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図面 (16)

課題

市販の各種訓練機器に簡単に設置でき、簡単な操作で、訓練対象者リハビリ進捗状況客観的に評価し、リハビリの進捗状況に応じた最適な訓練を、最適なタイミング、頻度で行えるようにする。

解決手段

訓練対象者に、所定の動作を行わせる市販の訓練機器に、訓練開始時に押圧されるタッチセンサと、訓練対象者が各動作に対応した位置に到達したこと、及びこの位置から離れたことをそれぞれ検出するセンサを設置する。そして、タッチセンサが押圧されてから訓練対象者が各動作に対応した位置に達するのに要した時間、訓練対象者が各動作に対応した所定位置に達してから離れるのに要した時間をそれぞれ検出し、各所要時間を記憶する。コンピュータに搭載されたプログラムにより、各所要時間に基づいて各動作を評価し、その評価結果や次のステップのリハビリへの移行を促すようにする。

概要

背景

脳疾患発症した場合、早期に、そして、運動機能障害回復状況に合わせて最適なリハビリを行うことが非常に重要である。こうしたリハビリ用機器としては様々なものが開発されているが、きわめて簡易なものとしてペグと呼ばれるものがある。
このリハビリ用機器では、様々な重量、大きさ、形状(円筒状等)ペグを複数用意し、次のような一連の動作により訓練を繰り返し行う。
(1)ペグボードと呼ばれるボードの孔に差し込まれたペグに手を伸ばす。
(2)目標としている特定のペグを掴み、引き抜く。
(3)ペグを持ち上げ、所定の位置に置かれた移動先ボックスに向けて移動させる。
(4)把持したペグを移動先ボックスに設けられた孔に合わせて、ペグボードの目標の孔に差し込む。

上記のような訓練では、運動機能障害が発症した訓練対象者は、運動機能障害の程度、リハビリの進捗度合いによってペグアプローチ(1)、ペグ把持・引き抜き(2)、ペグ移動(3)、ペグ差し込み(4)の円滑度が様々に変化する。
例えば、運動機能障害が重度の場合は、ペグアプローチ(1)にも非常に時間を要し、リハビリが進捗し、ペグアプローチがスムースにできるようになっても、手指連携が必要なペグ把持・引き抜き(2)、ペグを把持したまま腕によるペグ移動(3)、さらには、腕、手指の連携が必要なペグ差し込み(4)にそれぞれ時間を要することになる。

訓練指導者は、(1)〜(4)それぞれの動作に要した時間、あるいはそれらの時間配分に基づいて訓練対象者の円滑度を評価し、さらに難易度を高め、より重量のあるペグや、小さなペグによる訓練に順次移行させ、訓練対象者に最適な訓練を実施させる。
しかし、こうした判断は熟練した訓練指導者の判断に委ねざるを得ず、自宅での訓練では、運動機能障害の回復状況に合わせて最適な難易度のリハビリへの移行タイミングを逸するおそれがある。

現在、こうした生体動作をモニターする装置として三次元動作解析装置VICONGIGANET/M(管理医療機器特定保守管理医療機器承認番号:22100BZX00957000)が発売されている。これは生体内赤外線反射マーカーを取り付け、複数のカメラで同期してモニターすることで、3次元動作解析が行えるというものである。

また細かい手指動作の解析を可能にするCyber Gloveという商品や、下記特許文献1にみられるように、ゴルフスイングの特定の動作をトリガーに、スイング速度ボールの速度・打ち出し角度等を検出し、実施者に視覚的情報提示を行うものなどが開発さている。

一方、下記特許文献2には、人の動きと対人操作機器の動きをそれぞれ検出し、得られた位置、速度、加速度の時系列データを解析することにより、対人操作機器をフィードバックすることにより、利用者運動能力体調に合わせた運動を行えるようにしている。

