專利名稱:三維立體電子食管鏡系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于醫(yī)用器械,具體涉及一種利用多CXD陣列進(jìn)行立體影像重構(gòu)的三維立 體電子食管鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù):
CCD (Charge-Coupled Device,電荷耦合器件)是可用于立體相機(jī)的一種重要組成 部分。它是一種光敏半導(dǎo)體器件,其上的感光單元將接收到的光線轉(zhuǎn)換為電荷量,而且電荷 量大小與入射光的強(qiáng)度成正比。CCD圖像傳感器的技術(shù)極為成熟,可以根據(jù)需要拼接成任 何形狀的陣列。1999年富士公司推出超級(jí)CCD技術(shù),在與普通CCD相同面積和感光單元數(shù) 目的情況下,其分辨率提高60%,動(dòng)態(tài)范圍提高130%,色彩再現(xiàn)能力提高40 %,能耗下降 40%,進(jìn)一步提高了 CXD的功能。CXD的感光單元尺寸不斷在減少,目前已經(jīng)有報(bào)道的感光 單元尺寸僅為0. 5 μ m,進(jìn)入了亞微米時(shí)代,CCD將會(huì)圍繞著高分辨率、高讀出速度、低成本、 微型化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、多光譜應(yīng)用和3D照相等方面進(jìn)一步發(fā)展。矩陣排列的感光單元構(gòu)成的 面陣CXD可傳感圖像。C⑶現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)中,同時(shí)也在天文望遠(yuǎn) 鏡、掃描儀和條形碼讀取器中有應(yīng)用?!版隙鸲?hào)”使用96條線CCD陣列對(duì)同一目標(biāo)采樣, 最后把信號(hào)全都累加。很暗的目標(biāo)、分辨率很高的目標(biāo),“嫦娥二號(hào)”都能照出來,其分辨率 能達(dá)到1米。目前所使用的內(nèi)窺鏡,可以分為單目和雙目鏡,單目內(nèi)窺鏡是由一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)成 像,醫(yī)生可以通過目鏡端直接使用眼睛進(jìn)行觀察,但是由于是單目鏡,只能獲得物體一個(gè)角 度的影像,就像使用單個(gè)眼睛看物體一樣的效果,物體缺乏立體感和距離感。醫(yī)生使用單 目內(nèi)窺鏡進(jìn)行手術(shù),由于單目鏡成平面的圖像,缺乏立體的感知,所以需依賴醫(yī)生的技術(shù)水 平。一些體視內(nèi)窺鏡,使用的是雙目鏡結(jié)構(gòu),其內(nèi)窺鏡前端可以是一個(gè)鏡頭或者兩個(gè) 鏡頭,物體的影像通過兩個(gè)目鏡輸出,醫(yī)生通過雙目鏡可以觀察到與人眼類似物體的立體 影像,也可以通過連接特殊的處理主機(jī)和顯示器,通過處理主機(jī)的處理,可以在顯示器中顯 示立體的影像,但是這種影像也是單角度的,具有一定的局限性。雙目鏡立體內(nèi)窺鏡雖然能 得到類似人眼觀察物體的立體感覺,但由于人體腔體的局限,也不能立體地反映出整個(gè)手 術(shù)區(qū)域的立體全貌,所以醫(yī)生在使用現(xiàn)行的內(nèi)鏡進(jìn)行手術(shù)時(shí),都要受到視覺上的制約,對(duì)于 手術(shù)的開展和提高病癥的治愈率有一定的限制?,F(xiàn)有技術(shù)中,還沒有將CCD陣列概念與食管鏡結(jié)合起來一起應(yīng)用,因此,為了得到 食管腔內(nèi)清晰的三維立體影像,設(shè)計(jì)一種將多CCD陣列技術(shù)與食管鏡結(jié)合的內(nèi)鏡技術(shù)迫在眉睫。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn),提供了一種三維立體電子食管鏡系統(tǒng),能在手 術(shù)過程中對(duì)食管道進(jìn)行立體三維重構(gòu),幫助醫(yī)護(hù)人員了解腔內(nèi)病變狀況,為制定處理方案提供更好的圖像依據(jù)。為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種三維立體電子食管鏡系統(tǒng),包括軟質(zhì)電子食管鏡,該軟質(zhì)電子食管鏡包括軟 質(zhì)工作端部,該軟質(zhì)工作端部設(shè)有進(jìn)行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像,并對(duì)食 管進(jìn)行立體影像重構(gòu)的多CXD陣列模塊,所述多CXD陣列模塊包括至少一設(shè)于該軟質(zhì)工作 端部先端部前端面的第一 CCD陣列,以及至少一設(shè)于軟質(zhì)工作端部先端部外圓表面的第二 CCD陣列。