JP2008154751A - 低温治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 脳組織だけを局所的に短時間で冷却できる、新たな低温治療装置を提供する。
【解決手段】 カテーテル（１４）を患者（Ｐ）に挿入し、カテーテル（１４）内を流れる冷媒（Ｍ）と患者（Ｐ）の血管（Ｖ）内を流れる血液との間で熱を交換することにより血液を冷却する低温治療装置である。この低温治療装置は、互いに接続された冷媒供給通路（５２，１１６）と冷媒回収通路（５４，１１８）を備えたカテーテル（１４）と、冷媒供給通路（５２，１１６）と冷媒回収通路（５４，１１８）に接続され、冷媒供給通路（５２，１１６）と冷媒回収通路（５４，１１８）と共に冷媒循環用の閉回路（７０、１３０）を構成する輸送管（６８、１２８）と、閉回路（７０、１３０）に収容された冷媒（Ｍ）と、閉回路（７０，１３０）を流れる冷媒（Ｍ）を冷却して冷媒供給通路（５２，１１６）に供給する冷却供給手段（７２，１３２）を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、特に虚血性脳梗塞の治療に利用できる、低温治療装置に関する。

虚血性脳梗塞は、脳の細動脈に血栓、凝固塊、脂肪塊、石灰片、腫瘍塊などが詰まって血流を止めてしまい、脳から酸素が奪われることにより起こる病気であり、脳梗塞に対する急性期の治療法として、組織プラスミノーゲンアクチベータ（tPA）という血栓溶解剤を用いた血栓溶解療法が知られている。しかし、組織プラスミノーゲンアクチベータ（tPA）は脳梗塞を発症してから約３時間以内に投与しないと効果が得られなし、誤って出血性脳卒中の患者に投与すると出血がひどくなって死亡に至る危険性があることから使用するか否かを慎重に判断しなければならない、という問題がある。そのような事情から、近年、虚血性脳梗塞の治療方法として、幾つかの脳低温療法が提案され、その有効性も実証されている（特許文献１）。

従来から提案されている脳低温療法は、水冷ブランケットを用いて全身を冷やす体幹冷却法、水冷マフラーを用いて頚部を冷却する頚部冷却法、冷却ヘルメットを用いた頭部冷却法に分類できる。しかし、これらの冷却法はいずれも非侵襲性であるという点で好ましいものであるものの、体外から脳を冷やそうとするものであることから、脳組織温度を適正温度（具体的には、摂氏３２〜３４度）まで冷却するには長時間を要する。特に、ブラケットを用いた体幹冷却法は、装置が大型で利用場所に制限があるし、体温の低下によって感染と出血の危険が高まる、という問題がある。
特開２００２−１１９５８６号公報

そこで、本発明は、従来から提案されている脳低温療法に代わり、脳組織だけを局所的に短時間で冷却できる、新たな低温治療装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の低温治療装置は、カテーテル（１４）を患者（Ｐ）に挿入し、上記カテーテル（１４）内を流れる冷媒（Ｍ）と上記患者（Ｐ）の血管（Ｖ）内を流れる血液との間で熱を交換することにより上記血液を冷却するものであり、互いに接続された冷媒供給通路（５２，１１６）と冷媒回収通路（５４，１１８）を備えたカテーテル（１４）と、上記冷媒供給通路（５２，１１６）と冷媒回収通路（５４，１１８）に接続され、上記冷媒供給通路（５２，１１６）と冷媒回収通路（５４，１１８）と共に冷媒循環用の閉回路（７０、１３０）を構成する輸送管（６８、１２８）と、上記閉回路（７０、１３０）に収容された冷媒（Ｍ）と、上記閉回路（７０，１３０）を流れる冷媒（Ｍ）を冷却して上記冷媒供給通路（５２，１１６）に供給する冷却供給手段（７２，１３２）を備えたことを特徴とする。

このような構成を採用した低温治療装置によれば、カテーテルを例えば頸動脈に挿入又は頸動脈に隣接して設置することにより、患者の体温を正常に維持しながら、カテーテル内を流れる冷媒によって頸動脈を通じて脳組織に供給される血液を直接冷やすことができることから、患者にダメージを与えることなく、脳障害を治療できる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る低温治療装置の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、図面に表された各部の場所・方向を説明するために、「上」、「下」、「右」、「左」の用語を適宜使用するが、それらの使用は発明の理解を容易にするためであって、それ以外の目的、例えば発明の技術的範囲を定めるうえで利用されるべきものでない。