概要

市販の各種訓練機器に簡単に設置でき、簡単な操作で、訓練対象者のリハビリ進捗状況客観的に評価し、リハビリの進捗状況に応じた最適な訓練を、最適なタイミング、頻度で行えるようにする。 訓練対象者に、所定の動作を行わせる市販の訓練機器に、訓練開始時に押圧されるタッチセンサと、訓練対象者が各動作に対応した位置に到達したこと、及びこの位置から離れたことをそれぞれ検出するセンサを設置する。そして、タッチセンサが押圧されてから訓練対象者が各動作に対応した位置に達するのに要した時間、訓練対象者が各動作に対応した所定位置に達してから離れるのに要した時間をそれぞれ検出し、各所要時間を記憶する。コンピュータに搭載されたプログラムにより、各所要時間に基づいて各動作を評価し、その評価結果や次のステップのリハビリへの移行を促すようにする。

目的

本発明は、きわめて低コストで、しかも市販の各種リハビリ用訓練機器に簡単に設置できるとともに、被訓練者のリハビリの進捗状況を客観的に評価して、最適な難易度の訓練内容を提示する運動モニター装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

訓練対象者に、所定の動作を行わせる訓練機器において、訓練開始時に押圧されるタッチセンサと、前記訓練対象者が各動作に対応した位置に到達したこと、及び該位置から離れたことををそれぞれ検出するセンサとを備え、前記タッチセンサが押圧されてから前記訓練対象者が各動作に対応した位置に達するのに要した時間、前記訓練対象者が前記各動作に対応した所定位置に達してから離れるのに要した時間をそれぞれ検出し、各所要時間を記憶する手段と、該記憶された各所要時間に基づいて各動作を評価する手段とを設けたことを特徴とする訓練機器用簡易式運動モニター装置

請求項2

前記複数の動作のうち、所定の動作を撮影するカメラを設置し、前記センサにより該動作に対応した位置の近傍に到達したことを検出した時点で前記カメラの作動を開始し、該位置から離れたのを検出した時点で、前記カメラの作動を停止させる制御手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の訓練機器用簡易式運動モニター装置。

請求項3

前記各動作に対応した位置の周辺に、前記訓練対象者の動作を規制するスリットを形成する板材を設置したことを特徴とする請求項1または2に記載の訓練機器用簡易式運動モニター装置。

技術分野

0001

この発明は、脳疾患等により運動機能障害発症した患者リハビリ訓練機器に使用される簡易式運動モニター装置に関する。

背景技術

0002

脳疾患を発症した場合、早期に、そして、運動機能障害の回復状況に合わせて最適なリハビリを行うことが非常に重要である。こうしたリハビリ用機器としては様々なものが開発されているが、きわめて簡易なものとしてペグと呼ばれるものがある。
このリハビリ用機器では、様々な重量、大きさ、形状(円筒状等)ペグを複数用意し、次のような一連の動作により訓練を繰り返し行う。
(1)ペグボードと呼ばれるボードの孔に差し込まれたペグに手を伸ばす。
(2)目標としている特定のペグを掴み、引き抜く。
(3)ペグを持ち上げ、所定の位置に置かれた移動先ボックスに向けて移動させる。
(4)把持したペグを移動先ボックスに設けられた孔に合わせて、ペグボードの目標の孔に差し込む。

0003

上記のような訓練では、運動機能障害が発症した訓練対象者は、運動機能障害の程度、リハビリの進捗度合いによってペグアプローチ(1)、ペグ把持・引き抜き(2)、ペグ移動(3)、ペグ差し込み(4)の円滑度が様々に変化する。
例えば、運動機能障害が重度の場合は、ペグアプローチ(1)にも非常に時間を要し、リハビリが進捗し、ペグアプローチがスムースにできるようになっても、手指連携が必要なペグ把持・引き抜き(2)、ペグを把持したまま腕によるペグ移動(3)、さらには、腕、手指の連携が必要なペグ差し込み(4)にそれぞれ時間を要することになる。

0004

訓練指導者は、(1)〜(4)それぞれの動作に要した時間、あるいはそれらの時間配分に基づいて訓練対象者の円滑度を評価し、さらに難易度を高め、より重量のあるペグや、小さなペグによる訓練に順次移行させ、訓練対象者に最適な訓練を実施させる。
しかし、こうした判断は熟練した訓練指導者の判断に委ねざるを得ず、自宅での訓練では、運動機能障害の回復状況に合わせて最適な難易度のリハビリへの移行タイミングを逸するおそれがある。