進(jìn)一步,所述軟質(zhì)工作端部的先端部外圓周面套設(shè)有旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體,所述第二 CCD 陣列設(shè)于該旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體上,所述先端部的前端面和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體上設(shè)有測距器。進(jìn)一步,所述軟質(zhì)工作端部還設(shè)有器械通道,其內(nèi)徑小于等于3. 0mm。進(jìn)一步,所述第一 CXD陣列至少包括2個(gè)CXD元件,每個(gè)CXD元件對(duì)應(yīng)一組鏡頭。進(jìn)一步,所述第二 CXD陣列至少包括一組CXD陣列,一組CXD陣列包括至少2個(gè) CXD元件及對(duì)應(yīng)的鏡頭,每組鏡頭的視場角至少90°。進(jìn)一步,所述軟質(zhì)工作端部的外徑小于等于20mm,其先端部長度為8_12mm。進(jìn)一步,所述軟質(zhì)工作端部設(shè)有氣囊,該氣囊工作的直徑小于等于200mm。進(jìn)一步,還包括外部固定支架,該外部固定支架包括精密移動(dòng)裝置、支架和固定夾 具,該精密移動(dòng)裝置通過電機(jī)驅(qū)動(dòng),該精密移動(dòng)裝置通過支架、固定夾具和所述軟質(zhì)工作端 部固接。進(jìn)一步,所述軟質(zhì)電子食管鏡還連接有處理數(shù)據(jù)用的處理主機(jī),以及工作站組件, 所述工作站組件與處理主機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接,工作站組件包括監(jiān)視器,工作站主機(jī)以及控 制部件。進(jìn)一步,所述處理主機(jī)的核心部分采用高速的中央處理器和高性能顯卡,用于接 收和處理軟質(zhì)電子食管鏡返回的圖像信息和測距器的數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)包,通過分析數(shù)據(jù)包 的各種數(shù)據(jù),對(duì)腔體圖像進(jìn)行立體重構(gòu),還原腔體的立體三維圖像。進(jìn)一步,三維立體電子食管鏡系統(tǒng)的使用方法(1)軟質(zhì)電子食管鏡的軟質(zhì)工作端部經(jīng)病人口腔內(nèi)導(dǎo)入,緩慢進(jìn)入食管;(2)通過多CCD陣列模塊對(duì)食管進(jìn)行直線和旋轉(zhuǎn)的掃描拍攝,同時(shí)即對(duì)食管進(jìn)行 三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像、并對(duì)食管進(jìn)行立體影像重構(gòu)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明對(duì)食管道體進(jìn)行環(huán)形和線性的影像拍攝,經(jīng)處理主機(jī)的綜合處理,得到食 管道的三維立體影像,并將測出的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇鳈C(jī)進(jìn)行集中處理重構(gòu),重現(xiàn)食管道內(nèi) 的立體環(huán)境,食管道的立體圖像對(duì)于醫(yī)生以多角度觀察其內(nèi)在的病變及研究其環(huán)境,制定 最合理有效的處理方案,具有實(shí)際意義。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明的三維立體電子食管鏡系統(tǒng)示意圖;圖加是本發(fā)明的軟質(zhì)電子食管鏡的結(jié)構(gòu)圖;圖2b是本發(fā)明的軟質(zhì)電子食管鏡的結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明的軟質(zhì)電子食管鏡的先端部示意圖;圖4是本發(fā)明的軟質(zhì)電子食管鏡的先端部多CCD陣列模塊剖面示意圖;圖5是本發(fā)明的三維立體電子食管鏡系統(tǒng)的外部固定支架結(jié)構(gòu)示意圖;圖6是本發(fā)明的三維立體電子食管鏡系統(tǒng)的臨床應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示,本發(fā)明所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),包括軟質(zhì)電子食管鏡1、外 部固定支架2、處理主機(jī)3、光源主機(jī)5、工作站組件等,工作站組件包括工作站主機(jī)4,控制 部件6,監(jiān)視器7和外部設(shè)備8等。處理主機(jī)3的核心部分采用高速的中央處理器和高性能 顯卡,用于接收和處理軟質(zhì)電子食管鏡返回的圖像信息和測距器的數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)包,通 過分析數(shù)據(jù)包的各種數(shù)據(jù),對(duì)腔體圖像進(jìn)行立體重構(gòu),還原腔體的立體三維圖像。