KR20090131542A - The electrode for the contact/noncontact measurement of biosignal based on conductive fabric - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생체신호 측정을 위한 전도성 섬유기반 접촉/비접촉식 전극에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive fiber based contact / contactless electrode for biosignal measurement.
특히 본 발명은 각각의 전극이 다중 채널을 형성하도록 구성되는 어레이(array) 전극을 사용함으로써 동적 상황에서도 안정된 생체신호를 검출할 수 있도록 한 전도성 섬유기반 접촉식 생체신호 측정전극에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a conductive fiber-based contact biosignal measuring electrode capable of detecting a stable biosignal even in a dynamic situation by using an array electrode configured to form each channel in multiple channels.
또한 본 발명은 각 활성 전극을 휴대 가능한 배터리와 일체로 결합하여 자체적으로 동작하는 독립 구동방식(stand alone)으로 구성함으로써 불필요한 전원선을 줄이고 도전성 섬유로 된 쉴드 부재를 사용함으로써 노이즈를 줄일 수 있도록 하고, 스냅 버튼형 전극을 사용함으로써 쉽게 탈부착이 가능하도록 한 전도성 섬유기반 비접촉식 생체신호 측정전극에 관한 것이다.In addition, the present invention combines each active electrode integrally with a portable battery to form a stand-alone operation that operates itself to reduce unnecessary power lines and to reduce noise by using a shield member made of conductive fiber. The present invention relates to a conductive fiber-based non-contact biosignal measuring electrode that is easily detachable by using a snap button electrode.
기존의 심전도 측정 방식은 Klaus-Peter Hoffmann의 연구결과에서 볼 수 있듯이 전도성 섬유를 이용한 단일 채널(single-channel)전극으로 측정 및 신호를 획득할 수 있었다. 그러나 이러한 기존의 구성에서는 정적 상황에서는 안정된 신호를 얻을 수 있으나, 동적 상황에서는 호흡 등에 의한 입력 임피던스의 불일치로 인하여 불안정한 신호를 얻게 되는 문제점이 발생하게 된다.The conventional electrocardiogram measurement method can be measured and acquired with a single-channel electrode using conductive fibers, as shown by Klaus-Peter Hoffmann's research. However, in such a conventional configuration, a stable signal can be obtained in a static situation, but in a dynamic situation, there is a problem that an unstable signal is obtained due to a mismatch in input impedance due to respiration.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 각각의 전극이 다중 채널을 형성하도록 구성되는 어레이 전극을 사용함으로써 동적 상황에서도 안정된 생체신호를 검출할 수 있도록 한 전도성 섬유기반 접촉식 생체신호 측정전극을 제공하는 것이 목적이 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a conductive fiber-based contact type bio-signal measuring electrode that can detect a stable bio-signal under dynamic conditions by using an array electrode configured to form each of the multi-channel electrode There is a purpose.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 활성 전극을 휴대 가능한 보조전원과 일체로 결합하여 자체적으로 구동되는 독립 구동방식의 전극을 형성함으로써 불필요한 전원선을 줄이고 도전성 섬유로 된 쉴드 부재를 사용함으로써 노이즈를 줄일 수 있도록 하고, 스냅 버튼형 전극을 사용함으로써 쉽게 탈부착이 가능하도록 한 전도성 섬유기반 비접촉식 생체신호 측정전극을 제공하는 것에 목적이 있다.In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to combine the active electrode with a portable auxiliary power source integrally to form a self-driven self-driven electrode to reduce unnecessary power lines and noise by using a shield member made of conductive fibers It is an object of the present invention to provide a conductive fiber-based non-contact biosignal measuring electrode that can be easily attached and detached by using a snap button electrode.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 생체신호 측정을 위한 전극에 있어서, 전도성 섬유로 구성되며 전기적으로 분리된 상태로 서로 이격되게 피부에 부착되어 생체신호를 각각 측정하는 다수의 섬유전극으로 이루어지고, 상기 각 전극에서 측정되는 생체신호를 콘트롤러에 전송할 수 있도록 각각의 섬유전극을 콘트롤러와 전기적으로 연결하는 다수의 콘트롤러 연결부를 포함하는 다중 채널 전극부; 상기 섬유전극과 피부 사이에 부착되어 상기 다중 채널 전극부의 각 섬유전극을 주변 노이즈로부터 차폐하는 전도성 섬유의 쉴드 부재를 포함하는 전도성 섬유 기반의 접촉식 생체신호 측정전극이다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in the electrode for measuring the bio-signal, a plurality of electrodes consisting of conductive fibers and attached to the skin spaced apart from each other in an electrically separated state to measure the bio-signal respectively A multi-channel electrode unit comprising a plurality of controller connection units formed of fiber electrodes, the plurality of controllers electrically connecting the fiber electrodes to the controllers so as to transmit the bio signals measured at each electrode to the controllers; A conductive fiber-based contact biosignal measuring electrode including a shield member of a conductive fiber attached between the fiber electrode and the skin to shield each fiber electrode of the multichannel electrode part from ambient noise.