《実施形態１》
図１は、本発明に係る低温治療装置の外観を示す。図示するように、低温治療装置（脳温制御装置）１０は、メインユニット（本体）１２と、脳低温療法を必要とする患者の体内に挿入される冷却ユニット１４と、メインユニット１２と冷却ユニット１４を接続するチューブユニット１６を有する。

メインユニット１２は、実施形態では箱形のハウジング１８を有する。ハウジング１８は、好ましくは操作部２０と表示部２２を備えている。操作部２０と複数の入力ボタン又は入力スイッチを有し、表示部２２は一つ又は複数の表示画面（例えば、液晶ディスプレイ）を有する。

図２を参照すると、冷却ユニット１４は、脳低温療法を必要とする患者（例えば、虚血性脳障害患者）の血管に挿入される冷却カテーテル（冷却チューブ）２４を有する。カテーテル２４は外管２６を有する。実施の形態では、外管２６は、頸動脈（総頸動脈、外頸動脈、または内頸動脈）に挿入できる大きさと形状を有する（図３参照）。具体的、実施形態の外管２６は、約６〜９ｍｍの外径φ、約１０〜１５ｃｍの長さＬを有する。実際には、カテーテル２４の挿入部位（総頸動脈、外頸動脈、または内頸動脈等）に対応して種々の大きさ（外径、長さ）のものが用意されており、患者の体型や挿入部位に応じて適当な大きさのものが選択される。

外管２６は、頸動脈に挿入する際の抵抗を少なくするとともに頸動脈の損傷を防止するために、閉鎖末端部２８は滑らかな曲線からなる球形（半球状、弾頭状）とする。外管２６の開放基端部３０は、チューブユニット１６と着脱可能に接続されるコネクタ３２が固定されている。

外管２６は、生体適合性を有する金属（例えば、ステンレス又はその合金、チタン又はその合金）または樹脂（例えば、ポリテトラフロオロエチレン）で形成することができる。外管２６の外表面に血液が凝固して血管を閉塞することを防止するため、金属にはチタン又はその合金が好適に用いられる。また、金属又は樹脂のいずれからなる外管の場合でも、血液の凝固を阻害する材料（抗凝固薬：例えば、ヘパリン）を外管の外周面に塗布することが好ましい。

外管２６の内部には、内管３４が収容されている。図４に示すように、内管３４の外径は、外管２６の内径よりも小さく、外管２６の内周面と内管３４の外周面との間に、流体（実際には冷媒Ｍ）の流れる外側通路３６が形成されている。実施形態では、図示するように、内管３４の開放末端部３８は外管２６の末端部２８から図上右側に後退しており、この開放末端部３８の前方（図上左側）に冷媒噴射空間４０が形成されている。

外側通路３６を安定して形成するために、図４，５に示すように、軸方向に所定の間隔をあけて、内管３４の外側にリング状のスペーサ４０を外装し固定することが好ましい。当然のことであるが、スペーサ４０は、冷媒Ｍが外側通路３６を移動できるように、複数の開口部４２が形成されている。

内管３４の末端部３８は、例えば外管末端部２８と同様に半球状に加工されており、その中央に冷媒噴射孔（ノズル）４６が形成されている。図面には一つの冷媒噴射孔しか示していないが、軸対称に複数の冷媒噴射孔を形成してもよい。図示するように、冷媒噴射孔４６の内径は、内管３４の内側に形成されている内側通路４８の内径よりも小さくしてあり、図４の右側から左側に向かって内側通路４８を供給された冷媒Ｍが、冷媒噴射孔４６から冷媒噴射空間４０に勢いよく噴射されるようになっている。

図２に示すように、内管３４の基端部５０はコネクタ３２に連結されて固定されている。コネクタ３２の内部には、軸方向に伸びる２つの通路−冷媒供給通路５２と冷媒回収通路５４−が形成されており、冷媒供給通路５２が内管３４（内側通路４８）の基端部に接続され、冷媒回収通路５４が外側通路３６の基端部に接続されている。

