데이터가 되어야 한다.
관리부(150)를 통해 표시되는 데이터 즉, 진단하고자 하는 진단 조직에 대한 파장별 데이터 및 정상 조직에 대한 파장별 데이터 또는 진단 조직에 대한 파장별 데이터 및 암 조직에 대한 파장별 데이터를 기초로 진단 조직의 암 여부를 판단할 수 있다.
또한, 도 1에 도시되지는 않았지만, 암 진단 장치는 체내 진단을 할 수 있도록 광 프루브(probe)를 구비할 수 있는데, 광 프루브는 렌즈(120)에 의해 모아진 광원을 조직으로 출력하고, 조직으로부터 출력된 광원에 대한 신호를 수신하여 적분구(130)로 출력할 수 있다.
일 예로, 광 프루브는 중심에 한 개의 광 프루브와 주변의 6개의 광 프루브로 이루어질 수 있는데, 중심에 위치한 광 프루브는 렌즈(120)를 통해 모아진 광원을 수신하여 조직에 전달하고, 주변에 위치한 6개의 광 프루브는 진단 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호를 수신하여 적분구(130)로 출력한다.
광 프루브를 이용하여 진단 조직에 광원을 출력하면 조직의 흡수율에 대한 오류를 최소화할 수 있기 때문에 보다 정확한 암 진단이 가능하다.
이런 광 프루브는 렌즈(120)를 통해 입력된 광원을 진단 조직으로 출력하고 진단 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호를 적분구(130)로 출력할 수 있도록 적분구(130)에 장착되는 것이 바람직하다. 즉, 광 프루부는 렌즈(120)를 통해 수신된 광원을 조직으로 출력하고 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호를 수신하 여 적분구(130)로 출력할 수 있도록 적분구(130)의 뒤편에 장착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 암 진단 장치에 대해 도 2 내지 도 4를 참조하여 조금 더 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 4는 구강 암 진단에 대한 일 예시도들로서, 구강 암에 대한 데이터를 기초로 설명한다.
도 2는 구강 암 조직 및 정상적인 구강 조직의 반사율에 대한 파장별 데이터를 보인 일 예시도이다.
도 3은 구강 암 조직 및 정상적인 구강 조직의 투과율에 대한 파장별 데이터를 보인 일 예시도이다.
도 4는 구강 암 조직 및 정상적인 구강 조직의 흡수율에 대한 파장별 데이터를 보인 일 예시도이다.
도 2 내지 도 4에서 알 수 있듯이, 암 조직은 정상 조직과 비교할 때 반사율이 높고, 투과율이 낮으며 흡수율이 높은 것을 알 수 있다.
구강 조직에 포함되어 있는 형광체인 세포 성장을 촉진하는 NADH 및 암 전이에 필요한 혈관을 생성하는 콜라겐은 구강 암에 직접적으로 관여하는 인자로서, NADH 및 콜라겐의 파장 영역인 450[nm]와 540[nm]에서의 반사율, 투과율 및 흡수율 데이터를 기초로 정상 조직 및 암 조직을 구분한다.
즉, 본 발명은 구강 암 진단의 경우 NADH 및 콜라겐의 반사율, 투과율 및 흡수율을 기초로 구강 조직의 암 여부를 진단한다.
일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 진단하고자 하는 구강 조직에 대한 NADH 및 콜라겐의 반사율이 기 저장된 정상 조직에 대한 NADH 및 콜라겐의 반사율보다 일정 이상 높으면 암 조직으로 판단할 수 있다. 물론, 반대로 진단 조직에 대한 NADH 및 콜라겐의 반사율이 구강 암 조직에 대한 NADH 및 콜라겐의 반사율에 가까우면 암 조직으로 판단하고, 일정 이하 낮으면 정상 조직으로 판단할 수도 있다.
다른 일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 진단하고자 하는 구강 조직에 대한 NADH 및 콜라겐의 투과율이 정상 조직에 대한 NADH 및 콜라겐의 투과율보다 일정 이하 낮으면 암 조직으로 판단할 수 있다.
또 다른 일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 진단하고자 하는 구강 조직에 대한 NADH 및 콜라겐의 흡수율이 정상 조직에 대한 NADH 및 콜라겐의 흡수율보다 일정 이상 높으면 암 조직으로 판단할 수 있다.
도 2 내지 도 4에서 알 수 있듯이, 구강 조직의 구강 암 진단 여부에 있어서, 진단하고자 하는 구강 조직의 NADH 및 콜라겐에 대한 데이터와 정상 조직의 NADH 및 콜라겐에 대한 데이터간의 비교를 통해 구강 암 여부를 진단할 수 있는데, 암 여부를 진단하기 위한 진단 조직에 대한 데이터와 정상 조직에 대한 데이터간의 비교 범위는 상황에 따라 달라질 수 있다
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 암 진단 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 암 진단 방법은 광원을 생성하고, 생성된 광원을 암을 진단하고자 하는 진단 조직에 조사한다(S510).