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 생체신호 측정을 위한 전극에 있어서, 전기적으로 분리된 상태로 피부에 부착되어 생체신호를 각각 측정하는 다수의 섬유전극으로 이루어지며, 상기 각 전극에서 측정되는 생체신호를 콘트롤러에 전송할 수 있도록 각각의 섬유전극을 콘트롤러와 전기적으로 연결하는 다수의 콘트롤러 연결부를 포함하는 다중 채널 전극부; 상기 섬유전극과 피부 사이에 부착되어 상기 다중 채널 전극부의 각 섬유전극을 주변 노이즈로부터 차폐하는 전도성 섬유의 쉴드 부재; 상기 쉴드 부재 상에 부착되어 상기 다중 채널 전극부의 섬유전극과 쉴드부재를 전기적으로 분리시키는 절연부재; 상기 각각의 콘트롤러 연결부에 인출선을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 다중 채널 전극부의 각 섬유전극에서 검출되는 생체신호를 각각 수신하여 증폭하는 다수의 신호 증폭기;를 포함하는 전도성 섬유 기반의 접촉식 생체신호 측정전극이다.According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, in the electrode for measuring the biological signal, it is made of a plurality of fiber electrodes attached to the skin in an electrically separated state and measuring the biological signal, respectively, A multi-channel electrode unit including a plurality of controller connection units electrically connecting the fiber electrodes to the controller so as to transmit bio signals measured at each electrode to the controller; A shield member of a conductive fiber attached between the fiber electrode and the skin to shield each fiber electrode of the multi-channel electrode part from ambient noise; An insulating member attached to the shield member to electrically separate the fiber electrode and the shield member from the multichannel electrode part; A conductive fiber-based contact biosignal including a plurality of signal amplifiers electrically connected to each of the controller connection parts through a leader line and receiving and amplifying the biosignals detected by the fiber electrodes of the multichannel electrode unit, respectively. It is a measuring electrode.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 생체신호 측정을 위한 전극에 있어서, 섬유에 착탈 가능한 스냅 버튼형으로 구성되어 인쇄회로기판의 일면에 탑재되며, 섬유에 부착된 상태로 생체신호를 측정하여 콘트롤러에 전송하는 전극; 전극과 신호 증폭기 및 콘트롤러와의 전기적 연결, 생체신호의 측정 및 전송, 탑재를 위한 배선이 패터닝된 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 다른 일면에 탑재되며 상기 전극에서 검출된 생체신호를 수신하여 증폭하는 고 임피던스 특성의 신호 증폭기; 상기 인쇄회로기판에 패터닝된 배선과 이격되는 상태로 상기 신호 증폭기의 후방에 탑재되며, 상기 신호 증폭기에 동작 전원을 공급하는 보조전원; 상기 인쇄회로기판의 다른 일면에 부착된 보조전원과 신호 증폭기를 둘러 감싸도록 설치되어 상기 인쇄회로기판에 탑재된 전극을 주변 노이즈로부터 차폐하는 전도성 섬유의 쉴드 부재;를 포함하는 전도성 섬유 기반의 비접촉식 생체신호 측정전극이다.According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, in the electrode for measuring the bio-signal, it is configured in the snap button type detachable to the fiber is mounted on one side of the printed circuit board, attached to the fiber An electrode for measuring a biosignal and transmitting the measured biosignal to a controller; A printed circuit board having a patterned wiring for electrical connection between the electrode, the signal amplifier, and the controller, measurement, transmission, and mounting of a biosignal; A signal amplifier having a high impedance characteristic mounted on the other surface of the printed circuit board and receiving and amplifying the biosignal detected by the electrode; An auxiliary power supply mounted behind the signal amplifier in a state spaced apart from the patterned wiring on the printed circuit board and supplying operating power to the signal amplifier; A conductive member based on a conductive fiber, comprising: a shield member made of conductive fiber which surrounds an auxiliary power supply and a signal amplifier attached to the other surface of the printed circuit board and shields an electrode mounted on the printed circuit board from ambient noise Signal measuring electrode.