0005

現在、こうした生体動作をモニターする装置として三次元動作解析装置VICONGIGANET/M(管理医療機器特定保守管理医療機器承認番号:22100BZX00957000)が発売されている。これは生体内赤外線反射マーカーを取り付け、複数のカメラで同期してモニターすることで、3次元動作解析が行えるというものである。

0006

また細かい手指動作の解析を可能にするCyber Gloveという商品や、下記特許文献1にみられるように、ゴルフスイングの特定の動作をトリガーに、スイング速度ボールの速度・打ち出し角度等を検出し、実施者に視覚的情報提示を行うものなどが開発さている。

0007

一方、下記特許文献2には、人の動きと対人操作機器の動きをそれぞれ検出し、得られた位置、速度、加速度の時系列データを解析することにより、対人操作機器をフィードバックすることにより、利用者運動能力体調に合わせた運動を行えるようにしている。

先行技術

0008

特開2006-130289公報
特許4300875公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかし、こうした運動モニター装置は、非常に高価であり、また、操作も困難であるため、一般家庭への導入は実質的に不可能であり、運動機能障害を有する訓練対象者が、自宅でリハビリの進捗状況に応じて最適な訓練を、最適なタイミング、頻度で手軽にできないという問題がある。
そこで、本発明は、きわめて低コストで、しかも市販の各種リハビリ用訓練機器に簡単に設置できるとともに、被訓練者のリハビリの進捗状況を客観的に評価して、最適な難易度の訓練内容を提示する運動モニター装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0010

上記の課題を解決するため、本発明の訓練機器用簡易式運動モニター装置は、次のように構成される。すなわち、
(1)訓練対象者に、所定の動作を行わせる訓練機器において、訓練開始時に押圧されるタッチセンサと、前記訓練対象者が各動作に対応した位置に到達したこと、及び該位置から離れたことをそれぞれ検出するセンサとを備え、前記タッチセンサが押圧されてから前記訓練対象者が各動作に対応した位置に達するのに要した時間、前記訓練対象者が前記各動作に対応した所定位置に達してから離れるのに要した時間をそれぞれ検出し、各所要時間を記憶する手段と、該記憶された各所要時間に基づいて各動作を評価する手段とを設けたことを特徴とする訓練機器用簡易式運動モニター装置。

0011

(2)前記訓練機器用簡易式運動モニター装置において、前記複数の動作のうち、所定の動作を撮影するカメラを設置し、前記センサにより該動作に対応した位置に到達したことを検出した時点で前記カメラの作動を開始し、該位置から離れたのを検出した時点で、前記カメラの作動を停止させる制御手段を設けた。

0012

(3)前記訓練機器用簡易式運動モニター装置において、前記各動作に対応した位置の周辺に、前記訓練対象者の動作を規制するスリットを形成する板材を設置した。

発明の効果

0013

以上の構成により、本発明によれば、タッチセンサ、訓練対象者の手指等を検出する赤外線センサ等、非常に低コストのセンサを、市販の訓練機器の適所に配置するだけで、訓練対象者が各動作に対応した位置に到達したこと、その位置から離れたことを検出して、各動作に対応した所要時間や、各動作の時間割合などを計測することができる。そして、この計測結果を解析することにより、簡単な操作で、訓練対象者のリハビリ進捗状況を客観的に評価することが可能になり、運動機能障害を有する訓練対象者が、自宅でも、リハビリの進捗状況に応じた最適な訓練を、最適なタイミング、頻度で行うことができ、リハビリ効果飛躍的に高めることが可能となる。
また、訓練対象者の手指等を検出するセンサの検出値により、カメラを連動させて、その周辺での手指の動きを撮像すれば、訓練動作の評価結果とともに、自らの手指の動きを提示して、改善点を促すことができる。
さらに、各動作に対応した位置の周辺に、前記訓練対象者の動作を規制するスリットを形成する板材を設置して、被訓練対象者の腕、手指の動きを規制することにより、センサによる検出を確実に行い、しかも、被訓練者のの開きを規制することで、より効果的な訓練を行うことができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施例の全体構成を示す図。
本発明の実施例の配線を示す図。
計測結果の評価を行うための表示例を示す図。
訓練対象者の動作を規制するスリットを構成する板材の配置例を示す図。
訓練対象者の動作を規制するスリットを構成する板材周辺に配置した第3のセンサを示す図。
デスクに平置した実施例の全体構成を示す図。
回転動作を必要とするペグの例を示す図。
押圧動作を必要とするペグの例を示す図。
押圧動作を必要とするペグに本発明を適用した場合の全体構成を示す図。
円錐型のペグを示す図。
円錐型のペグに本発明を適用した場合の全体構成を示す図。
を使用した訓練機の例を示す図。
箸を使用した訓練機に本発明を適用した場合の全体構成を示す図。
発明の効果を検証するための実験例を示す図。
実験結果を示す図。