工作站組 件與處理主機(jī)3通過數(shù)據(jù)線連接,工作站組件包括監(jiān)視器,主機(jī),控制部件(鍵盤鼠標(biāo)等), 外部設(shè)備(外部儲(chǔ)存器、打印機(jī)等)。工作站組件的功能是顯示處理主機(jī)輸出的三維立體圖 像,分析、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和打印相關(guān)資料等。圖加是本發(fā)明的軟質(zhì)電子食管鏡的結(jié)構(gòu)圖,軟質(zhì)電子食管鏡1包括軟質(zhì)工作端部 11、控制手把部分13、數(shù)據(jù)接頭端15、器械通道12等,其器械通道12內(nèi)徑小于等于3. Omm0 軟質(zhì)電子食管鏡1的軟質(zhì)工作端部11采用軟質(zhì)纖維材料制造,其前端具有主動(dòng)彎曲的功 能,控制部件131設(shè)置在控制手把部分13。軟質(zhì)工作端部11能承受一定的夾取壓力,外部 固定支架2的固定夾具23與軟質(zhì)工作端部11配合,可以控制軟質(zhì)工作端部11以一定的速 度運(yùn)動(dòng),配合先端部的多C⑶陣列模塊(151、152、153、154)進(jìn)行食管道9的掃描拍攝。軟 質(zhì)電子食管鏡1的軟質(zhì)工作端部11,外徑小于等于20mm,其前端IOmm為先端部,先端部設(shè) 計(jì)有多CCD陣列模塊(151、152、153、巧4)、光導(dǎo)纖維部分159、器械通道出口 131。參閱圖 2b,先端部后面設(shè)計(jì)一個(gè)氣囊14,氣囊14工作的直徑小于等于200mm,其作用是固定軟質(zhì)電 子食管鏡1在食管道9內(nèi)的位置,為進(jìn)行食管道9的掃描拍攝創(chuàng)造條件。如圖3所示為本發(fā)明所述的軟質(zhì)電子食管鏡1的先端部示意圖。軟質(zhì)電子食管鏡 1的先端部設(shè)計(jì)有多多CXD陣列模塊(151、152、153、154)、光導(dǎo)纖維部分159和氣囊14,光 導(dǎo)纖維部分159提供軟質(zhì)電子食管鏡1前端和圓形端面觀察必要的亮度,氣囊14充氣后的 最大直徑小于等于100mm。如圖4,結(jié)合圖3所示的是本發(fā)明所述的軟質(zhì)電子食管鏡1的先端部示意圖和剖面 圖,所述的多多CXD陣列模塊,包括先端部端面的第一 CXD陣列151和測距器152,先端部 外圓表面的第二 C⑶陣列153及其測距器154。先端部端面的第一 C⑶陣列151,其內(nèi)部結(jié) 構(gòu)最少包括2個(gè)CXD元件,CXD元件線性排列,每個(gè)CXD對(duì)應(yīng)一組鏡頭,能同時(shí)對(duì)同一個(gè)腔 內(nèi)部分成像,每組鏡頭的視場角至少90°,C⑶陣列至少具有每秒拍攝5張的速度。測距器 152利用激光或者聲波等的反射原理,對(duì)腔體距離、深度進(jìn)行距離的測定。測距器152的工 作頻率與CCD陣列的工作頻率一致,保證數(shù)據(jù)同步,利于進(jìn)行立體重建。先端部外圓表面的 第二 CXD陣列153,至少包括一組CXD陣列,一組CXD陣列包括至少2個(gè)CXD元件及對(duì)應(yīng)的 鏡頭,能同時(shí)對(duì)同一個(gè)腔內(nèi)部分成像,每組鏡頭的視場角至少90°,C⑶陣列至少具有每秒 拍攝5張的速度。一組CXD陣列的適當(dāng)位置配置一個(gè)測距器,其工作頻率與CXD陣列的工 作頻率一致,保證數(shù)據(jù)同步,以利于進(jìn)行立體重建。第二 CCD陣列153安裝在能以工作端部11主軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體巧5上,能對(duì)腔體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的CCD影像拍攝,旋轉(zhuǎn)圓環(huán) 載體巧5旋轉(zhuǎn)的速度與外部固定支架2的運(yùn)動(dòng)速度成比例,以保證腔體內(nèi)的影像能進(jìn)行多 角度的無縫結(jié)合。先端部端面的第一 CXD陣列151和測距器152為固定形式,第一 CXD陣 列151的視場角最少90°,其作用主要是拍攝內(nèi)鏡前端的三維圖像;先端部外圓表面的第 二 CCD陣列153和測距器巧4安裝在內(nèi)鏡先端部的可以繞內(nèi)鏡工作端部主軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓 環(huán)載體155上,旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體155通過配合固定在內(nèi)鏡內(nèi)部的固定機(jī)構(gòu)158,可以與固定機(jī) 構(gòu)158進(jìn)行平滑的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),第二 CXD陣列153和測距器154的數(shù)據(jù)也通過適當(dāng)傳輸 方式經(jīng)數(shù)據(jù)線156傳輸至處理主機(jī),旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體155的動(dòng)力來自于內(nèi)鏡先端部的微型馬 達(dá)157,通過傳動(dòng)結(jié)構(gòu)提供旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體繞固定機(jī)構(gòu)158旋轉(zhuǎn)的能量。