상기 비접촉식 생체신호 측정전극은 보조전원의 절연을 위해 보조전원의 외부를 전체적으로 둘러 감싸는 절연부재를 더 포함할 수 있다.The non-contact biosignal measuring electrode may further include an insulating member surrounding the outside of the auxiliary power source as a whole to insulate the auxiliary power source.
본 발명에 의하면 전도성 섬유를 이용한 진보된 전극을 고안함으로써 움직임과 외부 잡음에 강인하고 전극 구성에 따라 비접촉 측정이 가능함으로써 언제 어디서든 사용자의 건강상태를 모니터링 할 수 있게 된다.According to the present invention, by designing an advanced electrode using a conductive fiber, it is resistant to movement and external noise, and can be measured without contact depending on the electrode configuration, so that the user's health can be monitored anytime and anywhere.
또한 본 발명에 의하면, 일상생활에서 비침습적이고 지속적인 건강상태 모니터링에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있으며 제작비용이 저렴하므로, 의료산업과 미래형 섬유 및 의류 산업 등과 결합하여 사용이 가능하게 되므로, 그 기대효과를 높일 수 있게 될 것이다.In addition, according to the present invention, the interest and demand for non-invasive and continuous health condition monitoring in everyday life is rapidly increasing and the production cost is low, so that it can be used in combination with the medical industry and the future textile and clothing industry, The expected effect will be increased.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 섬유 기반의 접촉식 생 체신호 측정전극의 한 구성예를 도시한 평면도와 단면도로서, 다수의 섬유전극(110)으로 다중 채널을 구성하는 다중 채널 전극부(100)와, 주변 노이즈 차폐를 위한 쉴드 부재(120)와, 섬유전극(110)과 쉴드 부재(120) 사이의 절연부재(130)로구성할 수 있으며, 다른 실시예로서 각 섬유전극에서 검출되는 생체신호를 수신 및 증폭하는 다수의 신호 증폭기(140)를 더 포함할 수 있다.1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view showing a configuration example of a conductive fiber-based contact bio signal measuring electrode according to an embodiment of the present invention, a multi-channel consisting of a plurality of
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 다중채널 전극부(100)는 전기적으로 분리된 상태로 서로 이격되게 피부에 부착되어 생체신호를 각각 측정하는 다수의 섬유전극(110)으로 이루어진다. 이 다수의 섬유전극(110)은 어레이(array) 전극으로서 각 전극이 전도성 섬유로 이루어지며, 상기 각 전극에서 측정되는 생체신호를 콘트롤러에 전송할 수 있도록 각각의 섬유전극을 콘트롤러와 전기적으로 연결하는 다수의 콘트롤러 연결부(111)를 포함하여 구성된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the
쉴드 부재(120)는 상기 섬유전극과 피부 사이에 부착되어 상기 다중 채널 전극부의 각 섬유전극을 주변 노이즈로부터 차폐한다. 이를 위하여 상기 쉴드부재는 전도성 섬유로 이루어지며, 상기 다중 채널 전극부 주변에 존재하는 전원 노이즈를 수신하여 바이패스시킬 수 있도록 접지로 연결되어 구성된다. The
절연 부재(130)는 상기 쉴드 부재 상에 부착되어 상기 다중 채널 전극부의 섬유전극(110)과 쉴드 부재(120)를 전기적으로 분리시킨다. 특히 이 절연부재는 상기 다중 채널 전극부를 구성하는 각 섬유전극의 유연성을 유지시킬 수 있도록 유연성을 가진 절연체로 구성되는 것이 바람직하다.The
신호 증폭부(140)는 각각의 콘트롤러 연결부에 인출선을 통해 전기적으로 연 결되며, 상기 다중 채널 전극부의 각 섬유전극에서 검출되는 생체신호를 각각 수신하여 증폭한다.The
도 3은 도 1 및 도 2에 예시된 전도성 섬유 기반의 접촉식 생체신호 측정전극의 사용예를 도시한 참고도이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명에 의한 전도성 섬유 기반의 접촉식 생체신호 측정전극을 각각 단일 채널과 다중 채널로 구성하여 심전도 파형을 측정한 결과를 예시한 그래프이다.3 is a reference diagram showing an example of the use of the conductive fiber-based contact biosignal measuring electrode illustrated in FIGS. This is a graph illustrating the results of measuring an electrocardiogram waveform by configuring electrodes in a single channel and multiple channels, respectively.