0015

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。

0016

図1は、本発明の第1実施例の全体構成を示す。テーブル1には、ペグボード2が開閉自在の支持脚により略垂直に設置されており、ペグボード2に設けた孔にペグ3がはめ込まれている。訓練対象者は、ペグボード2の孔にはめ込まれたペグ3に手を伸ばして、これを把持し、孔から引き抜いた後、右側にあるペグの移動先ボックス4に設けた孔にはめ込むことにより一連の訓練を行う。なおこの実施例では、ペグボード2に設けた孔の両側には、訓練対象者のアプローチ方向を規制するスリットを形成するための板材5が設置されている。この板材5は、訓練対象者の動作を規制することにより、後述するセンサでその動きを確実に検出できるようにするとともに、リハビリの進行度に応じて、両者間の幅や高さなどが選定されるようになっている。

0017

この実施例では、ペグボード2の前方にタッチパネル6、ペグボード2の孔にはめ込まれたペグ3の先端部分に、赤外線照射プローブ赤外線受光プローブからなる第1のセンサ7、そして、ペグの移動先ボックス4に設けた孔にペグ3がはめ込まれたとき、そのペグ3のやや上方の上方付近に、同じく、赤外線照射プローブ、赤外線受光プローブからなる第2のセンサ8が設置されている。さらに、ペグボード2には、ペグ3がはめ込まれた孔の周辺を撮像する第1のカメラ9が、ペグの移動ボックス4の周辺には、ペグの移動先4に設けた孔の周辺を撮像する第2のカメラ10が、それぞれ位置調整可能に設置されている。なお、第1のカメラ9、第2のカメラ10は、いずれもペグボード2の所定箇所カメラアングルを調整自在のリンク式アームを介して取り付けられている。

0018

タッチパネル6は、訓練対象者がペグボード2の孔にはめ込まれたペグ3へのアプローチを開始する際に押圧されるもので、その検出値は、入出力ボード11に入力されている。
第1のセンサ7は、訓練対象者の手指が、ペグボード2の孔にはめ込まれたペグ3の先端付近に達したとき、赤外線が遮られたのを検出するとともに、訓練対象者がペグ3を把持して、孔からの引き抜きが終了したとき、赤外線を再び検出することにより、訓練対象者の手指がペグボード2の孔にはめ込まれたペグ3にアクセスしたタイミング、そして、ペグ3の引き抜きを終了したタイミングを検出することができ、その検出値も入出力ボード11に入力されている。

0019

一方、第2のセンサ8は、訓練対象者により把持されたペグ3が、ペグの移動先ボックス4に設けた孔に接近したとき、赤外線が遮られたのを検出するとともに、訓練対象者がペグ3を把持して、ペグの移動先4に設けた孔への差し込みが終了し、手指を戻したとき、赤外線を再び検出することにより、訓練対象者により把持されたペグ3がペグの移動先ボックス4に到達したタイミング、そして、ペグ3の移動先ボックス4の孔への差し込みが終了したタイミングを検出することができ、その検出値も入出力ボード11に入力されている。
なお、ペグの引き抜きや差し込みタイミングを一層正確に検出するため、ペグボード2の孔、移動先ボックス4の孔の底部にマイクロスイッチを配置してもよい。