이때, 광원의 파장 영역은 진단하고자 하는 조직에 포함된 형광체들의 파장 영역에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 구강 암 진단의 경우 광원의 파장 영역은 구강 조직에 포함된 형광체인 NADH 및 콜라겐을 포함할 수 있는 파장 영역 예를 들어, 400~600[nm]의 파장 영역을 갖는 것이 바람직하다.
광원이 진단 조직에 조사되면 진단 조직으로부터 광원에 대한 광학적인 신호가 출력되고, 적분구를 이용하여 진단 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호를 모은 후 분광기를 이용하여 파장별로 분광한다(S520, S530).
이때, 진단 조직으로부터 출력되는 광원에 대한 신호는 진단 조직을 통과하는 광원에 대한 신호이거나 진단 조직에 의해 반사되는 광원에 대한 신호일 수 있다.
진단 조직의 암 여부를 진단할 수 있도록 광원에 대한 분광된 파장별 데이터를 표시한다(S540).
여기서, 진단 조직의 파장별 데이터를 정상 조직의 파장별 데이터 및 암 조직의 파장별 데이터 중 적어도 어느 하나와 표시하여 진단 조직의 암 발생 여부를 판단하기 쉽게 할 수도 있다.
물론, 정상 조직의 파장별 데이터 및 암 조직의 파장별 데이터는 동일한 조건 하에서 측정되어 기 저장되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한, 암 진단 장치 및 그 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 암 진단 장치에 대한 구성도이다.
도 2는 구강 암 조직 및 정상적인 구강 조직의 반사율에 대한 파장별 데이터를 보인 일 예시도이다.
도 3은 구강 암 조직 및 정상적인 구강 조직의 투과율에 대한 파장별 데이터를 보인 일 예시도이다.
도 4는 구강 암 조직 및 정상적인 구강 조직의 흡수율에 대한 파장별 데이터를 보인 일 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 암 진단 방법에 대한 동작 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 광원부
120: 렌즈
130: 적분구
140: 분광기
150: 관리부

Claims (12)

  1. 암을 진단하고자 하는 조직에 포함된 형광체들을 여기시키는 광원을 출력하는 광원부;
    상기 광원에 대한 상기 조직으로부터 출력되는 신호를 모아주는 적분구;
    상기 적분구에 의해 모아진 신호를 파장별로 분광하는 분광기; 및
    상기 조직의 암 여부를 진단할 수 있도록 상기 분광기에 의해 분광된 파장별 데이터를 표시하고 관리하는 관리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 암 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 암 진단 장치는
    상기 광원부에 의해 출력된 광원을 상기 조직에 모아주는 렌즈
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 암 진단 장치는
    상기 적분구에 연결되어 상기 조직으로 상기 광원을 출력하고, 상기 조직으로부터 출력되는 신호를 상기 적분구로 출력하는 광 프루브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암 진단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는
    구강 암을 진단하기 위한 상기 광원을 출력하는 것을 특징으로 하는 암 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광원부는
    400[nm] ~ 600[nm]의 파장 범위를 갖는 광원을 출력하는 것을 특징으로 하는 암 진단 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 형광체들은
    NADH(Nicotinamide Adenine Dinucleotide Hydrogen) 및 콜라겐(collagen)인 것을 특징으로 하는 암 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적분구는
    상기 조직을 통과하는 상기 광원에 대한 신호를 모아 상기 분광기로 출력하는 것을 특징으로 하는 암 진단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적분구는
    상기 조직에 의해 반사되는 상기 광원에 대한 신호를 모아 상기 분광기로 출력하는 것을 특징으로 하는 암 진단 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 관리부는
    기 저장된 정상 조직에 대한 파장별 데이터 및 상기 조직에 대한 파장별 데이터 중 적어도 어느 하나를 함께 표시하는 것을 특징으로 하는 암 진단 장치.
  10. 광원을 암을 진단하고자 하는 조직에 조사하는 단계;
    상기 광원에 대한 상기 조직으로부터 출력되는 신호를 적분구를 이용하여 모으는 단계;
    상기 적분구에 의해 모아진 신호를 파장별로 분광하는 단계; 및
    상기 조직의 암 여부를 진단할 수 있도록 분광된 상기 파장별 데이터를 표시하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 암 진단 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적분구를 이용하여 모으는 단계는
    상기 조직을 통해 출력되는 상기 광원에 대한 신호를 상기 적분구를 이용하여 모으는 것을 특징으로 하는 암 진단 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 적분구를 이용하여 모으는 단계는
    상기 조직에 의해 반사되는 상기 광원에 대한 신호를 상기 적분구를 이용하여 모으는 것을 특징으로 하는 암 진단 방법.
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