図１に示すように、チューブユニット１６は、樹脂又は金属からなるフレキシブルな保護チューブ５６を有する。図２に示すように、保護チューブ５６の内部には、樹脂又は金属からなるフレキシブルな冷媒供給チューブ５８と冷媒回収チューブ６０が収容されている。保護チューブ５６の末端にはコネクタ６２が固定されている。コネクタ６２の内部には、軸方向に伸びる２つの通路―冷媒供給通路６４と冷媒回収通路６６―が形成されており、冷媒供給チューブ５８の末端が冷媒供給通路６４に接続され、冷媒回収チューブ６０の末端が冷媒回収通路６６に接続されている。

コネクタ３２，６２は、油圧機器又は油圧ホースの接続に利用されるコネクタように、ワンタッチで連結と分離が可能であって、コネクタ３２，６２が分離されている状態ではそれぞれの冷媒供給通路５２，６４及び冷媒回収通路５４，６６の端部を閉鎖し、コネクタ３２，６２が連結された状態で冷媒供給通路５２と６４及び冷媒回収通路５４と６６が互いに接続されるものが好ましい。

図６に示すように、冷媒供給チューブ５８と冷媒回収チューブ６０の基端側は、メインユニット１２に配置されている冷媒輸送管６８の両端に接続されており、上述した冷媒供給チューブ５８、内側通路４８、外側通路３６、冷媒回収チューブ６０が、冷媒輸送管６８とともに冷媒循環回路（閉回路）７０を形成している。なお、チューブユニット１６をメインユニット１２から着脱できるように、チューブユニット１６の基端部とメインユニット１２の対応接続部との接続には、コネクタ３２，６２と同様のコネクタを利用することが好ましい。

図６を参照すると、メインユニット１２のハウジング１８には、圧縮器７２と凝縮器７４が収容されており、これらが上述した冷媒循環回路７０に接続されている。圧縮器７２は、制御部７６と電気的に接続されており、制御部７６から出力される制御信号に基づいて、圧縮器７２が調整できるようにしてある。制御部７６はまた、操作部２０は操作部２０、表示部２２に接続されている。制御部７６はさらに、患者の体温を検出する体温計７８と接続されている。体温計には、例えば耳式体温計が好適に利用される。

脳の冷却効果を確認し制御するその他の手段として、図４，６に示すように、カテーテル２４、例えば外管２６の外側又は内側に一つ又は複数の温度センサ（例えば、熱電対）８０を設け、これら温度センサ８０の出力を制御部７６で検出することが好ましい。この場合、温度センサ８０と制御部７６を電気的に繋ぐ電気配線８２（図４から省略されている。）は、例えば、外管２６の外面又は内面に電気的に絶縁された状態で配置される。また、コネクタ３２，６２には電気接続部又は接点（図示せず）が設けられ、コネクタ３２，６２を接続することによって、電気配線８２が制御部７６に電気的に接続されるように構成されている。

以上の構成を備えた低温治療装置１０の動作を説明する。まず、図３に示すように、血管内手術と同様にして、虚血性脳障害患者Ｐの頸動脈Ｖにカテーテル２４を挿入する。このとき、患者Ｐの頸部に経皮的に穿刺し、シース（管）を頸動脈に挿入し、シースを介してカテーテル２４を頸動脈内に挿入する。次に、血管のカテーテル挿入口を止血し、適当な留置手段を用いてカテーテル２４を頸部に固定する。また、体温計７８が患者に装着される。さらに、従来のセルディンガー法に準じて、大腿動脈又は上腕動脈から温度計付カテーテルを挿入し、この温度計からの出力を制御部７６に入力してもよい。