이들 그래프에 예시된 두 개의 파형은, 도 4a의 그래프의 경우(단일 채널 전극) 호흡에 의해 검출되는 신호의 베이스 라인이 드래프트되는 상태임을 알 수 있으며, 이에 반해 도 4b의 그래프의 경우(다중 채널 전극) 호흡에 의해 검출되는 신호의 베이스 라인이 드래프트되지 않고 안정적으로 나타나는 상태임을 확인할 수 있게 된다. 또한 이들 두 그래프의 경우 모두 노이즈가 조금씩은 나타나지만 도 4b가 도 4a에 비해 보다 깨끗한 신호가 나타나는 것을 확인할 수 있게 된다.The two waveforms illustrated in these graphs show that the baseline of the signal detected by respiration in the case of the graph of FIG. 4A (single channel electrode) is drafted, whereas the case of the graph of FIG. 4B (multichannel Electrode) It can be confirmed that the baseline of the signal detected by the breath is stably shown without being drafted. In addition, in the case of both of these graphs, the noise appears little by little, but it can be seen that FIG. 4B shows a cleaner signal than FIG. 4A.
이들 그래프에 예시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 채널(multi-channel) 전극부를 구성한 경우, 동적 상황시에도 안정된 신호 검출을 가능하게 한다. As illustrated in these graphs, when a multi-channel electrode unit according to an embodiment of the present invention is configured, stable signal detection is possible even in a dynamic situation.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전도성 섬유 기반의 비접촉식 생체신호 측정전극의 한 구성예를 도시한 단면도로서, 섬유에 착탈 가능한 버튼형으로 구성되는 전극(210)과, 인쇄회로기판(260)과, 생체신호를 증폭하는 신호 증폭기(240)와, 신호 증폭기 전원 공급을 위한 보조전원(250)과, 노이즈 차폐를 위한 쉴드 부재(220)로 구성할 수 있으며, 다른 실시예로서 보조전원의 절연을 위한 절 연부재(230)를 더 포함하여 구성할 수 있다.5 is a cross-sectional view showing an example of a configuration of a conductive fiber-based non-contact biosignal measuring electrode according to another embodiment of the present invention. And a
도 5에 도시된 바와 같이, 전극(210)은 섬유에 착탈 가능한 버튼형으로 구성되어 인쇄회로기판의 일면에 탑재되며, 섬유에 부착된 상태로 생체신호를 측정하여 콘트롤러에 전송한다. 이를 위하여 상기 전극(210)은 전도성을 가진 스냅 버튼형으로 이루어지며, 상기 스냅버튼형 전극에 대응하는 스냅 버튼이 부착된 섬유에 상기 스냅 버튼을 사용하여 탈부착 가능하게 구성된다. 이로써 도 5에 도시된 바와 같은 전극(210)은 숫 단추부가 구비된 의복에는 어느 옷이가 손쉽게 착탈 가능하게 되는 것이다. 도면에서는 상기 전극이 스냅 버튼중 암단추부로 구성된 것을 예시하고 있으며, 의복에 부착된 스냅버튼이 숫단추부를 구성하고 있는 것을 예시하고 있다.As shown in FIG. 5, the
쉴드 부재(220)는 상기 인쇄회로기판의 다른 일면에 부착된 보조전원과 신호 증폭기를 둘러 감싸도록 설치되어 상기 인쇄회로기판에 탑재된 전극을 주변 노이즈로부터 차폐한다. 이를 위하여 상기 쉴드부재는 전도성 섬유로 이루어지며, 상기 전극 주변에 존재하는 전원 노이즈를 수신하여 바이패스시킬 수 있도록 접지로 연결되어 구성된다.The
절연 부재(230)는 상기 보조전원의 절연을 위해 보조전원의 외부를 전체적으로 둘러 감싸도록 구성되어, 전극과 인쇄회로기판 및 신호 증폭기로부터 보조 전원을 전기적으로 분리시킨다.The
신호 증폭기(240)는 높은 임피던스 특성을 가지는 증폭기로서, 상기 인쇄회로기판의 다른 일면에 탑재되며 상기 전극에서 검출된 생체신호를 수신하여 증폭한다. The
보조 전원(250)은 상기 인쇄회로기판에 패터닝된 배선과 이격되는 상태로 상기 신호 증폭기의 후방에 탑재되며, 상기 각 신호 증폭기에 동작 전원을 공급할 수 있도록 각각의 전극에 일체로 결합되어, 각각의 전극이 자체적으로 구동되는 독립 구동방식(stand alone)의 전극 구성이 가능하게 한다. 이로써 자체적인 전원 공급이 가능하고, 저전력 소자를 사용하게 되므로 전력소모가 적으며 스냅 버튼형 숫단추부가 적용된 어느 생체신호 측정 장비에도 호환이 가능하게 된다. The
인쇄회로기판(260)은 전극과 신호 증폭기 및 콘트롤러와의 전기적 연결, 생체신호의 측정 및 전송, 탑재를 위한 배선이 패터닝된다.The printed
도 6은 도 5에 의한 전도성 섬유 기반의 비접촉식 생체신호 측정전극이 의복에 적용된 예를 도시한 참고도이고, 도 7은 본 발명에 의한 전도성 섬유 기반의 비접촉식 생체신호 측정전극으로 심전도 파형을 측정한 결과를 예시한 그래프이다.FIG. 6 is a reference diagram illustrating an example in which a conductive fiber-based noncontact biosignal measuring electrode according to FIG. 5 is applied to a garment, and FIG. 7 is a diagram illustrating an electrocardiogram waveform measured using a conductive fiber-based noncontact biosignal measuring electrode according to the present invention. A graph illustrating the results.