0020

図2に示されるように、タッチパネル6、第1のセンサ7、第2のセンサ8の検出値は、アナログ入力ボード、ADコンバータなどを備えた入出力ボード11を介して、ノートPC等のコンピュータ12に入力され、搭載された演算制御ステムソフトウエア)により次のような処理がなされる。
(1)タッチパネル6が押圧されたタイミングと、第1のセンサ7が赤外線遮断を検出したタイミングに基づき、両タイミング間の経過時間を計測する。この経過時間は、訓練対象者が、タッチパネルを押下してから、ペグボード2の孔にはめ込まれたペグ3へのアプローチが終了するまでに要する時間(アプローチ時間)を意味する。なお、第1のセンサ7が赤外線遮断を検出したタイミングに同期して、図2に示されるように、リレーボードを介して、第1のカメラ9に制御信号送り、撮像を開始させる。
(2)第1のセンサ7が赤外線遮断を検出したタイミングと、第1のセンサ7が再び赤外線を検出したタイミングから、両タイミング間の経過時間を計測する。この経過時間は、訓練対象者が、ペグボード2の孔にはめ込まれたペグ3へのアプローチが終了し、ペグ3を把持し、これを引き抜くまでに要するするまでに要する時間(把持・引き抜き時間)を意味する。なお、第1のセンサ7が再び赤外線を検出したタイミングに同期して、リレーボードを介して、第1のカメラ9に制御信号を送り撮像を停止させる。
(3)第1のセンサ7が再び赤外線を検出したタイミングと、第2のセンサ8が赤外線遮断を検出したタイミングから、両タイミング間の経過時間を計測する。この経過時間は、訓練対象者が、ペグボード2の孔からペグ3を引き抜き、把持したペグ3が、ペグの移動先4に設けた孔の周辺に移動するのに要する時間(移動時間)を意味する。なお、第2のセンサ8が赤外線遮断を検出したタイミングに同期して、リレーボードを介して、第2のカメラ10に制御信号を送り撮像を開始させる。
(4)第2のセンサ8が赤外線遮断を検出したタイミングと、第2のセンサ8が再び赤外線を検出したタイミングから、両タイミング間の経過時間を計測する。この経過時間は、訓練対象者が、把持したペグ3を、ペグの移動先4に設けた孔の周辺にアクセスさせてから、この孔に差し込み、底部まで落下させた後、訓練対象者が手指を戻すのに要する時間(差し込み時間)を意味する。なお、第2のセンサ8が再び赤外線を検出したタイミングに同期して、リレーボードを介して、第2のカメラ10に制御信号を送り撮像を停止させる。

0021

一般に、脳疾患等により運動機能障害が発症した患者の場合、発症初期段階では、ペグボード2の孔にはめ込まれたペグ3へのアプローチ、把持したペグ3の移動先への移動にも非常に時間を要することから、上記(1)で求めたアプローチ時間、上記(3)で求めた移動時間が、及び全体の時間に対するそれらの比率が発症初期段階のリハビリ進捗状況を判断するための主要なパラメータとなる。
さらにリハビリが進行すると、アプローチ時間、移動時間が短縮し、続いて、手指の連携が必要な、上記(4)、(5)で求めたペグ3の把持・引き抜き時間、差し込み時間が徐々に改善されることになる。

0022

そこで、アプローチ時間、移動時間、把持・引き抜き時間、差し込み時間のそれぞれについて、その時間配分や、健常者による所要時間との比較結果や、訓練を継続することにより各所要時間の推移を記録して、目標時間配分と比較して、本人の時間配分にリハビリの進捗状況を評価する。
一連の訓練が終了したとき、コンピュータ12に搭載された演算制御システムは、計測結果を演算処理し、その訓練の難易度に応じて設定された、それぞれの時間目標値及び時間配分目標と比較し、コンピュータ12のディスプレイ図3に示されるような表示を行う。

0023

例えば、把持・引き抜計測時間が目標とする時間配分より長い場合は、図3(a)に示されるように、パソコン12のディスプレイ上に、改善目標として、把持・引き抜き時間の改善を促すとともに、第1カメラ9や第2カメラ10の映像切り換えて表示する。
すべての計測時間、時間配分が目標値に達したときは、図3(b)〜(c)に示されるように、例えば、ペグの重量を重くして、次のステップの訓練への移行を促したり、ペグをより小さいものにしたり、訓練対象者のアプローチ方向を規制するための板材5を高くしたり、幅を狭くすることにより訓練の難易度を高め、訓練の設定変更を促し、訓練対象者のリハビリの進行状況に合わせて最適なタイミングで最適な訓練を行うことが可能になる。