以上のようにして準備が完了すると、操作部２０の治療開始スイッチ（図示せず）をオンする。制御部７６は、治療開始スイッチのオン信号を受信すると、制御部７６（記憶部）に記憶されている脳温管理プログラム（図示せず）に基づいて圧縮器７２を起動する。その結果、冷媒循環回路７０に充填されている冷媒Ｍが圧縮される。圧縮された冷媒Ｍは、凝縮器７４で凝縮される。凝縮した冷媒Ｍは、チューブユニット１６の冷媒供給チューブ５８を介してカテーテル２４の内側通路４８に供給された後、内管３４の末端にある冷媒噴射孔４６を介して冷媒噴射空間４０に噴射する。このとき、冷媒噴射孔４６から噴射された冷媒Ｍは、断熱膨張して低温冷媒になる。そして、冷媒噴射空間４０及びそこから外側通路３６に流れる低温冷媒Ｍが、カテーテル２４の周囲を流れる血液から吸熱する。吸熱した冷媒Ｍは、カテーテル２４の外側通路３６から冷媒回収チューブ６０、冷媒輸送管６８を介して、圧縮器７２に回収される。このようにして冷媒が冷媒循環回路７０を繰り返し循環されることにより、脳以外の部位は正常な体温を維持しつつ、頸動脈、特に内頸動脈を脳に向かって流れる血液だけを直接冷やし、虚血性脳障害の進行を止めて、脳組織が深刻なダメージを受けることを防止できる。

脳温の管理は、頸動脈を流れる血液の温度を検出している温度センサ８０、体温計（耳式体温計）７８、大腿動脈又は上腕動脈からに挿入されたカテーテルの温度計からの出力をもとに制御部７６が圧縮器７２の駆動を制御することにより行われる。なお、脳温及びその変化（グラフ）は、表示部２２の液晶ディスプレイに表示される。

《変形例》
上述した実施形態において、カテーテル２４の血管内挿入を容易に行うために、図７，８に示すよう、カテーテル外管２６の周壁に、カテーテル２４の基端近傍から末端まで伸びる軸方向のガイド孔８２を形成し、このガイド孔８２に挿入されたガイドワイヤ８４によってカテーテル２４を確実に頸動脈に挿入することが好ましい。この場合、例えば、図示するように、外管２６の周囲を生体適合性の樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）で被覆を形成し、その被覆８６内に直接ガイド孔８２を形成してもよいし、または図９に示すように、被覆８６内にシース管８８を配置し、このシース管８８の内部をガイド孔８２として利用してもよい。

また、上述した実施形態では、外管２６は直線状の管で構成したが、必要な箇所（例えば、基端側部分）を多少湾曲させてもよい。

さらに、上述した実施形態では、外管２６は一様な横断面を有する直管で構成したが、図１０に示すように、外管２６に金属管を用いる場合、外管２６のほぼ全体に又は部分的に、山部８８と谷部９０を交互に連接した変形可能部９２を形成してもよい。他方、外管２６をポリテトラフルオロエチレン等の樹脂管を用いる場合、図１１に示すように、外管２６のほぼ全体に又は部分的に、外管２６の外周面に所定の間隔をあけて山部９４を形成し、これにより変形可能部９４を形成してもよい。これらの場合、外管２６と血液との接触面積が著しく大きくなり、外管２６から血液への伝熱が効率良く行われ、より短時間に脳組織を冷やすことができる。

さらにまた、外管２６の外周面には、軸方向に伸びる複数の溝９６を、周方向に一定の間隔をあけて、形成してもよい。この場合、外管２６と血液との接触面積が著しく大きくなり、外管２６から血液への伝熱が効率良く行われ、より短時間に脳組織を冷やすことができる。

なお、以上の実施形態では、カテーテルは血管の中に挿入するものとしたが、血管の外周面に接触させ、血管の外側から血管中の血液を冷却することもできる。この場合、血管とカテーテルとの接触面積を出来るだけ大きくするために、図１３に示すように、カテーテル外管２６の横断面形状はアーチ状、円弧状、半円形状、Ｕ字形状としてもよい。

また、冷媒循環回路からの冷媒の漏れを検出するため、冷媒循環回路の適宜箇所に圧力検出手段として圧力センサを取り付けてもよい。

さらに、以上の説明では、図３はカテーテルを内頸動脈Ｖ２に挿入した状態を示しているが、カテーテルは総頸動脈Ｖ１に挿入してもよい。この場合、外頸動脈Ｖ３から総頸動脈Ｖ１に向けてカテーテルを挿入（逆行挿入）することもできる。