도 7에 예시된 그래프는 전도성 섬유와 활성 전극(Active electrode)이 결합된 경우를 예시하고 있으며, 이와 같이 두 개가 결합하여 의복에 적용됨으로서 평상시 내의를 입은 상태에서 그 위에 그 의복을 착용하여 간편하게 측정이 가능하게 된다. The graph illustrated in FIG. 7 illustrates a case in which a conductive fiber and an active electrode are combined, and the two are combined and applied to a garment, so that the measurement is simply performed by wearing the garment on a state of wearing a normal underwear. This becomes possible.
상기 도 7의 그래프에 예시된 바와 같이 기존의 활성 전극(Active electrode)은 동작시 필요한 전력을 심전도 모듈로부터 공급받는 방식을 취해왔으나, 본 발명에서는 활성 전극과 보조전원을 일체로 결합함으로써 불필요한 연결선을 줄일 수 있게 되며, 따라서 측정시 여러 생체신호 측정 장비에 호환도 가능하게 된다. 또한 추가적으로 전도성 섬유로 구성된 쉴드 부재를 사용함으로써 외부의 노 이즈를 차폐시킬 수 있고, 연결 부분을 스냅 버튼형으로 구성하여 사용함으로써 의복 등에 쉽게 탈부착시킬 수도 있게 된다.As illustrated in the graph of FIG. 7, the conventional active electrode has been supplied with the necessary power during operation from the ECG module, but in the present invention, an unnecessary connection line is formed by combining the active electrode and the auxiliary power supply integrally. This makes it possible to reduce the number of biosignal measurement equipment. In addition, by using a shield member made of an additional conductive fiber to shield the outside noise, it is also possible to easily attach and detach clothes, etc. by using a snap button configuration.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited only to the above-described embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains may variously change without departing from the spirit of the technical idea of the present invention described in the claims below. Could be done.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전도성 섬유 기반의 접촉식 생체신호 측정전극의 한 구성예를 도시한 평면도이다.1 is a plan view showing a configuration example of a conductive fiber-based contact biosignal measuring electrode according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 다중 채널 전극부의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the multi-channel electrode unit of FIG. 1.
도 3은 도 1의 사용예를 도시한 참고도이다.3 is a reference diagram illustrating an example of use of FIG. 1.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 의한 전도성 섬유 기반의 접촉식 생체신호 측정전극을 각각 단일 채널과 다중 채널로 구성하여 심전도 파형을 측정한 결과를 예시한 그래프이다.4A and 4B are graphs illustrating the results of measuring an electrocardiogram waveform by configuring a conductive fiber-based contact biosignal measuring electrode according to the present invention in a single channel and multiple channels, respectively.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전도성 섬유 기반의 비접촉식 생체신호 측정전극의 한 구성예를 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a conductive fiber-based non-contact biosignal measuring electrode according to another embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에 의한 전도성 섬유 기반의 비접촉식 생체신호 측정전극이 의복에 적용된 예를 도시한 참고도이다. FIG. 6 is a reference diagram illustrating an example in which the conductive fiber-based non-contact biosignal measuring electrode of FIG. 5 is applied to a garment.
도 7은 본 발명에 의한 전도성 섬유 기반의 비접촉식 생체신호 측정전극으로 심던도 파형을 측정한 결과를 예시한 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating a result of measuring a severity waveform using a conductive fiber-based non-contact biosignal measuring electrode according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 다중채널 전극부 110,210 : 전극100:
111,211 : 콘트롤러 연결부 120,220 : 쉴드부재111,211: Controller connection part 120,220: Shield member
130,230 : 절연부재 140,240 : 신호 증폭기130,230: insulation member 140,240: signal amplifier
250 : 보조전원 260 : 인쇄회로기판250: auxiliary power source 260: printed circuit board
270 : 섬유 270a : 스냅버튼 270:
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