如圖5所示為本發(fā)明所述外部固定支架2的結(jié)構(gòu)簡圖。外部固定支架2的作用是 配合軟質(zhì)電子食管鏡1進(jìn)行腔體的CCD陣列掃描,其移動(dòng)速度與軟質(zhì)電子食管鏡1先端部 的多CCD陣列(153、154)旋轉(zhuǎn)掃描拍攝速度成比例。其結(jié)構(gòu)包括固定夾具23、支架22、精 密移動(dòng)裝置21。固定夾具23用于緊密固定軟質(zhì)電子食管鏡1的內(nèi)鏡主體部分,支架22連 接固定夾具23與精密移動(dòng)裝置21,精密移動(dòng)裝置21使用高性能的電機(jī)驅(qū)動(dòng),電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速 度由處理工作站主機(jī)4統(tǒng)一控制。精密移動(dòng)裝置21傳動(dòng)方式不限,可以采用絲桿傳動(dòng)或者 導(dǎo)軌傳動(dòng),精密移動(dòng)裝置21固定在剛性平臺(tái)之上。如圖6所示為本發(fā)明所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng)的臨床應(yīng)用示意圖。軟質(zhì)電 子食管鏡1連接冷光源主機(jī)5及處理主機(jī)3,工作站組件(4、6、7、8)處于正常工作狀態(tài),軟 質(zhì)電子食管鏡1的軟質(zhì)工作端部11從病人口腔內(nèi)導(dǎo)入,緩慢進(jìn)入食管道9,要對(duì)食管道9進(jìn) 行三維立體的掃描拍攝,則需要固定住先端部,可以通過膨脹氣囊14使得先端部固定在食 管道9中間部分,軟質(zhì)工作端部11固定在外部固定支架2的固定夾具23上,軟質(zhì)電子食管 鏡1的數(shù)據(jù)接頭15端外接處理主機(jī)3和光源主機(jī)5,工作站4與處理主機(jī)3和外部固定支 架2通過數(shù)據(jù)線連接。對(duì)食管道9進(jìn)行三維立體掃描的過程中應(yīng)盡量保持食管道9的狀態(tài) 穩(wěn)定,同時(shí)啟動(dòng)軟質(zhì)電子食管鏡的多C⑶陣列模塊(151、152、153、154)和外部固定支架2, 在多C⑶陣列模塊(151、152、153、154)對(duì)食管道9進(jìn)行直線和旋轉(zhuǎn)的掃描拍攝的同時(shí),外 部固定支架2做勻速的移動(dòng),其速度與第二 CCD陣列153的旋轉(zhuǎn)成比例,測距器將實(shí)時(shí)測量 先端部的CXD陣列與食管道組織的精確距離,多CXD陣列模塊(151、152、153、154)和測距 器的數(shù)據(jù)包通過數(shù)據(jù)線傳輸至處理主機(jī)3、工作站4進(jìn)行計(jì)算處理,傳輸至工作站組件的監(jiān) 視器7進(jìn)行三維立體圖像的顯示。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式,如果對(duì)本發(fā)明的各種改動(dòng)或變形不脫離本發(fā)明 的精神和范圍,倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi),則本發(fā) 明也意圖包含這些改動(dòng)和變形。
權(quán)利要求
1.一種三維立體電子食管鏡系統(tǒng),包括軟質(zhì)電子食管鏡,該軟質(zhì)電子食管鏡包括軟質(zhì) 工作端部,其特征在于該軟質(zhì)工作端部設(shè)有進(jìn)行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖 像,并對(duì)食管進(jìn)行立體影像重構(gòu)的多CXD陣列模塊,所述多CXD陣列模塊包括至少一設(shè)于該 軟質(zhì)工作端部先端部前端面的第一 CCD陣列,以及至少一設(shè)于軟質(zhì)工作端部先端部外圓表 面的第二 CXD陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),其特征在于所述軟質(zhì)工作端部 的先端部外圓周面套設(shè)有旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體,所述第二 CCD陣列設(shè)于該旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體上,所述 先端部的前端面和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)載體上設(shè)有測距器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),其特征在于所述軟質(zhì)工作端部 還設(shè)有器械通道,其內(nèi)徑小于等于3. 0mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),其特征在于所述第一CCD陣列 至少包括2個(gè)CXD元件,每個(gè)CXD元件對(duì)應(yīng)一組鏡頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),其特征在于所述第二CCD陣列 至少包括一組CXD陣列,一組CXD陣列包括至少2個(gè)CXD元件及對(duì)應(yīng)的鏡頭,每組鏡頭的視 場角至少90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),其特征在于所述軟質(zhì)工作端部 的外徑小于等于20mm,其先端部長度為8-12mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),其特征在于所述軟質(zhì)工作端部 設(shè)有氣囊,該氣囊工作的直徑小于等于200mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),其特征在于還包括 外部固定支架,該外部固定支架包括精密移動(dòng)裝置、支架和固定夾具,該精密移動(dòng)裝置通過 電機(jī)驅(qū)動(dòng),該精密移動(dòng)裝置通過支架、固定夾具和所述軟質(zhì)工作端部固接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),其特征在于所述軟質(zhì)電子食管 鏡還連接有處理數(shù)據(jù)用的處理主機(jī),以及工作站組件,所述工作站組件與處理主機(jī)通過數(shù) 據(jù)線連接,工作站組件包括監(jiān)視器,工作站主機(jī)以及控制部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng),其特征在于所述處理主機(jī)的核 心部分采用高速的中央處理器和高性能顯卡,用于接收和處理軟質(zhì)電子食管鏡返回的圖像 信息和測距器的數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)包,通過分析數(shù)據(jù)包的各種數(shù)據(jù),對(duì)腔體圖像進(jìn)行立體重 構(gòu),還原腔體的立體三維圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體電子食管鏡系統(tǒng)的使用方法,其特征在于(1)軟質(zhì)電子食管鏡的軟質(zhì)工作端部經(jīng)病人口腔內(nèi)導(dǎo)入,緩慢進(jìn)入食管;(2)通過多CCD陣列模塊對(duì)食管進(jìn)行直線和旋轉(zhuǎn)的掃描拍攝,同時(shí)即對(duì)食管進(jìn)行三維 立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像、并對(duì)食管進(jìn)行立體影像重構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)用器械,具體涉及一種三維立體電子食管鏡系統(tǒng),包括軟質(zhì)電子食管鏡,該軟質(zhì)電子食管鏡包括軟質(zhì)工作端部,該軟質(zhì)工作端部設(shè)有進(jìn)行三維立體掃描拍攝、顯示全景三維立體圖像,并對(duì)食管進(jìn)行立體影像重構(gòu)的多CCD陣列模塊,多CCD陣列模塊包括至少一設(shè)于該軟質(zhì)工作端部先端部前端面的第一CCD陣列,以及至少一設(shè)于軟質(zhì)工作端部先端部外圓表面的第二CCD陣列,本發(fā)明對(duì)食管道體進(jìn)行環(huán)形和線性的影像拍攝,得到食管道的三維立體影像,并將測出的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇鳈C(jī)進(jìn)行集中處理重構(gòu),重現(xiàn)食管道內(nèi)的立體環(huán)境,食管道的立體圖像對(duì)于醫(yī)生以多角度觀察其內(nèi)在的病變及研究其環(huán)境,制定最合理有效的處理方案,具有實(shí)際意義。
文檔編號(hào)A61B1/05GK102085087SQ201110033399
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
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