さらにまた、頸動脈に挿入されたカテーテル及びその周囲の血流を超音波診断装置で検出し、内頸動脈から脳に向かって流れる血液の流れを確認してもよい。また、頸動脈へカテーテルの挿入を確実に行うために、超音波診断装置で穿刺状態を確認することもできる。

《実施形態２》
図１４〜図１６は、実施形態２の低温治療装置１００を示す。低温治療装置１００は、冷却カテーテル１１２を有する。カテーテル１１２の本体１１４は、生体適合性の金属又は樹脂からなるロッドで構成されており、軸方向に伸びる複数の冷媒循環用通路−冷媒供給通路１１６、冷媒回収通路１１８−を備えている。カテーテル１１２の末端部１２０はチャンバ（内腔）１２２が形成されており、そこに本体１１４に形成された複数の冷媒供給通路１１６、冷媒回収通路１１８が接続されている。

カテーテル本体１１４の末端部には、冷媒冷却ユニット１２４が連結されている。冷却ユニット１２４は、カテーテル本体１１４の末端に固定されたハウジング１２６を有する。ハウジング１２６の内部には、冷媒供給通路１１６と冷媒回収通路１１８の末端部に接続された冷媒輸送管１２８が接続されており、これにより冷媒供給通路１１６、チャンバ、冷媒回収通路１１８、冷媒輸送管１２８を繋ぐ冷媒循環路（閉鎖ループ）１３０が形成されている。冷媒輸送管１２８は冷媒輸送用のポンプ１３２が接続されており、ポンプ１３２の駆動に基づいて、冷媒循環路１３４を冷媒Ｍ（図１６参照）が循環輸送されるようになっている。なお、ポンプ１３２には、小型のマイクロポンプを使用することが好ましい。

冷却ユニット１２４はまた、冷却器又は冷却コイル１３４を備えている。実施形態では、冷却コイル１３４は冷媒輸送管１２８に巻回されており、冷却コイル１３２の中を流れる冷媒と冷媒輸送管１２８の中を流れる冷媒Ｍとの間で効率的に熱交換が行われるようにすることが好ましい。

冷却コイル１３４は、上述した実施形態１の低温治療装置１０のメインユニット１２と同様の構成を有するメインユニット１３６に接続されており、制御部の指令に基づいて冷却コイル１３４に輸送する冷媒の温度、量が制御されている。

なお、図示しないが、実施形態１と同様に複数の温度（脳温）検出手段（体温計７８、温度センサ８０、温度計と同様のもの）が用意される。また、ポンプ１３２は制御部と電気的に接続されており、制御部からの指令に基づいて駆動するようにしてある。

このように構成された実施形態２の低温治療装置１００によれば、実施形態１と同様に、カテーテル１１２が頸動脈に挿入された状態で、冷媒循環路１３０の冷媒Ｍは、ポンプ１３２の駆動に基づいて冷媒循環路１３０を循環する。このとき、メインユニット１３６から冷却コイル１３４に供給される冷媒によって、冷媒循環路１３０の冷媒Ｍが冷却される。冷却された冷媒Ｍは冷媒供給通路１１６、末端部チャンバ１２２、冷媒回収通路１１８を移動し、実施形態１と同様に、頸動脈を流れる血液を冷却する。また、温度検出センサで検出された血流温度、体温計で計測された体温等に基づいて、制御部は、脳温管理プログラムに従って、ポンプ１３２、圧縮器の駆動を制御する。

なお、実施形態１に関連して説明した種々の変形例はすべて実施形態２の低温治療装置にも適用可能である。

また、本発明は、上述した低温治療装置を用いた低温治療方法を含むものであり、この治療方法は、カテーテル（１４）を患者（Ｐ）の頸動脈又はその他の動脈に挿入し、上記カテーテル（１４）内を流れる冷媒（Ｍ）と上記患者（Ｐ）の血管（Ｖ）内を流れる血液との間で熱を交換することにより上記血液を冷却することを特徴とするものである。