0024

また、図4に示されるように、訓練対象者のアプローチ方向を規制するための板材5を横向きに配置したり、縦向きにしたり、あるいは、図5に示すように、板材5の外側に第3のセンサ13を配置して、訓練対象者が麻痺特有運動パターンである、肘を極端に外に開いたこと等を検出して、これを評価したり、第3のセンサ13が肘を検知したとき、パソコン12から警告音や、音声による指導を行うようにしてもよい。

0025

以上の実施例では、略垂直に設置したペグボード2を使用する例を示したが、本発明はさまざまなリハビリ機器に応用することができる、図6は、ペグボードを使用せず、デスク上に水平に設置した例である。
訓練対象者のアプローチ方向を規制するスリットを形成するための板材5をユニット化し、訓練対象者の右側に配置し、移動先ボックス4を訓練対象者の左側に配置する。なお、タッチパネル6、第1のセンサ7、第2のセンサ8、第1カメラ9、第2カメラ10(図示せず)は、すべてケーブルで入出力ボード11に接続されているので、これらの配置を自由に変更、調整できる。

0026

図7は、ペグを取り外し、差し込みの際に回転動作を必要とする例であり、図8図9は、洗濯ばさみのように、ペグを取り外し差し込みの際に、押圧動作を必要とするペグに応用した例である。

0027

図10図11は、麻痺の激しい初期段階で使用されるもので、円錐形のペグを両手握り、左右に積み上げ直す訓練機器に応用した例であり、図12図13は、リハビリの最終段階で使用されるもので、箸を使って、球をつまみ、左右に移動させる訓練機器に応用した例である。
このように、本発明は、訓練の態様に応じて、タッチパネル、各センサの配置を自由に設置調整でき、また、カメラも市販のものを使用でき、低コストで、非常に多様な訓練機器に適用可能である。

0028

発明者らは、本発明の有効性を確認するため、次のような実験を行った。
すなわち、図14のように、到達把握運動及び接触動作モニタリングを、ニホンサルを用いテストした。そして、把握する対象物の大きさの違いで、一連の上肢運動に違いがあることを、本発明の運動モニター装置を用いて評価した。

0029

実験手順は次のとおりである。
(1)サルはスタート地点であるタッチパネルに一秒間手を置く。
(2)一秒後、サルの目の前にあるシャッターが開き、の付いた対象物が現れる。ここには赤外センサーが設置してある。
(3)サルは対象物まで手を伸ばし、把握する。
(4)その後口元にそれを運び食べる。口元には赤外センサーが設置してある。

実施例

0030

実験結果は、図15に示されるとおりである。
なお、計測時間の単位はmsecであり、計測を繰り返した場合の標準誤差は、把握物が大のときは、左から順に144.6, 90.4, 112.8、把握物が小のときは、左から順に166.7, 101.6, 165.0であった。
このデータは把握対象物の大きさが異なると、対象物が小さくなるほど取り出しが困難になることから、対象物を取り出す時間に有意差が出ることを示している。
なお、このモニタリングシステムは、数ミリ秒単位で、動作をモニターすることが可能である。

0031

以上説明したように、本発明によれば、市販のコンピュータやビデオカメラを利用し、タッチセンサ、訓練対象者の手指等を検出する赤外線センサ等の非常に低コストのセンサを各種訓練機器の適所に配置するだけで、各動作に対応した所要時間や、各動作の時間割合などを計測することができ、これを解析することにより、きわめて低コストで、しかも非常に訓練対象者のリハビリ進捗状況を客観的に評価することが可能になる。
運動機能障害を有する訓練対象者が、自宅でも、リハビリの進捗状況に応じた最適な訓練を、最適なタイミング、頻度で行うことができ、リハビリ効果を飛躍的に高める運動モニター装置として、広く利用されることが期待できる。

0032

1 デーブル
2ペグボード
3ペグ
4移動先ボックス
5板材
6タッチパネル
7 第1のセンサ
8 第2のセンサ
9 第1のカメラ
10 第2のカメラ
11入出力ボード
12コンピュータ
13 第3のセンサ

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