本発明に係る低温治療装置の全体を示す斜視図。 図１に示す低温治療装置の実施形態１に係るカテーテルを示す正面図。 図２に示すカテーテルを患者の頸動脈に挿入した状態を示す図。 図２に示すカテーテルの部分拡大断面図。 図２のカテーテルのV-V線断面図。 図１に示す低温治療装置のブロック図。 他の形態のカテーテルの正面図。 図７に示すカテーテルのVIII-VIII線断面図。 図７に示すカテーテルのVIII-VIII線断面図。 他の形態に係るカテーテル外管の部分拡大側面図。 他の形態に係るカテーテル外管の部分拡大側面図。 他の形態に係るカテーテル外管の部分拡大断面図。 他の形態に係るカテーテルの部分拡大断面図。 実施形態２に係る低温治療装置の正面図。 図１４に示すカテーテルのXV-XV線横断面図。 図１４に示すカテーテルの拡大縦断面図。

符号の説明

１０：低温治療装置、１２：メインユニット、１４：冷却ユニット、１６：チューブユニット、１８：ハウジング、２０：操作部、２２：表示部、２４：冷却カテーテル、２６：外管、２８：末端部、３０：基端部、３２：コネクタ、３４：内管、３６：外側通路、３８：末端部、４０：冷媒噴射空間、４２：スペーサ、４４：開口部、４６：冷媒噴射孔（ノズル）、４８：内側通路、５０：基端部、５２：冷媒供給通路、５４：冷媒回収通路、
５６：保護チューブ、５８：冷媒供給チューブ、６０：冷媒回収チューブ、６２：コネクタ、６４：冷媒供給通路、６６：冷媒回収通路、６８：冷媒輸送管、７０：冷媒循環回路（閉回路）、７２：圧縮器、７４：凝縮器、７６：制御部、７８：体温計、８０：温度センサ、８２：ガイド孔、８４：ガイドワイヤ、８６：被覆、８８：山部、９０：谷部、９２：変形可能部、９４：変形可能部、１００：低温治療装置、１１２：カテーテル、１１４：本体、１１６：冷媒供給通路、１１８：冷媒回収通路、１２０：末端部、１２２：チャンバ、１２４：冷却ユニット、１２６：ハウジング、１２８：冷媒輸送管、１３０：冷媒循環路、１３２：ポンプ、１３４：冷却コイル、１３６：メインユニット、Ｐ：患者、Ｖ：頸動脈、Ｍ：冷媒。

Claims (6)

1. カテーテル（１４）を患者（Ｐ）に挿入し、上記カテーテル（１４）内を流れる冷媒（Ｍ）と上記患者（Ｐ）の血管（Ｖ）内を流れる血液との間で熱を交換することにより上記血液を冷却する低温治療装置であって、
   互いに接続された冷媒供給通路（５２，１１６）と冷媒回収通路（５４，１１８）を備えたカテーテル（１４）と、
   上記冷媒供給通路（５２，１１６）と冷媒回収通路（５４，１１８）に接続され、上記冷媒供給通路（５２，１１６）と冷媒回収通路（５４，１１８）と共に冷媒循環用の閉回路（７０、１３０）を構成する輸送管（６８、１２８）と、
   上記閉回路（７０、１３０）に収容された冷媒（Ｍ）と、
   上記閉回路（７０，１３０）を流れる冷媒（Ｍ）を冷却して上記冷媒供給通路（５２，１１６）に供給する冷却供給手段（７２，１３２）を備えたことを特徴とする低温治療装置。
2. 上記カテーテル（１４）が人間の血管に挿入できる大きさと形状の断面を有することを特徴とする請求項１の低温治療装置。
3. 上記カテーテル（１４）が、上記血管内の血液の温度を検出する温度検出器（８０）を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の低温治療装置。
4. 上記冷却供給手段が圧縮器（７２）を備えており、上記温度検出器（８０）が検出した温度に基づいて上記圧縮器（７２）を制御する制御部（７６）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の低温治療装置
5. 上記冷却供給手段がポンプ（１３２）を備えており、上記温度検出器（８０）が検出した温度に基づいて上記ポンプ（１３２）を制御する制御部（７６）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の低温治療装置
6. 上記冷却供給手段が、上記輸送管（１２８）の近傍に配置された冷却コイル（１３４）と、上記冷却コイル（１３４）に第２の冷媒を供給する圧縮器（７２）を備えており、上記温度検出器（８０）が検出した温度に基づいて上記圧縮器（７２）を制御する制御部（７６）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の低温治療装置

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